全球變暖惡果顯現 3億年前曾出現巨量碳排放

全球變暖將會(huì )導致什么樣的后果?地球上的生命將面對怎樣的生存環(huán)境?當前的第四紀大冰期與全球變暖會(huì )產(chǎn)生沖突嗎?

近年來(lái)，全球氣候問(wèn)題已經(jīng)成為各個(gè)國家關(guān)注的焦點(diǎn)。那么，氣候的變遷是否真的會(huì )帶來(lái)毀滅性的后果?關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的研究非常多，但預測的結果相差也很大。

5月上旬，科學(xué)期刊《美國科學(xué)院院報》刊發(fā)了來(lái)自中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)中科院南京地質(zhì)古生物所)與南京大學(xué)、美國加州大學(xué)戴維斯分校等合作的一項成果，他們認為：約3億年前的晚古生代大冰期期間，曾發(fā)生一次短暫的巨量碳排放事件，引起了海洋缺氧及海洋生物多樣性顯著(zhù)降低。

地球歷史上曾多次出現碳排放導致的升溫，而3億年前的這次事件之所以吸引科學(xué)家的目光，是因為當時(shí)的地球環(huán)境與當前非常類(lèi)似。這一成果也是世界上首個(gè)以冰期為背景研究全球變暖的成果。

全球變暖惡果已經(jīng)顯現

北美的高溫、歐洲的暴雨、亞洲的洪災……很多人可能還記得2021年，全球各地出現許多極端天氣。

而在大多數人視線(xiàn)之外的地方，環(huán)境變化同樣讓人擔憂(yōu)：格陵蘭冰川加速融化、亞馬孫雨林頻現干旱、澳大利亞附近的珊瑚礁大面積死亡、西伯利亞永久凍土開(kāi)始消融、大西洋環(huán)流自1950年開(kāi)始變緩。

“根據相關(guān)研究報道，當前，我們生活的地球或許正面臨著(zhù)氣候變化的臨界點(diǎn)。”中科院南京地質(zhì)古生物所陳吉濤研究員告訴記者，當今地球正處于從3400萬(wàn)年前開(kāi)始的新生代冰室氣候。然而近百年來(lái)，全球氣溫在冰室氣候大背景下快速升高，兩極冰川消融加劇，海平面上升，海洋缺氧程度加重，導致全球生物多樣性降低。

全球變暖原本是一種地球上的自然現象，根據科學(xué)家的研究結果，在地球46億年的歷史上，氣溫是呈現周期性變化的，而且絕大多數時(shí)間的溫度都比較高，此時(shí)地球表面沒(méi)有大陸冰川或者冰蓋的覆蓋，我們將這些時(shí)期稱(chēng)為溫室期。

如果地球表面長(cháng)期處于極其低溫的狀態(tài)，導致整個(gè)地球表面被冰雪所覆蓋，我們就會(huì )將這些時(shí)期稱(chēng)為冰室期或大冰期。比如在前寒武紀大冰期，地球就遭受過(guò)一次嚴重的冰凍，這段時(shí)間地球的平均溫度可能一度跌到了零下50攝氏度左右，史稱(chēng)“雪球地球”。

但不是所有大冰期都像“雪球地球”那樣冷。大冰期還分為冰期和間冰期，它們是交替出現的。目前地球正處于間冰期當中，溫度要相對高一些。不過(guò)，現在地球上依然存在著(zhù)不少的冰川和冰蓋，主要集中在格陵蘭和南北極區域，這也是冰期最顯著(zhù)的特征。

那么，當前的全球變暖，究竟會(huì )帶來(lái)什么樣的后果呢?

“根據當前環(huán)境變化的觀(guān)察數據很難預測未來(lái)的長(cháng)期趨勢。為了找到全球冰室氣候背景下的變暖與海洋缺氧、生物多樣性變化的內在關(guān)系，更準確地模擬和評估海洋缺氧程度，我們需要通過(guò)對地球歷史上冰室氣候的研究尋找答案。”陳吉濤說(shuō)。

3億年前曾出現巨量碳排放

在3.6—2.8億年間的晚古生代，地球也出現過(guò)一次大冰期。這次大冰期是地球持續時(shí)間最長(cháng)、規模最大的一次冰室氣候，也是陸生高等植物及陸地生態(tài)系統建立以來(lái)唯一一次記錄了地球由冰室氣候向溫室氣候轉變的地質(zhì)時(shí)期。當時(shí)，地球的大氣二氧化碳和氧氣濃度也與現代相當，因此這一時(shí)期可以與現今人類(lèi)生存的冰室氣候環(huán)境很好地進(jìn)行類(lèi)比。

陳吉濤認為，研究晚古生代大冰期已經(jīng)發(fā)生過(guò)的碳排放與全球變暖事件所造成的影響，將有益于我們更加深入地理解當前在冰室氣候下地球系統內部的關(guān)聯(lián)與反饋機制，從而更加準確地預測全球氣候環(huán)境變化與生物多樣性的未來(lái)發(fā)展趨勢。

