遠古地球極熱事件研究：探尋應對全球變暖之策

新浪科技訊 北京時間9月23日消息，據國外媒體報導，大約在5500萬年前，全球氣溫曾一度極速攀升，從而導致海平面升高、海洋酸度增大，以及一些物種的永久消亡。這一歷史性全球變暖就是著名的“古新世-始新世極熱事件”。科學家眼中，這一事件具有很高的研究參考價值，對后世研究者探索現代氣候變化有非同尋常的意義。許多科學家開始對大約5500萬年前的海洋沉積物等進行深入研究，探尋該事件與現代氣候變化事件之間的異同以及氣候變化的成因，以期為現代人應對全球氣候變暖找到有效解決方案。

如今，我們知道在地球進化史中，“古新世-始新世極熱事件”是全球氣候變化最迅速且最劇烈的一個典型例子，其引發原因還有待考證。然而，科學家猜測這個原因很可能與造成現代氣候變化的原因非常相似，並且有一點非常明確，那就是“古新世-始新世極熱事件”對環境的影響意義深遠，它可能已經改變了地球生命的歷程。

20世紀80年代，許多地質學家都參與了南極洲沉積物的研究，並在1991年發表了他們的研究成果。在研究論文中，他們稱，泥淖中微型浮游生物的化石顯示，這裏曾經歷過氣溫的極速攀升。更準確地，是這些浮游生物化石中鎖住的氧同位素暴露了氣候變暖的事實。大約在5500萬年，這些中的“重”氧18，相對“輕”氧16的含量更高。氧18的豐富含量是氣候變暖的明顯標識。由於“輕”氧16最容易蒸發，也就是越溫暖的水中所含的氧18就越多，因此生活在更高溫度水中的浮游生物就會在中鎖住更多的氧18。這些浮游生物的還暗示另外一個現象，即它們所含的碳導致了海洋溫度上升。

與氧元素一樣，碳元素也以許多不同的同位素形式存在。几乎就在浮游生物的中富含氧18的同時，其中的碳12含量也相對碳13含量要高。海洋一定是在突然之間，吸收了大量的碳12，這通常是由於含碳豐富的溫室氣體，如二氧化碳和甲烷向大氣中大規模噴發所造成。換而言之，“古新世-始新世極熱事件”的成因就是溫室氣體，這也與當代的氣候變化原因非常相似。然而，如今的全球氣候變暖不僅僅是重蹈“古新世-始新世極熱事件”的覆輒，因為如今的地球已不再是5500萬年前的那個地球了。

如今，受氣候變化影響，南極洲冰層面積急劇縮小，這個問題成為全球最熱的關注焦點之一。在“古新世-始新世極熱事件”時期，由於當時可能根本沒有南極洲冰層，所以這個問題在當時並不是什麼問題。即使在“古新世-始新世極熱事件”伊始，全球氣溫也比如今的氣溫要高幾度。一些研究人員認為，“古新世-始新世極熱事件”時期的氣候變化節奏也與今天的氣候變化節奏明顯不同。有關這個論點，2013年發表的一篇研究論文引起科學界的廣泛爭議。研究人員對5500萬年前大西洋西北部的海底泥淖進行了檢測，結果發現泥漿帶是按年周期形成的。當追蹤到與“古新世-始新世極熱事件”有關的碳、氧元素的同位氧時，研究人員發現它們僅存在13個泥漿帶中。他們表示，這意味“古新世-始新世極熱事件”的溫度攀升了13年。

然而，這並不意味“古新世-始新世極熱事件”反復持續了十多年。所有研究人員一致認為，此次異常的氣候變暖造成平均氣溫升高了至少5攝氏度，整個過程持續了大約17萬年。或許，全球氣溫在僅僅13年中就攀升了5攝氏度。如今，全球氣溫從19世紀末以來，才升高了1攝氏度。如果“古新世-始新世極熱事件”中氣候變化果真如此迅速，那麼一定有某個事件觸發了這個氣候變暖。要在短時期內導致全球氣溫急劇上升，大氣必定在几乎一夜之間就充滿了溫室氣體。科學家猜測，也許當時有一顆富含碳的彗星飛近地球，而在現代氣候變化中未碰到此種情況。不過，有必要強調一下，許多研究人員都強烈反對13年這個數字。

夏威夷大學科學家理查德-澤比認為，這一理論存在許多問題。其中一個重要問題是，從物理學角度來讓海洋在如此短暫的時間內熱起來几乎不可能。在地球上，海洋面積非常廣袤，讓它們熱起來需要很長時間。即使大氣中瞬間充滿了二氧化碳，海洋也不可能在13年時間裏那麼熱。澤比表示：“你可以讓大氣在短時間內變熱，但是要讓海洋變熱，可是需要數個世紀甚至數千年。還有一些研究人員指出，在岩石中的13個泥漿帶，每個泥漿帶一定代表了數個世紀，而不是代表數年。許多沉積物鑽探專家表示，如果這些泥漿帶是真實的，它們可能也僅僅是研究人員用來提取泥淖所使用到的手工製品。大多數研究人員認為，“古新世-始新世極熱事件”的發生持續了非常長的時期，但具體到多少年還沒有定論。

