5600萬年前，地球為什麼突發高燒

大約在5600萬年前，全球氣溫一度急速攀升，且一直保持這一溫度達17萬年之久。這一歷史性全球變暖就是著名的「古新世—始新世極熱事件」。

接受科技日報記者採訪時，中國科學院地質與地球物理研究所博士陳祚伶說，「古新世—始新世極熱事件」有3個顯著特徵：第一，在不到2萬年的時間跨度內全球增溫5到8攝氏度；第二，外生碳庫包括陸地生物圈、海洋和大氣系統大於2‰的碳同位素負漂，這表示有巨量的富12C（碳同位素的一種，即輕碳）注入其中；第三，海洋酸化及海底碳酸鹽大範圍溶解。

「古新世—始新世極熱事件」引發的多米諾效應，讓數以千計的原始海洋物種消失，同時也讓植物多樣性更加豐富，哺乳動物日漸興起。

為了找到應對全球氣候變暖的有效解決方案，科學家們一直對該事件進行探尋，但「古新世—始新世極熱事件」的成因卻撲朔迷離。近日，美國羅格斯大學的科學家在《科學》期刊上發表最新研究成果，聲稱發現了關於該時期全球氣候迅速變暖的新證據。

彗星撞擊導致地球體溫上升逾5℃？

近日，美國羅格斯大學的科學家在新澤西海岸的沉積層中發現了一些球形的玻璃碎片，他們認為這些玻璃碎片最初可能來自於一顆跌入大西洋的直徑約10千米的彗星，是彗星撞擊地球後熔化的殘骸飛濺到半空中凝固而形成的。研究人員認為，這次彗星撞擊事件可能就是大約5600萬年前全球氣候迅速變暖的主要誘因，因為撞擊事件可能釋放了大量的二氧化碳和其他溫室氣體。

此外，科學家還在這些玻璃碎片中發現了一種名為「焦石英」的礦物質。美國羅格斯大學科學家丹尼斯·肯特教授介紹說，焦石英大約在1700攝氏度下才會形成。如果沒有太空撞擊這樣的極高能事件，難以解釋這種礦物質的存在。

陳祚伶說：「雖然彗星富含12C，理論上來講，彗星撞擊地球可以提供巨量富含12C的溫室氣體二氧化碳，導致全球增溫。」但彗星撞擊說仍有一些值得商榷之處。目前在「古新世—始新世」界線附近尚未發現地外星體撞擊坑，也未發現撞擊事件導致的銥元素異常。此外，撞擊事件應導致大範圍動物滅絕，但該時期僅底棲有孔蟲發生滅絕，而浮游有孔蟲及陸生脊椎動物多樣性卻明顯增加。

「如果是彗星撞擊導致全球增溫，其增溫速度應非常快，在百年時間尺度，但現有記錄表明該事件增溫過程至少持續了4000年以上。」陳祚伶直言，要求證「古新世—始新世極熱事件」是否是彗星撞擊導致的，還有待更多高解析度、精確定年的地質證據。

海底甲烷引發地球高熱？

在眾多「極熱事件」成因的版本中，備受科學家推崇的是，來自海底的甲烷滾雪球般不斷釋放到大氣中，從而形成溫室效應導致地球升溫。

20世紀80年代，地質學家對南極洲的沉積物進行了研究，在研究論文中他們稱，在大約5600萬年前的泥淖中的微型浮游生物的化石殼中，測得氧同位素偏負，即殼體中16O的相對含量增加，而18O的相對含量則降低，說明這裡曾經歷過氣溫的急速攀升。此外，這些浮游生物的殼中的12C的含量也相應增加，這說明海洋突然間吸收大量的12C，這通常是由於含碳豐富的溫室氣體，向大氣中大規模噴發所造成的。換言之，「古新世—始新世極熱事件」的成因就是溫室氣體。

猶他大學科學家加比瑞爾·博溫及其同事在懷俄明州發現，在「古新世—始新世極熱事件」之前的數千年間，來源不明的大量溫室氣體進入大氣，之後每年以10億噸左右的速率遞增。