3億年前的石炭紀，地球大陸與現在并不一樣，大片陸地集中在低緯度地區，我國的華南板塊則是大洋中的一個(gè)孤島。因此，華南板塊有大量的海相沉積地層，這為研究當時(shí)的海洋環(huán)境提供了很好的樣本。

貴州羅甸納慶剖面發(fā)育了國際上鮮有的連續出露的石炭紀海相地層，完整記錄了石炭紀晚期海水的地球化學(xué)信息。

研究人員在此開(kāi)展了近十年的地層學(xué)、古生物學(xué)、沉積學(xué)、沉積地球化學(xué)、數值模擬等多學(xué)科的綜合研究，首次發(fā)現了石炭紀晚期冰室氣候下的一次巨量碳排放事件。

為了精確還原當時(shí)的環(huán)境變化，他們的采樣精度達厘米級，樣本經(jīng)過(guò)碳和鈾同位素及主微量元素等測試分析得出數據，再導入全球碳循環(huán)模型(LOSCAR)，對碳排放量及碳源進(jìn)行了數值模擬研究，并利用耦合的碳-鈾模型計算出當時(shí)全球海洋缺氧程度，最后利用更綜合的地球系統模型(CESM)進(jìn)行數據模擬，最終建立了該事件中碳排放與海洋缺氧面積的關(guān)聯(lián)機制。

研究結果顯示，石炭紀晚期(約3.04億年前)冰室氣候下，約9萬(wàn)億噸碳在30萬(wàn)年內排向大氣，從而引起了當時(shí)全球氣候的顯著(zhù)變暖。這期間海水表面溫度升高約4攝氏度，全球海洋缺氧面積增長(cháng)了18%，從4%擴張至22%，海洋生物多樣性在短期內顯著(zhù)下降。

“根據我們的研究，當時(shí)海洋中的有孔蟲(chóng)、珊瑚、腕足類(lèi)生物大量死亡。這些都是底棲生物，當海洋缺氧后，首先波及到的就是這些行動(dòng)能力相對有限的生物。”陳吉濤說(shuō)。

研究全球變暖需考慮大氣候背景

研究人員推測，石炭紀晚期的巨量碳排放，與廣泛的火山噴發(fā)有關(guān)，據其他學(xué)者研究，現在的歐洲、澳大利亞等地區，當時(shí)都曾發(fā)生大規?；鹕交顒?dòng)。

而石炭紀又是集中的成煤時(shí)期，大量的植物以固體碳的形式被埋藏在地下，巖漿噴發(fā)前可能侵入到這些煤層中，導致短期內碳排放迅速增加。

為什么研究溫室氣體排放、全球變暖，需要考察地球大的氣候背景?陳吉濤表示，所謂差之毫厘謬以千里，冰室氣候與溫室氣候下，全球變暖帶來(lái)的后果很可能是大不相同的，必須予以科學(xué)的論證。

通過(guò)比較地質(zhì)歷史中不同氣候環(huán)境下的碳排放事件及其引起的全球變暖和海洋缺氧狀態(tài)，研究團隊首次提出，在同樣的碳排放速率下，相較于溫室氣候，冰室氣候下的海洋可能會(huì )出現更嚴重的缺氧狀態(tài)。

他們推測，這主要有三方面的原因：第一，在冰室氣候的全球變暖期間，冰川融化導致地球表面反照率降低，從而推動(dòng)溫度進(jìn)一步上升;第二，這次全球變暖事件減弱了北半球海洋經(jīng)向翻轉環(huán)流，增強了大洋溫躍層分層，從而減小了海洋表層海水的混合深度，導致海洋內部氧氣含量降低;第三，全球變暖導致冰川消融，大片陸地暴露被風(fēng)化，造成磷和其他營(yíng)養鹽進(jìn)入海洋，促進(jìn)了初級生產(chǎn)力而大量消耗了海水中的氧氣。

9萬(wàn)億噸碳在30萬(wàn)年內排向大氣，聽(tīng)起來(lái)數量驚人，但比起近200年人類(lèi)活動(dòng)造成的溫室氣體排放，還遠遠不及。

以2018年為例，全球排放的二氧化碳為340億噸，折算成固體碳約93億噸，而石炭紀晚期的巨量碳排放約為每年3000萬(wàn)噸，前者為后者數百倍之多。

據世界氣象組織觀(guān)測，全球大氣中二氧化碳濃度在2019年就已突破410ppm(百萬(wàn)分之410)，為過(guò)去80萬(wàn)年以來(lái)的新高。2022年3月，這一數據又上升到418.81ppm(百萬(wàn)分之418.81)。

那么，當前的全球變暖，會(huì )顛覆地球周期性變化嗎?根據科學(xué)家研究，如果當前的碳排放速率不加以限制，地球歷史上的周期性氣候變化可能會(huì )被打破，地球或許會(huì )進(jìn)入溫室氣候狀態(tài)。(科技日報記者 張 曄)

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關(guān)鍵詞： 全球變暖 巨量碳排放 冰室氣候環(huán)境 石炭紀晚期