《美國科學院院報》：三億年前的巨量碳排放導致海洋缺氧和生物多樣性顯著下降
石炭紀晚期（約304百萬年）發(fā)生的一次顯著的大氣二氧化碳濃度升高及碳同位素負漂事件，對應著全球海水表層溫度升高及海洋生物多樣性的院院樣性降低
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所：全球變暖將會導致什么樣的后果？地球上的生命將面對怎樣的生存環(huán)境？解答這些問題，可以到地球歷史中與當前地球環(huán)境變化類似的報億時期尋找答案。近日，年前中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所與南京大學、巨導美國加州大學戴維斯分校等合作發(fā)表一項重要研究成果：與當前地球環(huán)境類似的量碳約3億年前的晚古生代大冰期期間，曾發(fā)生一次短暫的排放巨量碳排放事件，引起了海洋缺氧及海洋生物多樣性顯著降低。海洋和生5月2日，缺氧這一成果發(fā)表于國際著名的物多科學期刊《美國科學院院報》（PNAS）。
當今地球正處于從3400萬年前開始的顯著下降新生代冰室氣候，然而，美國近百年來，科學全球氣溫在冰室氣候大背景下快速升高，院院樣性兩極冰川消融加劇，海平面上升，海洋缺氧程度加重，導致全球生物多樣性降低。全球變暖的趨勢將如何進一步發(fā)展？根據(jù)當前環(huán)境變化的觀察數(shù)據(jù)很難預測未來的長期趨勢。為了找到全球冰室氣候背景的變暖與海洋缺氧、生物多樣性變化的內(nèi)在關(guān)系，更準確地模擬和評估海洋缺氧程度，科學家們通過對地球歷史的冰室氣候的研究尋找答案。
3.6-2.8億年間的晚古生代大冰期是地球持續(xù)時間最長、規(guī)模最大的一次冰室氣候，也是陸生高等植物及陸地生態(tài)系統(tǒng)建立以來唯一一次記錄了地球由冰室氣候向溫室氣候轉(zhuǎn)變的地質(zhì)時期，當時的大氣二氧化碳和氧氣濃度也與現(xiàn)代相當，可以與現(xiàn)今人類生存的冰室氣候環(huán)境很好地進行類比。因此，研究晚古生代大冰期已經(jīng)發(fā)生過的碳排放與全球變暖事件所造成的影響，將有益于我們更加深入地理解當前在冰室氣候下地球系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)聯(lián)與反饋機制，從而更加準確地預測全球氣候環(huán)境變化與生物多樣性的未來發(fā)展趨勢。
由南京古生物所陳吉濤研究員與南京大學王向東教授、美國加州大學戴維斯分校Isabel Montanez教授等領(lǐng)銜的國際合作團隊，對我國華南石炭紀地層開展了近十年的地層學、古生物學、沉積學、沉積地球化學、數(shù)值模擬等多學科的綜合研究，首次發(fā)現(xiàn)了石炭紀晚期冰室氣候下的一次巨量碳排放事件。
貴州羅甸納慶剖面發(fā)育了國際上鮮有的連續(xù)出露的石炭紀海相地層，完整記錄了石炭紀晚期海水的地球化學信息。研究人員通過對該剖面采集精度達厘米級的樣本進行了碳和鈾同位素及主微量元素等測試分析，用全球碳循環(huán)模型（LOSCAR）對碳排放量及碳源進行了數(shù)值模擬研究，并利用耦合的碳-鈾模型計算出當時全球海洋缺氧程度，最后，利用更綜合的地球系統(tǒng)模型（CESM）進行數(shù)據(jù)模擬；最終建立了該事件中碳排放與海洋缺氧面積的關(guān)聯(lián)機制。
研究結(jié)果顯示，石炭紀晚期（約3.04億年前）冰室氣候下，約9萬億噸碳在30萬年內(nèi)排向大氣，從而引起了當時全球氣候的顯著變暖。期間海水表面溫度升高約4℃，全球海洋缺氧面積擴張至18%，海洋生物多樣性在短期內(nèi)顯著下降。地球系統(tǒng)模型研究表明，在冰室氣候的全球變暖期間，廣泛的海洋缺氧可能與海水分層的增強和營養(yǎng)輸入的增加（消耗氧氣）相關(guān)。
通過比較地質(zhì)歷史中不同氣候環(huán)境下的碳排放事件及其引起的全球變暖和海洋缺氧狀態(tài)，研究團隊首次提出，在同樣的碳排放速率下，相較于溫室氣候，冰室氣候下的海洋可能會出現(xiàn)更嚴重的缺氧狀態(tài)。而通過對地質(zhì)歷史過程中已經(jīng)發(fā)生的類似氣候環(huán)境事件的研究，詳細識別事件的發(fā)生、發(fā)展及結(jié)束過程，可進一步揭示其對海洋生物多樣性的影響，為人類如何應對未來可能發(fā)生的極端氣候提供一定借鑒。
論文相關(guān)信息：Jitao Chen, Isabel P. Montanez, Shuang Zhang, Terry T. Isson, Sophia I. Macarewich, Noah J. Planavsky, Feifei Zhang, Sofia Rauzi, Kierstin Daviau, Le Yao, Yu-ping Qi, Yue Wang, Jun-xuan Fan, Christopher J. Poulsen, Ariel D. Anbar, Shu-zhong Shen, Xiang-dong Wang, 2022, Marine anoxia linked to abrupt global warming during Earth’s penultimate icehouse, PNAS, https://doi.org/10.1073/pnas.2115231119
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