而陳祚伶等人和荷蘭Sluijs博士團隊的研究也表明，在「古新世—始新世極熱事件」發生之前，全球存在一個緩慢的增溫過程，暗示該事件可能是響應於前期增溫的一個正反饋過程，「最有可能的機制是，事件前期增溫達到海底天然氣水合物（即可燃冰）的分解閾值，大量富含輕碳的水合物分解釋放，注入到海洋和大氣系統，導致大氣二氧化碳濃度增加，全球快速增溫，最終誘發了該事件的發生。」

陳祚伶解釋說，海底存在大量富含輕碳的天然氣水合物，這些水合物在一定的溫度和壓力條件下是相對穩定的。但是隨著溫度的升高，當達到其分解閾值時，大量水合物分解釋放到外生碳庫中，可導致全球快速增溫。

火山爆發造成地球急速升溫？

鑒於二氧化碳最多能在大氣中存留1000年，要想實現高達8攝氏度的升溫，「古新世—始新世極熱事件」時期的大部分溫室氣體必須在非常短的時間內排放到大氣中，而火山噴發很符合這種「突增」的特徵。

挪威奧斯陸大學的地質學家一直從事岩心的研究。他們指出，來自挪威海的岩心和地震數據表明，巨大的火山口曾經在海底星羅棋布般排列，這意味著這些地區曾經歷了火山爆發的巨變，其規模足以讓人類歷史中的任何紀錄相形見絀。這些火山口同時分布在包含有大量甲烷的地區。火山口的岩漿加熱了上層的沉積物，從而釋放出大量甲烷氣體。這些甲烷隨後進入了地球大氣層，最終形成了一個持續時間近20萬年的強大的溫室效應。

在陳祚伶看來，在古新世晚期，北大西洋地區火山活動異常強烈，高溫地幔岩漿物質侵入到富含有機質的沉積地層中，導致大量熱成因甲烷的生成，進而注入到外生碳庫，可能誘發極熱事件的發生。

「極熱」給地球生物帶來了什麼？

在科學家眼中，「古新世—始新世極熱事件」不僅對地球環境影響深遠，而且對地球生命的演化歷程產生了深刻的影響。由於地球的升溫，造成了大量生物的消亡，但同時也帶來了新的生物類群的繁榮。

科學家發現，當時在懷俄明州，植物範圍隨著氣溫的升高，向北推移了數百公里。針葉林已經基本上從懷俄明州消失殆盡了，直到「古新世—始新世極熱事件」後氣溫回落，針葉林才又重現。

植物的變化也伴隨著動物的變化。有研究顯示，現代靈長類動物以及包括馬的祖先在內的奇蹄類動物，是在「古新世—始新世極熱事件」伊始階段出現，並傳播開來的。

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員王元青認為，「古新世—始新世極熱事件」對生物界產生很大的影響。比如，海洋中底棲有孔蟲逾50%絕滅。陸生動物也發生了很大的變化，一些古老類群被些新生的類群所取代。

「以哺乳動物為例，極熱事件之前，古老類型的哺乳動物種數接近80%；而極熱事件之後，古老類型的種數則驟降至不足45%，而且絕大多數屬種為新出現的。」王元青說，諸如偶蹄目、奇蹄目和靈長目等現代哺乳動物目開始出現，奠定了最終演化成現代哺乳動物群的基礎。

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關於「極熱事件」起因的其他假說

陳祚伶表示，觸發「古新世—始新世極熱事件」必須滿足兩個條件：一是碳源富含12C，二是能夠釋放上萬億噸的二氧化碳。而滿足這兩個條件的除了上文提到的假說外還包括：泥炭燃燒假說和極地凍土層有機質分解假說。

「古新世末期，全球氣候變干，可能導致早期沉積的大量泥煤燃燒，釋放巨量輕碳到外生碳庫，通過溫室效應導致全球增溫，這就是關於泥炭燃燒的假說。」陳祚伶說，古新世晚期的全球溫度比現在高得多，兩極地區基本無冰蓋且主要為凍土層，而凍土層中富含輕碳物質，隨著晚始新世溫度的逐漸增加，可能誘發凍土層消融，有機質分解釋放注入大量輕碳物質到海洋—大氣系統中，這就是極地凍土層有機質分解假說。

（來源：科技日報記者 劉 垠）

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