藏南定日地區(qū)的古新世-始新世極熱事件野外剖面

        當(dāng)前，人類(lèi)社會(huì)正面臨著由于大量碳排放所導(dǎo)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(wàn)年前，地球上也發(fā)生了一次全球溫度快速上升事件。該事件被稱(chēng)為古新世-始新世極熱事件，這是新生代以來(lái)最強(qiáng)烈的一次全球快速升溫事件，導(dǎo)致大氣圈、水圈和生物圈發(fā)生了重大變化。學(xué)者們認(rèn)為，這次全球快速升溫事件與碳釋放有關(guān)。

        近日，中科院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員張清海、丁林院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外研究人員證實(shí)，古新世-始新世極熱事件時(shí)期完整的碳同位素負(fù)漂具有一個(gè)階梯狀結(jié)構(gòu)，在大氣和淺海中碳同位素負(fù)漂具有較大幅度。相關(guān)成果發(fā)表于《地球與行星變化》雜志上。

        地球表層碳庫(kù)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巖石圈釋放到大氣海洋系統(tǒng)中，造成了地球表層碳庫(kù)中的碳同位素組分發(fā)生了顯著負(fù)漂。”張清海告訴科技日?qǐng)?bào)記者，所謂負(fù)漂是指碳同位素值突然明顯減少的現(xiàn)象。

        古新世-始新世極熱事件持續(xù)了大約20萬(wàn)年，其中碳釋放持續(xù)的時(shí)間大約為1000年到50000年。“在千年到萬(wàn)年的時(shí)間尺度上，古新世-始新世極熱事件給我們提供了一個(gè)難得的機(jī)會(huì)來(lái)研究氣候變化和碳循環(huán)之間的相互作用，研究它能夠幫助我們更好地了解未來(lái)的氣候、環(huán)境和生物變化。”張清海說(shuō)道。

        事實(shí)上，碳同位素負(fù)漂的結(jié)構(gòu)和幅度是古新世-始新世極熱事件研究的兩個(gè)核心問(wèn)題。大部分學(xué)者認(rèn)為碳同位素負(fù)漂是碳同位素一步快速減少到最低值并逐漸回返的過(guò)程，并以此為基礎(chǔ)對(duì)古新世-始新世極熱事件期間氣候、環(huán)境和生物變化進(jìn)行研究。1999年，英國(guó)牛津大學(xué)的貝恩斯等研究人員曾在《科學(xué)》雜志上聲稱(chēng)，碳同位素負(fù)漂可能具有一個(gè)較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。但由于證據(jù)不足，他們的觀點(diǎn)很快被絕大部分學(xué)者所拋棄。

        與此同時(shí)，碳同位素負(fù)漂的幅度可以用來(lái)估算古新世-始新世極熱事件期間碳釋放的總量。很多學(xué)者認(rèn)為碳同位素負(fù)漂的最大幅度為4‰，僅少數(shù)學(xué)者認(rèn)為古新世-始新世極熱事件期間碳同位素負(fù)漂的幅度可能達(dá)到6‰—8‰。在過(guò)去10年里，4‰的碳同位素負(fù)漂幅度被學(xué)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(shuō)，長(zhǎng)期以來(lái)，主流觀點(diǎn)認(rèn)為，碳同位素負(fù)漂是碳同位素一步快速減少到最低值并逐漸回返的過(guò)程;碳同位素負(fù)漂的幅度最大為4‰。

        2017年，丁林和張清海團(tuán)隊(duì)對(duì)上述兩個(gè)主流觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑。此后，該團(tuán)隊(duì)歷時(shí)2年對(duì)藏南定日地區(qū)的淺海碳酸鹽巖剖面中的大有孔蟲(chóng)殼體開(kāi)展了微量元素和碳同位素的研究。應(yīng)用激光剝蝕-等離子體質(zhì)譜和二次離子質(zhì)譜原位地球化學(xué)分析技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)分析了大有孔蟲(chóng)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(fù)漂具有一個(gè)階梯狀結(jié)構(gòu)。研究還證實(shí)：在淺海和大氣中，碳同位素負(fù)漂的幅度大致為7‰，并首次給出古新世-始新世極熱事件時(shí)期碳釋放總量的上限為28000Pg(Pg是碳儲(chǔ)量的單位，1Pg碳等于10億噸碳)，目前人類(lèi)每年排放的碳約為10Pg。

        階梯狀碳同位素負(fù)漂結(jié)構(gòu)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(guò)程。大氣和淺海中碳同位素負(fù)漂的幅度明顯大于深海，這暗示碳釋放對(duì)大氣和淺海造成的影響可能遠(yuǎn)大于深海。

        “這警示我們，大量碳釋放到大氣-海洋系統(tǒng)中可能造成一系列多米諾骨牌式氣候、環(huán)境和生物響應(yīng)。在自然狀態(tài)下，地球可能需要數(shù)十萬(wàn)年才能恢復(fù)到之前的正常氣候狀態(tài)。”張清海說(shuō)。

        他表示，過(guò)去關(guān)于古新世-始新世極熱事件的研究工作大多來(lái)自于不完整的沉積記錄，而這不可能準(zhǔn)確完整地恢復(fù)出該事件的來(lái)龍去脈，未來(lái)還需要發(fā)掘更多具有階梯狀碳同位素結(jié)構(gòu)的剖面來(lái)對(duì)其進(jìn)行深入研究。

《電鰻快報(bào)》