地球过去的极端高温事件导致深海环流减少 预示未来气候混乱

在最近发表在《美国国家科学院院刊》上的这项研究中，研究人员利用从古代深海沉积物中发现的贝壳化石，发现了 5000 万年前传送带是如何应对极端高温事件的。当时的地球气候与本世纪末预测的情况相似，如果不采取重大行动减少碳排放的话。

海洋在调节地球气候方面发挥着至关重要的作用。它们将赤道的暖水向南北两极流动，平衡地球的温度。如果没有这个循环系统，热带会更热，而两极则会更冷。这一系统的变化与重大和突然的气候变化有关。

此外，海洋在清除大气中的人为二氧化碳方面起着至关重要的作用。第一作者、加州大学地球与行星科学系副主任桑德拉-柯特兰-特纳（Sandra Kirtland Turner）说："海洋是目前地球表面最大的碳库。"

"今天，海洋中含有近 40000 亿吨碳，是大气中碳含量的 40 多倍。海洋还吸收了大约四分之一的人为二氧化碳排放量，"Kirtland Turner 说。"如果海洋环流减慢，海洋对碳的吸收也会减慢，从而增加留在大气中的二氧化碳量。"

有孔虫贝壳帮助科学家拼凑出始新世时期的海洋运动图景，当时大气中的高碳含量导致海水交换速度减慢。资料来源：Marci Robinson，美国地质调查局

以前的研究已经测量了地球较近地质时期海洋环流的变化，如上一个冰河时期的变化；但是，这些变化并不能近似地反映当今大气中二氧化碳的水平或地球变暖的情况。其他研究提供了第一个证据，表明深海环流，特别是北大西洋的环流已经开始减缓。

为了预测海洋环流如何应对温室气体导致的全球变暖，研究小组将目光投向了始新世早期，即大约4900万年前到5300万年前。当时的地球比现在要温暖得多，在高热基线上，二氧化碳和温度会出现峰值，这种峰值被称为"高热"（hyperthermals）。

在此期间，深海的温度比现在高出 12摄氏度。在远古时期，海洋的温度又上升了 3 摄氏度。

柯特兰-特纳说："尽管人们对高热事件的确切原因还存在争议，而且它们发生在人类出现之前很久，但这些高热事件是我们对未来气候变化的最好模拟。"

加州大学河滨分校的 Sandra Kirtland Turner 和海洋岩芯沉积物样本。图片来源：综合大洋钻探计划

有孔虫：古代海洋的微小指标

通过分析来自全球不同海底地点的微小贝壳化石，研究人员重建了这些过热事件期间的深海环流模式。这些贝壳来自名为有孔虫的微生物，有孔虫生活在世界各地的海洋中，包括海面和海底。它们的大小与句末的句号差不多。

柯特兰-特纳说："生物在制造外壳的过程中，会吸收海洋中的元素，我们可以测量这些外壳的化学成分差异，从而广泛地重建有关古代海洋温度和环流模式的信息。"

贝壳本身由碳酸钙构成。碳酸钙中的氧同位素是生物生长的水温和当时地球上冰量的指标。研究人员还研究了贝壳中的碳同位素，这反映了采集贝壳的海水的年龄，或海水与海洋表面隔离的时间。通过这种方法，他们可以重建深层海水的运动模式。

有孔虫不能进行光合作用，但它们的外壳能显示附近其他生物（如浮游植物）光合作用的影响。光合作用只在表层海洋中进行，因此最近在表层的水具有富含碳-13的信号，当这些水沉入深海时，这种信号就会反映在贝壳上。相反，长期与地表隔绝的水，随着光合生物残骸的下沉和腐烂，积累了相对较多的碳-12。因此，与'年轻'的水相比，老水的碳-12含量相对较多。

气候模型和现代预测

科学家经常利用计算机气候模型对当今的海洋环流进行预测。他们利用这些模型来回答这样一个问题："随着地球不断变暖，海洋会发生怎样的变化？"

该研究小组同样利用模型模拟了远古海洋对气候变暖的反应。然后，他们利用有孔虫贝壳分析来帮助检验气候模型的结果。

在始新世时期，大气中的二氧化碳含量约为百万分之 1,000 (ppm)，这导致了当时的高温。如今，大气中的二氧化碳含量约为百万分之 425。

然而，人类每年向大气中排放近 370 亿吨二氧化碳；如果这种排放水平持续下去，到本世纪末可能会出现与早始新世类似的情况。因此，当务之急是尽一切努力减少排放。

她说："这不是一个全有或全无的情况。在碳排放问题上，每一点渐进的变化都很重要。即使是二氧化碳的少量减少，也会减少对自然界的影响、生命损失和变化。"

编译来源：ScitechDaily