5600萬年前的全球變暖 竟然也是碳釋放惹的禍

當前，人類社會正面臨著由於大量碳排放所導致的全球溫度上升。在古新世-始新世之交，也就是距今大約5600萬年前，地球上也發生了一次全球溫度快速上升事件。該事件被稱為古新世-始新世極熱事件，這是新生代以來最強烈的一次全球快速升溫事件，導致大氣圈、水圈和生物圈發生了重大變化。學者們認為，這次全球快速升溫事件與碳釋放有關。

近日，中科院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點實驗室副研究員張清海、丁林院士團隊聯合國內外研究人員証實，古新世-始新世極熱事件時期完整的碳同位素負漂具有一個階梯狀結構，在大氣和淺海中碳同位素負漂具有較大幅度。相關成果發表於《地球與行星變化》雜志上。

地球表層碳庫的碳同位素值突然明顯減少

“古新世-始新世極熱事件期間，大量C13同位素含量較少的碳從岩石圈釋放到大氣海洋系統中，造成了地球表層碳庫中的碳同位素組分發生了顯著負漂。”張清海告訴科技日報記者，所謂負漂是指碳同位素值突然明顯減少的現象。

古新世-始新世極熱事件持續了大約20萬年，其中碳釋放持續的時間大約為1000年到50000年。“在千年到萬年的時間尺度上，古新世-始新世極熱事件給我們提供了一個難得的機會來研究氣候變化和碳循環之間的相互作用，研究它能夠幫助我們更好地了解未來的氣候、環境和生物變化。”張清海說道。

事實上，碳同位素負漂的結構和幅度是古新世-始新世極熱事件研究的兩個核心問題。大部分學者認為碳同位素負漂是碳同位素一步快速減少到最低值並逐漸回返的過程，並以此為基礎對古新世-始新世極熱事件期間氣候、環境和生物變化進行研究。1999年，英國牛津大學的貝恩斯等研究人員曾在《科學》雜志上聲稱，碳同位素負漂可能具有一個較為復雜的結構。但由於証據不足，他們的觀點很快被絕大部分學者所拋棄。

與此同時，碳同位素負漂的幅度可以用來估算古新世-始新世極熱事件期間碳釋放的總量。很多學者認為碳同位素負漂的最大幅度為4‰，僅少數學者認為古新世-始新世極熱事件期間碳同位素負漂的幅度可能達到6‰—8‰。在過去10年裡，4‰的碳同位素負漂幅度被學者們廣泛接受。

古新世-始新世之交可能存在多次碳釋放

也就是說，長期以來，主流觀點認為，碳同位素負漂是碳同位素一步快速減少到最低值並逐漸回返的過程﹔碳同位素負漂的幅度最大為4‰。

2017年，丁林和張清海團隊對上述兩個主流觀點提出了質疑。此后，該團隊歷時2年對藏南定日地區的淺海碳酸鹽岩剖面中的大有孔虫殼體開展了微量元素和碳同位素的研究。應用激光剝蝕-等離子體質譜和二次離子質譜原位地球化學分析技術，該團隊分析了大有孔虫殼體上的原位微量元素含量和原位碳同位素組成。

研究表明，古新世-始新世極熱事件期間，完整的碳同位素負漂具有一個階梯狀結構。研究還証實：在淺海和大氣中，碳同位素負漂的幅度大致為7‰，並首次給出古新世-始新世極熱事件時期碳釋放總量的上限為28000Pg（Pg是碳儲量的單位，1Pg碳等於10億噸碳），目前人類每年排放的碳約為10Pg。

階梯狀碳同位素負漂結構的存在，暗示古新世-始新世極熱事件期間存在多次碳釋放，很可能存在“碳釋放-溫度上升-再次碳釋放”的正反饋過程。大氣和淺海中碳同位素負漂的幅度明顯大於深海，這暗示碳釋放對大氣和淺海造成的影響可能遠大於深海。

“這警示我們，大量碳釋放到大氣-海洋系統中可能造成一系列多米諾骨牌式氣候、環境和生物響應。在自然狀態下，地球可能需要數十萬年才能恢復到之前的正常氣候狀態。”張清海說。

他表示，過去關於古新世-始新世極熱事件的研究工作大多來自於不完整的沉積記錄，而這不可能准確完整地恢復出該事件的來龍去脈，未來還需要發掘更多具有階梯狀碳同位素結構的剖面來對其進行深入研究。