远古碳大量涌出曾引发海洋氧含量骤降——人类正重蹈覆辙

该研究结合了沉积物岩心的地球化学分析和先进的气候建模，于6月23日发表在《美国国家科学院院刊》上。研究重点揭示了五个时期，其间海洋氧含量显著下降（降幅达4%至12%）与大气中二氧化碳水平显著上升同时发生。此类缺氧事件因其对海洋生物和生物多样性的破坏性影响而为人所知。

尽管这些发现源于遥远的过去，但它们与当前的全球气候及其未来息息相关。如果发生类似规模的事件，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。

"这是我们对二氧化碳水平发生重大变化的唯一类比，其变化幅度与我们今天所经历的相当，即二氧化碳浓度出现成倍甚至三倍增长，"资深作者、加州大学戴维斯分校地球与行星科学系杰出教授伊莎贝尔·P·蒙塔涅斯说道。

然而，不同之处在于二氧化碳的来源。过去遥远气候中的二氧化碳水平受火山喷发等自然系统影响，而当今的二氧化碳水平则主要受人类生产和相关排放的强烈影响。

"我们现在正在制造一场（二氧化碳浓度的）突增，其速度比过去快了两到三个数量级，"蒙塔涅斯说。

沉积物岩心与深层气候建模

研究中，团队使用了源自中国华南地区一个名为纳庆序列地质构造的沉积物岩心。通过分析这些深水岩心的地球化学构成，特别是碳酸盐铀同位素，团队记录了地球在3.1亿至2.9亿年前的环境状况。

"通过该分析，我们看到这些'突增'不仅体现在二氧化碳上，也体现在海洋的铀同位素特征上，"蒙塔涅斯说。"它们完全吻合，而那些铀峰值的大小揭示了海洋缺氧的规模。"

随后，团队利用这些信息输入本研究作者开发的最先进气候模型，用于更好地理解古代气候。

"这是一个数学框架，我们将所有代理指标信息输入其中，并在超级计算机上运行数十万次，"蒙塔涅斯解释说。"它基本上是在考虑所有不确定性、所有已知因素、所有给定信息的前提下，对最现实的情况进行最佳建模。"

基于建模结果，团队发现在2.9亿至3.1亿年前的全球海洋中，有五次氧气含量下降4%至12%的事件。每个事件持续了约10万至20万年。

虽然海洋氧气下降似乎与任何已知的大规模灭绝事件无关，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。

"我们确实看到每次发生这种（二氧化碳浓度）突增时，生物多样性就会出现停滞，"蒙塔涅斯说。"它产生了影响，很可能沿海地区受到的影响最大。"

过去的记录，未来的教训

三亿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%至50%。尽管过去与现在存在差异，但二氧化碳浓度上升的幅度却相似。

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，你怎么能允许这种情况发生呢？" 蒙塔涅斯说。"它传递给我们的信息是：'别那么肯定，在我们当前人类活动驱动的二氧化碳排放下，这种事情不会重演。'"

其他作者包括：陈继涛（中国科学院）；李世涵、张爽（德州农工大学）；特里·艾森（新西兰怀卡托大学）；泰斯·达尔（丹麦哥本哈根大学）；诺亚·普拉纳夫斯基（耶鲁大学）；张飞飞、王向东、沈树忠（中国南京大学）。

该研究部分得到了中国国家自然科学基金和美国国家科学基金的资助。