五千萬年未見！科學家警告：地球氣候將進入「溫室」，大周期加速

2020-09-20 環球科學大觀

科學前沿觀天下 篤學明理洞寰宇

六千六百萬年前，一顆10億枚核彈頭當量的小行星撞擊地球，天空頃刻間被汽化的巖石和塵埃籠罩，直接造成地球上絕大多數動植物物種的死亡，恐龍也隨之走向滅亡。然而，一種被稱為有孔蟲的海底浮遊生物卻依舊像數億年前一樣繁殖，用海洋中的鈣和其他深海礦物為自己構建出堅固的貝殼。當這些有孔蟲不可避免地死亡並最終成為海底沉積物時，地球的那一小段歷史便被永久地封存了起來。

幾十年來，科學家一直在研究這些貝殼，試圖尋找有關古代地球海洋溫度、碳平衡以及空-海礦物成分的種種線索。令人興奮的是，研究人員在分析了數千個有孔蟲樣本中的化學元素後，建立起了地球上有史以來最為詳盡的氣候記錄，進而向世人揭示了地球當前嚴峻的氣候現狀。該研究結果發表在《Science》雜誌上。

為了編制新的地球史氣候圖，科學家們調查了數十年來從世界各地海洋中鑽取得到的深海有孔蟲化石。有孔蟲最古老的近親出現在近10億年前的海洋中，從海床向下挖掘得越深，發現的有孔蟲標本就越古老。有孔蟲殼中碳和氧同位素的比值為我們提供了有關氣候的重要信息。例如，氧同位素18O和16O之間的比值可以揭示出當有孔蟲形成殼時周圍水的溫度，前者比率越高，表明海水溫度越低；碳同位素13C和12C之間的比率則揭示了微生物可食用有機碳的豐富程度，較高的比率與大氣中較高的溫室氣體（如二氧化碳）含量有著密切的關係。

整合數十年的深海鑽探任務記錄，研究人員詳細描述了從恐龍死亡到今天這6600萬年新生代時期地球的氣候變化，顯示了地球如何通過溫室、暖室、冷室和冰室四種不同的氣候狀態來應對地球軌道、溫室氣體水平和極地冰蓋範圍的變化。

由於研究小組的氣候記錄涵蓋了6600萬年的時間段，研究人員還不得不考慮天文因素對地球氣候的影響，也就是說，地球緩慢變化的軌道和向太陽傾斜的機制同樣值得被考慮，也即米蘭科維奇周期。

當研究小組將軌道數據與同位素氣候數據疊加後發現，軌道變化對全球氣候產生的影響不甚顯著，但值得關注的是全球氣候狀態的每一次重大變化都與大氣溫室氣體水平的劇烈變化有關。例如，恐龍滅絕後約1000萬年，地球短期內從溫室狀態躍升至暖室狀態，全球平均溫度比現代水平高約16攝氏度，這正是大量溫室氣體進入大氣中所致。而大氣中過量的碳排放則來源於北大西洋巨型火山的噴發，即「古新世-始新世極熱事件」。

在接下來的2000萬年中，隨著二氧化碳等溫室氣體從大氣中消失，南極洲冰蓋規模開始再次上升，地球隨即進入了新的冷室階段，其平均地表溫度比現代水平高出約4攝氏度。大約300萬年後，在北半球北極海冰形成與洋流作用的雙重驅動下，地球進入了冰室階段。

現在，人類排放的溫室氣體正導致地球氣溫上升到數千萬年來從未有過的程度，這種上升程度遠遠超出了地球軌道偏移所引發的自然變化。模型預測顯示，若當前的溫室氣體排放水平保持穩定態勢，那麼地球平均溫度可能會飆升至自古新世-始新世以來的峰值，從冰室到暖室的轉變僅需短短數百年。

聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）曾評估，在保持現有態勢的情況下，到2300年全球平均氣溫或將達到5000萬年來從未有過的高度。研究人員認為，目前人為導致的全球變暖速度遠遠超過新生代任何時期的自然氣候波動，並有可能將地球從漫長的冰室狀態推向暖室狀態，這影響將遠超預期。

在距今數千萬年前的那段時間裡，地球平均溫度曾顯著高於今天。由於那段時期的氣候變化模式與今天人類所經歷的氣候尤為相似，所以引起了國際科學界越來越多研究人員的關注。德國不萊梅大學海洋環境科學中心的託馬斯·韋斯特霍爾德教授表示，現在我們可以更準確地知道地球歷史上什麼時候更暖或更冷，以及更深入地了解其內在的動力學驅動機制。

責編：朱張航宇

參考文獻：Forest carbon sink neutralized by pervasive growth-lifespan trade-offs, Nature Communications，2020, Vol. 11, Article number: 4241.

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