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5600万年前的全球变暖 竟然也是碳释放惹的祸

2019-12-05 科技日报 陆成宽 刘晓倩
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藏南定日地区的古新世-始新世极热事件野外剖面

  当前,人类社会正面临着由于大量碳排放所导致的全球温度上升。在古新世-始新世之交,也就是距今大约5600万年前,地球上也发生了一次全球温度快速上升事件。该事件被称为古新世-始新世极热事件,这是新生代以来最强烈的一次全球快速升温事件,导致大气圈、水圈和生物圈发生了重大变化。学者们认为,这次全球快速升温事件与碳释放有关。

  近日,中科院青藏高原研究所大陆碰撞与高原隆升重点实验室副研究员张清海、丁林院士团队联合国内外研究人员证实,古新世-始新世极热事件时期完整的碳同位素负漂具有一个阶梯状结构,在大气和浅海中碳同位素负漂具有较大幅度。相关成果发表于《地球与行星变化》杂志上。

  地球表层碳库的碳同位素值突然明显减少

  “古新世-始新世极热事件期间,大量C13同位素含量较少的碳从岩石圈释放到大气海洋系统中,造成了地球表层碳库中的碳同位素组分发生了显著负漂。”张清海告诉科技日报记者,所谓负漂是指碳同位素值突然明显减少的现象。

  古新世-始新世极热事件持续了大约20万年,其中碳释放持续的时间大约为1000年到50000年。“在千年到万年的时间尺度上,古新世-始新世极热事件给我们提供了一个难得的机会来研究气候变化和碳循环之间的相互作用,研究它能够帮助我们更好地了解未来的气候、环境和生物变化。”张清海说道。

  事实上,碳同位素负漂的结构和幅度是古新世-始新世极热事件研究的两个核心问题。大部分学者认为碳同位素负漂是碳同位素一步快速减少到最低值并逐渐回返的过程,并以此为基础对古新世-始新世极热事件期间气候、环境和生物变化进行研究。1999年,英国牛津大学的贝恩斯等研究人员曾在《科学》杂志上声称,碳同位素负漂可能具有一个较为复杂的结构。但由于证据不足,他们的观点很快被绝大部分学者所抛弃。

  与此同时,碳同位素负漂的幅度可以用来估算古新世-始新世极热事件期间碳释放的总量。很多学者认为碳同位素负漂的最大幅度为4‰,仅少数学者认为古新世-始新世极热事件期间碳同位素负漂的幅度可能达到6‰—8‰。在过去10年里,4‰的碳同位素负漂幅度被学者们广泛接受。

  古新世-始新世之交可能存在多次碳释放

  也就是说,长期以来,主流观点认为,碳同位素负漂是碳同位素一步快速减少到最低值并逐渐回返的过程;碳同位素负漂的幅度最大为4‰。

  2017年,丁林和张清海团队对上述两个主流观点提出了质疑。此后,该团队历时2年对藏南定日地区的浅海碳酸盐岩剖面中的大有孔虫壳体开展了微量元素和碳同位素的研究。应用激光剥蚀-等离子体质谱和二次离子质谱原位地球化学分析技术,该团队分析了大有孔虫壳体上的原位微量元素含量和原位碳同位素组成。

  研究表明,古新世-始新世极热事件期间,完整的碳同位素负漂具有一个阶梯状结构。研究还证实:在浅海和大气中,碳同位素负漂的幅度大致为7‰,并首次给出古新世-始新世极热事件时期碳释放总量的上限为28000Pg(Pg是碳储量的单位,1Pg碳等于10亿吨碳),目前人类每年排放的碳约为10Pg。

  阶梯状碳同位素负漂结构的存在,暗示古新世-始新世极热事件期间存在多次碳释放,很可能存在“碳释放-温度上升-再次碳释放”的正反馈过程。大气和浅海中碳同位素负漂的幅度明显大于深海,这暗示碳释放对大气和浅海造成的影响可能远大于深海。

  “这警示我们,大量碳释放到大气-海洋系统中可能造成一系列多米诺骨牌式气候、环境和生物响应。在自然状态下,地球可能需要数十万年才能恢复到之前的正常气候状态。”张清海说。

  他表示,过去关于古新世-始新世极热事件的研究工作大多来自于不完整的沉积记录,而这不可能准确完整地恢复出该事件的来龙去脉,未来还需要发掘更多具有阶梯状碳同位素结构的剖面来对其进行深入研究。

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