2011年的一篇氣候評估文章認為，碳是在大約20000年時間中逐漸釋放出來的。如此緩慢的釋放過程與今天的情況相去甚遠，這或許意味溫室氣體來自於火山爆發過程中漸進式的氣體釋放。在2014年出版的研究論文中，研究人員將眼光放到了大地上。猶他大學科學家加比瑞爾-博溫及其同事進行了一項研究，他們對懷俄明州在5500萬年前形成的土壤中的碳同位素進行了檢測。正如海洋沉積物揭示了“古新世-始新世極熱事件”時期的海洋狀況，土壤反應了“古新世-始新世極熱事件”時期的大氣狀況。結果顯示，在土壤中碳酸鹽結核中的碳12含量有所增高。研究人員分析認為，釋放到大氣中的碳大約持續了1500年左右，這個時間跨度與今天的大氣變化非常類似。通過對古代土壤的研究，科學家了解到碳排放的速度。

研究人員推算，在遠古時代，每年大約有十億噸碳排放到大氣中。根據這些發現，“古新世-始新世極熱事件”似乎為現代氣候變化提供了一個更合理可信的模式。博溫及其同事在懷俄明州還發現，在5500萬年前這裏曾出現過兩股不尋常的增溫脈衝。在“古新世-始新世極熱事件”之前的數千年間，大量富含碳的溫室氣體進入大氣中，其來源尚不明確，之后每年以10億噸左右的速率遞增。然而，這一“早髮型事件”似乎被環境輕易抹蓋了。當時，大氣溫度升高，隨后又在數千年后回落，一切看上去又回復到最初的正常狀態。由於海洋吸收了此次“早髮型事件”中釋放的熱能，這令氣溫回落成為可能，不過同時也為后來的“古新世-始新世極熱事件”鋪就了道路。

當海洋溫度逐漸升高，“凍”在海床中的大量甲烷沉積開始解凍融化。甲烷是一種強大的溫室氣體，隨它的解凍冒泡進入大氣，全球氣溫開始上升。隨全球氣溫的上升，海洋溫度進一步升高，觸發海床中更多的甲烷釋放，進而又促進了大氣的升溫，形成惡性循環。如此反復導致了整個地球變暖，引發了“古新世-始新世極熱事件”。如今，類似的升溫變暖情況很可能再次出現。隨現代海洋的變暖，有證據顯示海床中的甲烷可能再一次解凍冒泡。有了“古新世-始新世極熱事件”的前車之鑒，我們對全球氣候變暖的問題有了一定的預見性。然而，對導致“古新世-始新世極熱事件”原因的所有解釋都還只是一種推斷猜測，目前尚未有可靠的科學共識，不過很顯然其成因之一必定有來自某處的溫室氣體。

博溫憂心忡忡地：“我想最后總會有傷害。”關於“古新世-始新世極熱事件”的成因有各種版本，例如彗星靠近地球，但是均與如今地球正經歷的全球變暖大相徑庭。在多版本中，最令人覺得可以接受的一個是，來自海底的甲烷滾雪球般不斷釋放到大氣中，這一點與今天的氣候變化成因很相似。盡管“古新世-始新世極熱事件”的成因仍令科學家難以捉摸，但其危害性昭然可見。

即使回退到1991年剛剛發現這一事件那會，在科學家看來，“古新世-始新世極熱事件”也是一個自然界的毀滅者。一些保存在南極洲沉積物中的微生物物種，在氣候變暖伊始就消失了。生活在海洋深處的生物，成為此次事件中最易受衝擊影響的對象。它們在數千萬年間，經歷了最為嚴酷的物種滅。令人驚奇的是，許多生活在海洋中的稍淺水域的微觀生物物種卻顯得特別繁盛，這是氣候變化過程中“適者生存，劣者淘汰”的一個早期跡象。深海生物物種的死亡因素可能非常複雜，逐漸變暖的水溫以及水中越來越少的氧氣，都是罪魁禍首。然而，另一些微生物卻剛好可以利用自身優勢，適應缺氧環境逆勢生存。

那時候，一些海洋沉積物含有大量富鐵磁性礦物，這種礦物被稱為磁鐵礦。有些物種可以利用磁鐵礦，將其貯存在體內，這可能是因為磁鐵礦有兩大好處：一是有硬度，可以造就一副鋼牙鐵齒；二是有磁性，可以幫助生物根據地球磁場確定方向。缺氧水域有利於鐵的累積，因此在“古新世-始新世極熱事件”時期，海洋中利用磁鐵礦生存的微生物就可能呈現欣欣向榮的景象。海水的其它變化往往都是有害的。當海洋吸收了溫室氣體，如二氧化碳，海水會變為弱酸性，PH值降低，導致海洋酸化。我們知道，今天的全球海洋都可見這種酸化，事實上5500萬年前也有過海洋酸化現象。無論是在過去還是現在，海洋酸化都不利於海洋生物生存，因為隨海水PH值的下降，酸性物質會溶解掉建造骨骼的碳酸鈣，導致深海生物的物種滅。同時，海洋酸化也會影響海洋中的淺水生物生存，特別是珊瑚礁遭遇了自5.5億年前進化至今來，最為嚴重的一次生存危機。除了海洋生物，陸地上的野生動物也面臨生存環境的重大變化。

