远古碳"喷发"曾导致海洋氧气耗竭——而我们正在重蹈覆辙

这项结合了沉积物岩芯的地球化学分析和先进气候模型的研究，于6月23日发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。研究强调了五个时期，当时海洋含氧量显著下降（下降幅度达4%至12%）与大气中二氧化碳水平显著上升同时发生。这类缺氧事件对海洋生物和生物多样性具有众所周知的破坏性影响。

尽管这些发现植根于遥远的过去，但它们与当前的全球气候及其未来息息相关。如果类似规模的事件发生在今天，它们很可能会影响对渔业和海洋生物多样性至关重要的沿海区域。

“这是我们唯一可用于类比二氧化碳含量发生重大变化的参照案例，其变化水平与我们今天所处环境相当，我们看到二氧化碳含量成倍甚至三倍增加，”资深作者、加利福尼亚大学戴维斯分校地球与行星科学系杰出教授伊莎贝尔·P·蒙塔涅斯（Isabel P. Montañez）说。

然而，不同之处在于二氧化碳的来源。虽然远古气候的二氧化碳水平受火山喷发等自然系统影响，但当今的水平则受到人类生产和相关二氧化碳排放的强烈影响。

“我们现在正在制造一次突然释放，其速率比过去快两个，甚至可能是三个数量级，”蒙塔涅斯说。

沉积物岩芯与深时气候模型

在这项研究中，团队使用了源自中国南方名为纳庆（Naqing）序列地质构造的沉积物岩芯。通过分析这些深水岩芯的地球化学组成，特别是碳酸盐铀同位素，团队记录了3.1亿至2.9亿年前地球的环境状况。

“通过该分析，我们看到这些‘突然释放’不仅体现在二氧化碳上，也体现在海洋的铀同位素特征中，”蒙塔涅斯说。“它们完全同步，并且那些铀峰值的大小告诉我们海洋缺氧的程度。”

接着，团队利用这些信息输入由本研究作者开发的前沿气候模型，这些模型用于更好地理解古气候。

“这是一个数学框架，我们将所有代理信息输入其中，并在超级计算机上运行数十万次，”蒙塔涅斯解释道。“它基本上是在所有不确定性、所有已知信息、所有输入的条件限制下，建模出最符合现实的情况。”

基于建模结果，团队发现在2.9亿至3.1亿年前，全球海洋发生了五次含氧量下降事件，下降幅度在4%至12%之间。每个周期持续了大约10万至20万年。

虽然海洋含氧量下降似乎与任何已知的大灭绝事件无关，但它确实与地质记录中可观察到的生物多样性停滞期相吻合。

“我们确实看到每次这些‘突然释放’发生时，生物多样性都会出现停滞，”蒙塔涅斯说。“它产生了影响，很可能是沿海区域受到的影响最大。”

过去的记录，未来的教训

3亿年前的地球与今天的地球截然不同。首先，当时大气中的氧气含量比今天高出40%到50%。尽管过去与现在存在诸多差异，但二氧化碳水平上升的幅度却是相似的。

蒙塔涅斯认为，这可以被视为一个警告。

“这是一个重大发现，因为一个处于氧气含量远高于今天的大气之下的海洋，怎么会允许这种情况发生？”蒙塔涅斯说。“它给我们的启示是，‘不要那么笃定地认为，在当前人类驱动释放二氧化碳的情况下，我们不会重蹈覆辙。’”

其他作者包括：陈继涛（Jitao Chen），中国科学院；李诗瀚（Shihan Li）和张爽（Shuang Zhang），得克萨斯农工大学；特里·伊森（Terry Isson），新西兰怀卡托大学；泰斯·达尔（Tais Dahl），丹麦哥本哈根大学；诺亚·普拉纳夫斯基（Noah Planavsky），耶鲁大学；张飞飞（Feifei Zhang）、王向东（Xiang-dong Wang）和沈树忠（Shu-Zhong Shen），中国南京大学。

本研究部分由中国国家自然科学基金和美国国家科学基金会的资助支持。