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大約在5600萬(wàn)年前，全球氣溫曾一度急速攀升，暴漲了5—8攝氏度，并一直保持這一溫度達(dá)17萬(wàn)年之久。這一歷史性全球變暖就是著名的“古新世—始新世極熱事件”。

一直以來(lái)，科學(xué)家們不斷對(duì)該事件進(jìn)行探尋，但“古新世—始新世極熱事件”的成因卻始終撲朔迷離。

大約在5600萬(wàn)年前，全球氣溫一度急速攀升，且一直保持這一溫度達(dá)17萬(wàn)年之久。這一歷史性全球變暖就是著名的“古新世—始新世極熱事件”。

接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所博士陳祚伶說(shuō)，“古新世—始新世極熱事件”有3個(gè)顯著特征：第一，在不到2萬(wàn)年的時(shí)間跨度內(nèi)全球增溫5到8攝氏度；第二，外生碳庫(kù)包括陸地生物圈、海洋和大氣系統(tǒng)大于2‰的碳同位素負(fù)漂，這表示有巨量的富12C（碳同位素的一種，即輕碳）注入其中；第三，海洋酸化及海底碳酸鹽大范圍溶解。

“古新世—始新世極熱事件”引發(fā)的多米諾效應(yīng)，讓數(shù)以千計(jì)的原始海洋物種消失，同時(shí)也讓植物多樣性更加豐富，哺乳動(dòng)物日漸興起。

為了找到應(yīng)對(duì)全球氣候變暖的有效解決方案，科學(xué)家們一直對(duì)該事件進(jìn)行探尋，但“古新世—始新世極熱事件”的成因卻撲朔迷離。近日，美國(guó)羅格斯大學(xué)的科學(xué)家在《科學(xué)》期刊上發(fā)表最新研究成果，聲稱(chēng)發(fā)現(xiàn)了關(guān)于該時(shí)期全球氣候迅速變暖的新證據(jù)。

彗星撞擊導(dǎo)致地球體溫上升逾5℃？

近日，美國(guó)羅格斯大學(xué)的科學(xué)家在新澤西海岸的沉積層中發(fā)現(xiàn)了一些球形的玻璃碎片，他們認(rèn)為這些玻璃碎片最初可能來(lái)自于一顆跌入大西洋的直徑約10千米的彗星，是彗星撞擊地球后熔化的殘骸飛濺到半空中凝固而形成的。研究人員認(rèn)為，這次彗星撞擊事件可能就是大約5600萬(wàn)年前全球氣候迅速變暖的主要誘因，因?yàn)樽矒羰录赡茚尫帕舜罅康亩趸己推渌麥厥覛怏w。

此外，科學(xué)家還在這些玻璃碎片中發(fā)現(xiàn)了一種名為“焦石英”的礦物質(zhì)。美國(guó)羅格斯大學(xué)科學(xué)家丹尼斯·肯特教授介紹說(shuō)，焦石英大約在1700攝氏度下才會(huì)形成。如果沒(méi)有太空撞擊這樣的極高能事件，難以解釋這種礦物質(zhì)的存在。

陳祚伶說(shuō)：“雖然彗星富含12C，理論上來(lái)講，彗星撞擊地球可以提供巨量富含12C的溫室氣體二氧化碳，導(dǎo)致全球增溫。”但彗星撞擊說(shuō)仍有一些值得商榷之處。目前在“古新世—始新世”界線附近尚未發(fā)現(xiàn)地外星體撞擊坑，也未發(fā)現(xiàn)撞擊事件導(dǎo)致的銥元素異常。此外，撞擊事件應(yīng)導(dǎo)致大范圍動(dòng)物滅絕，但該時(shí)期僅底棲有孔蟲(chóng)發(fā)生滅絕，而浮游有孔蟲(chóng)及陸生脊椎動(dòng)物多樣性卻明顯增加。

“如果是彗星撞擊導(dǎo)致全球增溫，其增溫速度應(yīng)非常快，在百年時(shí)間尺度，但現(xiàn)有記錄表明該事件增溫過(guò)程至少持續(xù)了4000年以上。”陳祚伶直言，要求證“古新世—始新世極熱事件”是否是彗星撞擊導(dǎo)致的，還有待更多高分辨率、精確定年的地質(zhì)證據(jù)。

海底甲烷引發(fā)地球高熱？

在眾多“極熱事件”成因的版本中，備受科學(xué)家推崇的是，來(lái)自海底的甲烷滾雪球般不斷釋放到大氣中，從而形成溫室效應(yīng)導(dǎo)致地球升溫。

20世紀(jì)80年代，地質(zhì)學(xué)家對(duì)南極洲的沉積物進(jìn)行了研究，在研究論文中他們稱(chēng)，在大約5600萬(wàn)年前的泥淖中的微型浮游生物的化石殼中，測(cè)得氧同位素偏負(fù)，即殼體中16O的相對(duì)含量增加，而18O的相對(duì)含量則降低，說(shuō)明這里曾經(jīng)歷過(guò)氣溫的急速攀升。此外，這些浮游生物的殼中的12C的含量也相應(yīng)增加，這說(shuō)明海洋突然間吸收大量的12C，這通常是由于含碳豐富的溫室氣體，向大氣中大規(guī)模噴發(fā)所造成的。換言之，“古新世—始新世極熱事件”的成因就是溫室氣體。

猶他大學(xué)科學(xué)家加比瑞爾·博溫及其同事在懷俄明州發(fā)現(xiàn)，在“古新世—始新世極熱事件”之前的數(shù)千年間，來(lái)源不明的大量溫室氣體進(jìn)入大氣，之后每年以10億噸左右的速率遞增。