在“古新世-始新世極熱事件”時期，北極的雨量也比平常要多得多，這或許是因為熱帶海水蒸發，蒸汽升到空中進入高緯度地帶。通過研究5500萬年前形成的岩石類型，地質學家發現，乾燥的沿海環境也因為海平面的上升被淹沒。由於陸地上沒有冰可以融化，因此海平面上升的影響不是很大，被水淹沒的區域大約就5米高。然而，在一些惡劣情況下，海平面上升可能會造成更嚴重的災害。例如，這一時期，曾出現北大西洋的岩漿活動。海洋地殼溫度升高，推動岩漿向上運動，使海洋變得更窄，進而又加重海平面上升趨勢，如此一來海平面可能升高達30米。對於陸地上的生物而言，“古新世-始新世極熱事件”所帶來的影響也是深遠巨大的。

在懷俄明州，植物範圍隨氣溫的升高，向北推移了數百公里。很明顯，針葉樹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”后氣溫回落，針葉樹林才又重現。還有一些植物物種也從熱帶地區消失了，但是有跡象顯示植物多樣性事實上整體有所增長。究其原因，可能是因為溫暖的氣候，以及空氣中植物賴以生存的二氧化碳含量的大幅增加。也正是在“古新世-始新世極熱事件”時期，統治地球的許多哺乳動物種群，包括馬、牛和其它有蹄類動物出現並廣泛分佈於北半球，原因可能就是因為逐漸變暖的氣候環境。但是，這些我們耳熟能詳的動物種群的成員變化，又將令我們大吃一驚。內布拉斯加州立大學科學家羅斯-塞科德指出：“有充分證據顯示，40%的哺乳動物群在‘古新世-始新世極熱事件’時期，體形變得越來越小，並且沒有一種動物群體形變大。”事實上，一些哺乳動物體形已經變得很小了。

2012年，塞科德及其同事對始祖馬進行過研究，這是一種生活在目前懷俄明州地區的古獸馬。根據化石記錄顯示，在“古新世-始新世極熱事件”伊始之初，始祖馬的體形非常小，大約重5.6公斤。隨氣溫上升，始祖馬的體形變得越來越小，13萬年后一些成年始祖馬竟然進化到只有3.9公斤大小，接近於一隻家貓的重量。在“古新世-始新世極熱事件”之末，隨氣溫回落，始祖馬又開始長大。其它一些食草哺乳動物體形也有所縮小，食肉動物也不例外。塞科德稱，這種體形變化可能是遵循了伯格曼定律。伯格曼定律認為，恆溫動物在溫暖地區體形會相對變小，而在寒冷地區體形會相對變大。但是，伯格曼定律常常被用來解釋熱帶地區生活的動物比高緯度地區生活的動物體形要小，而不是用來解釋為何動物會因為全球變暖而生長成不同體形大小。

2013年，密西根大學科學家菲利浦-金格裏奇表示，哺乳動物會隨“古新世-始新世極熱事件”所帶來的植物變化而變化。當大氣中的二氧化碳水平升高，植物的葉子和嫩芽中的營養會流失，並且變硬不利於食草動物消化。在“古新世-始新世極熱事件”期間，這種情況可能導致動物生長速度減慢，食草動物數量減少，結果導致食肉動物捕食體形更小的獵物。南佛羅里達大學科學家彼得-斯特林也就這個問題進行了研究。早在2007年，他就發現，在二氧化碳含量高的大氣中，橡樹葉中的氮元素含量較低。斯特林總結：“這樣一來，食草動物常常要吃更多的樹葉來補充營養。”然而，到目前為止，科學家並沒有直接證據證明，食草動物或者以其為生的食肉動物，會因此生長得更慢，並在成年后體形更小。

從科學家發現“古新世-始新世極熱事件”以來，我們已經對其有了大量深入了解，然而還有許多懸而未決的問題。其中一個最詭異的問題就是，5500萬年前的氣候變暖在第一個真正的靈長類動物進化過程中，是否起到重要作用，因為人類是由靈長類動物最終進化而來的。現代靈長類動物與馬和其它有蹄類動物，是在“古新世-始新世極熱事件”伊始階段出現，並傳播開來。雖然他們的早期化石記錄是四拼八湊起來的，但是在亞洲、歐洲、美洲和非洲，它們看上去的確是几乎同時出現的。在數千萬年間，作為靈長類目獨特分支的人類，已經繁盛到如此程度，以至於整個地球成為了一個人猿星球。大約在500萬年后，我們所知道的首個直立行走的猿，即人類的祖先出現了。如果沒有“古新世-始新世極熱事件”，靈長類動物會變得如此成功嗎？誰也無法回答。(彬彬)