□ 南京日报/紫金山新闻记者 张安琪
全球气候变暖趋势持续演进，极端天气气候事件多发强发。未来究竟会如何？3亿年前，相似气候条件下的一次快速升温事件带来启示。
近日，中国科学院南京地质古生物研究所（以下简称“南京古生物所”），联合中国科学院青藏高原研究所以及多家国内外科研机构研究人员，首次系统揭示了地球倒数第二次大冰期（晚古生代大冰期）中一次极热事件的完整过程与机制。研究显示，在约3亿年前的冰室气候背景下，地球曾经历过一次由火山活动触发、天文轨道放大的快速升温事件，全球平均地表温度升高约7.5℃，大气二氧化碳浓度从约300ppm（ppm为百万分之一），飙升至700ppm——这一浓度区间，恰好跨越了当今地球所处的气候状态。8月11日，相关成果发表于国际顶级学术期刊《美国科学院院刊》（PNAS）。
晚古生代大冰期（距今约3.6亿至2.6亿年前）是地球上自动植物繁盛以来唯一一个与现代大气二氧化碳浓度相近的时期，因此，对晚古生代冰室气候背景下极热事件的研究可以为当今气候变暖的发展趋势及其海洋环境和生物响应提供借鉴和启示。此前，学者们根据化石氧同位素研究，发现在宾夕法尼亚亚纪卡西莫夫期与格舍尔期之交（Kasimovian-Gzhelian Boundary/KGB）可能发生了一次全球气候变暖。然而由于数据时间分辨率较低，关于KGB升温转折期海水温度的变化过程以及升温机制等认识还不清晰。
南京古生物所晚古生代研究团队与国内外研究机构合作，对我国华南纳庆和纳饶剖面和俄罗斯乌拉尔地区Usolka剖面开展了古生物学与地层学、沉积地球化学、地球系统模拟等多学科的综合研究。
“这些剖面在3亿年前位于海洋深处，我们从中找到了一种微体化石牙形刺。”南京古生物所晚古生代研究团队副研究员要乐介绍，这种形如牙齿的化石，是古代海洋牙形动物的头部消化取食器官，其内部保存的氧元素完整记录了原始海水化学特征，是开展氧同位素分析、反演古海洋水温的绝佳材料，也被称为“古温度计”。
借助离子探针（SIMS）微区原位方法，团队基于KGB的高分辨率牙形刺SIMS氧同位素变化曲线，识别出氧同位素存在一次显著负偏，这表明这一时期的确存在一次快速全球变暖事件，即卡西莫夫期与格舍尔期之交极热事件（Kasimovian-Gzhelian Thermal Maximum/KGTM）。
从牙形刺氧同位素曲线来看，KGTM升温分为两个阶段，分别为初始阶段的小幅度升温和主阶段的快速升温，这两个阶段伴随海水表层温度升高分别约为2℃和3.5℃。研究团队利用天文旋回约束了KGTM初始阶段和主阶段升温持续的时间分别约为6万年和3.5万年。天文旋回，是指地球轨道周期性变动带来光照波动，经由沉积作用封存于岩层，形成层层往复的沉积韵律。
要乐介绍，研究显示KGTM主阶段的升温速率与二叠纪末期和三叠纪末两次生物大灭绝时期相近，但升温幅度明显小于后两者；与侏罗—白垩纪极热事件相比，升温幅度和速率相似，并伴随较低的生物灭绝率。因此，升温幅度和速率均是控制生物多样性变化的主要因素。
团队研究认为，区域性火山活动和碳排放导致了KGTM的初始升温，同时伴随高偏心率胁迫作用（地球公转轨道偏心率高，近日点更近远日点更远，季节气候差异变大，并结合岁差和高斜率的协同相位作用，增加地球高纬度太阳辐射量）可能会导致高纬度冰川融化和冻土碳排放，然后进一步加剧升温，导致更多的冰盖融化和冻土碳排放。在这种气候正反馈作用下，气候状态可能会突破阈值，最终导致了巨量碳排放和KGTM主阶段的快速升温。
该研究得到国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会和南京古生物所全国重点实验室的联合资助。