而陳祚伶等人和荷蘭Sluijs博士團(tuán)隊(duì)的研究也表明，在“古新世—始新世極熱事件”發(fā)生之前，全球存在一個(gè)緩慢的增溫過(guò)程，暗示該事件可能是響應(yīng)于前期增溫的一個(gè)正反饋過(guò)程，“最有可能的機(jī)制是，事件前期增溫達(dá)到海底天然氣水合物（即可燃冰）的分解閾值，大量富含輕碳的水合物分解釋放，注入到海洋和大氣系統(tǒng)，導(dǎo)致大氣二氧化碳濃度增加，全球快速增溫，最終誘發(fā)了該事件的發(fā)生。”

陳祚伶解釋說(shuō)，海底存在大量富含輕碳的天然氣水合物，這些水合物在一定的溫度和壓力條件下是相對(duì)穩(wěn)定的。但是隨著溫度的升高，當(dāng)達(dá)到其分解閾值時(shí)，大量水合物分解釋放到外生碳庫(kù)中，可導(dǎo)致全球快速增溫。

火山爆發(fā)造成地球急速升溫？

鑒于二氧化碳最多能在大氣中存留1000年，要想實(shí)現(xiàn)高達(dá)8攝氏度的升溫，“古新世—始新世極熱事件”時(shí)期的大部分溫室氣體必須在非常短的時(shí)間內(nèi)排放到大氣中，而火山噴發(fā)很符合這種“突增”的特征。

挪威奧斯陸大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家一直從事巖心的研究。他們指出，來(lái)自挪威海的巖心和地震數(shù)據(jù)表明，巨大的火山口曾經(jīng)在海底星羅棋布般排列，這意味著這些地區(qū)曾經(jīng)歷了火山爆發(fā)的巨變，其規(guī)模足以讓人類(lèi)歷史中的任何紀(jì)錄相形見(jiàn)絀。這些火山口同時(shí)分布在包含有大量甲烷的地區(qū)。火山口的巖漿加熱了上層的沉積物，從而釋放出大量甲烷氣體。這些甲烷隨后進(jìn)入了地球大氣層，最終形成了一個(gè)持續(xù)時(shí)間近20萬(wàn)年的強(qiáng)大的溫室效應(yīng)。

在陳祚伶看來(lái)，在古新世晚期，北大西洋地區(qū)火山活動(dòng)異常強(qiáng)烈，高溫地幔巖漿物質(zhì)侵入到富含有機(jī)質(zhì)的沉積地層中，導(dǎo)致大量熱成因甲烷的生成，進(jìn)而注入到外生碳庫(kù)，可能誘發(fā)極熱事件的發(fā)生。

“極熱”給地球生物帶來(lái)了什么？

在科學(xué)家眼中，“古新世—始新世極熱事件”不僅對(duì)地球環(huán)境影響深遠(yuǎn)，而且對(duì)地球生命的演化歷程產(chǎn)生了深刻的影響。由于地球的升溫，造成了大量生物的消亡，但同時(shí)也帶來(lái)了新的生物類(lèi)群的繁榮。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)在懷俄明州，植物范圍隨著氣溫的升高，向北推移了數(shù)百公里。針葉林已經(jīng)基本上從懷俄明州消失殆盡了，直到“古新世—始新世極熱事件”后氣溫回落，針葉林才又重現(xiàn)。

植物的變化也伴隨著動(dòng)物的變化。有研究顯示，現(xiàn)代靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物以及包括馬的祖先在內(nèi)的奇蹄類(lèi)動(dòng)物，是在“古新世—始新世極熱事件”伊始階段出現(xiàn)，并傳播開(kāi)來(lái)的。

中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類(lèi)研究所研究員王元青認(rèn)為，“古新世—始新世極熱事件”對(duì)生物界產(chǎn)生很大的影響。比如，海洋中底棲有孔蟲(chóng)逾50%絕滅。陸生動(dòng)物也發(fā)生了很大的變化，一些古老類(lèi)群被些新生的類(lèi)群所取代。

“以哺乳動(dòng)物為例，極熱事件之前，古老類(lèi)型的哺乳動(dòng)物種數(shù)接近80%；而極熱事件之后，古老類(lèi)型的種數(shù)則驟降至不足45%，而且絕大多數(shù)屬種為新出現(xiàn)的。”王元青說(shuō)，諸如偶蹄目、奇蹄目和靈長(zhǎng)目等現(xiàn)代哺乳動(dòng)物目開(kāi)始出現(xiàn)，奠定了最終演化成現(xiàn)代哺乳動(dòng)物群的基礎(chǔ)。

相關(guān)鏈接

關(guān)于“極熱事件”起因的其他假說(shuō)

陳祚伶表示，觸發(fā)“古新世—始新世極熱事件”必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件：一是碳源富含12C，二是能夠釋放上萬(wàn)億噸的二氧化碳。而滿(mǎn)足這兩個(gè)條件的除了上文提到的假說(shuō)外還包括：泥炭燃燒假說(shuō)和極地凍土層有機(jī)質(zhì)分解假說(shuō)。

“古新世末期，全球氣候變干，可能導(dǎo)致早期沉積的大量泥煤燃燒，釋放巨量輕碳到外生碳庫(kù)，通過(guò)溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球增溫，這就是關(guān)于泥炭燃燒的假說(shuō)。”陳祚伶說(shuō)，古新世晚期的全球溫度比現(xiàn)在高得多，兩極地區(qū)基本無(wú)冰蓋且主要為凍土層，而凍土層中富含輕碳物質(zhì)，隨著晚始新世溫度的逐漸增加，可能誘發(fā)凍土層消融，有機(jī)質(zhì)分解釋放注入大量輕碳物質(zhì)到海洋—大氣系統(tǒng)中，這就是極地凍土層有機(jī)質(zhì)分解假說(shuō)。