5600万年前,地球为什么突发高烧 

2016年11月11日14:34  来源:科技日报
 

大约在5600万年前,全球气温曾一度急速攀升,暴涨了5—8摄氏度,并一直保持这一温度达17万年之久。这一历史性全球变暖就是著名的“古新世—始新世极热事件”。

一直以来,科学家们不断对该事件进行探寻,但“古新世—始新世极热事件”的成因却始终扑朔迷离。

大约在5600万年前,全球气温一度急速攀升,且一直保持这一温度达17万年之久。这一历史性全球变暖就是著名的“古新世—始新世极热事件”。

接受科技日报记者采访时,中国科学院地质与地球物理研究所博士陈祚伶说,“古新世—始新世极热事件”有3个显著特征:第一,在不到2万年的时间跨度内全球增温5到8摄氏度;第二,外生碳库包括陆地生物圈、海洋和大气系统大于2‰的碳同位素负漂,这表示有巨量的富12C(碳同位素的一种,即轻碳)注入其中;第三,海洋酸化及海底碳酸盐大范围溶解。

“古新世—始新世极热事件”引发的多米诺效应,让数以千计的原始海洋物种消失,同时也让植物多样性更加丰富,哺乳动物日渐兴起。

为了找到应对全球气候变暖的有效解决方案,科学家们一直对该事件进行探寻,但“古新世—始新世极热事件”的成因却扑朔迷离。近日,美国罗格斯大学的科学家在《科学》期刊上发表最新研究成果,声称发现了关于该时期全球气候迅速变暖的新证据。

彗星撞击导致地球体温上升逾5℃?

近日,美国罗格斯大学的科学家在新泽西海岸的沉积层中发现了一些球形的玻璃碎片,他们认为这些玻璃碎片最初可能来自于一颗跌入大西洋的直径约10千米的彗星,是彗星撞击地球后熔化的残骸飞溅到半空中凝固而形成的。研究人员认为,这次彗星撞击事件可能就是大约5600万年前全球气候迅速变暖的主要诱因,因为撞击事件可能释放了大量的二氧化碳和其他温室气体。

此外,科学家还在这些玻璃碎片中发现了一种名为“焦石英”的矿物质。美国罗格斯大学科学家丹尼斯·肯特教授介绍说,焦石英大约在1700摄氏度下才会形成。如果没有太空撞击这样的极高能事件,难以解释这种矿物质的存在。

陈祚伶说:“虽然彗星富含12C,理论上来讲,彗星撞击地球可以提供巨量富含12C的温室气体二氧化碳,导致全球增温。”但彗星撞击说仍有一些值得商榷之处。目前在“古新世—始新世”界线附近尚未发现地外星体撞击坑,也未发现撞击事件导致的铱元素异常。此外,撞击事件应导致大范围动物灭绝,但该时期仅底栖有孔虫发生灭绝,而浮游有孔虫及陆生脊椎动物多样性却明显增加。

“如果是彗星撞击导致全球增温,其增温速度应非常快,在百年时间尺度,但现有记录表明该事件增温过程至少持续了4000年以上。”陈祚伶直言,要求证“古新世—始新世极热事件”是否是彗星撞击导致的,还有待更多高分辨率、精确定年的地质证据。

海底甲烷引发地球高热?

在众多“极热事件”成因的版本中,备受科学家推崇的是,来自海底的甲烷滚雪球般不断释放到大气中,从而形成温室效应导致地球升温。

20世纪80年代,地质学家对南极洲的沉积物进行了研究,在研究论文中他们称,在大约5600万年前的泥淖中的微型浮游生物的化石壳中,测得氧同位素偏负,即壳体中16O的相对含量增加,而18O的相对含量则降低,说明这里曾经历过气温的急速攀升。此外,这些浮游生物的壳中的12C的含量也相应增加,这说明海洋突然间吸收大量的12C,这通常是由于含碳丰富的温室气体,向大气中大规模喷发所造成的。换言之,“古新世—始新世极热事件”的成因就是温室气体。

犹他大学科学家加比瑞尔·博温及其同事在怀俄明州发现,在“古新世—始新世极热事件”之前的数千年间,来源不明的大量温室气体进入大气,之后每年以10亿吨左右的速率递增。

而陈祚伶等人和荷兰Sluijs博士团队的研究也表明,在“古新世—始新世极热事件”发生之前,全球存在一个缓慢的增温过程,暗示该事件可能是响应于前期增温的一个正反馈过程,“最有可能的机制是,事件前期增温达到海底天然气水合物(即可燃冰)的分解阈值,大量富含轻碳的水合物分解释放,注入到海洋和大气系统,导致大气二氧化碳浓度增加,全球快速增温,最终诱发了该事件的发生。”

陈祚伶解释说,海底存在大量富含轻碳的天然气水合物,这些水合物在一定的温度和压力条件下是相对稳定的。但是随着温度的升高,当达到其分解阈值时,大量水合物分解释放到外生碳库中,可导致全球快速增温。

火山爆发造成地球急速升温?

鉴于二氧化碳最多能在大气中存留1000年,要想实现高达8摄氏度的升温,“古新世—始新世极热事件”时期的大部分温室气体必须在非常短的时间内排放到大气中,而火山喷发很符合这种“突增”的特征。

挪威奥斯陆大学的地质学家一直从事岩心的研究。他们指出,来自挪威海的岩心和地震数据表明,巨大的火山口曾经在海底星罗棋布般排列,这意味着这些地区曾经历了火山爆发的巨变,其规模足以让人类历史中的任何纪录相形见绌。这些火山口同时分布在包含有大量甲烷的地区。火山口的岩浆加热了上层的沉积物,从而释放出大量甲烷气体。这些甲烷随后进入了地球大气层,最终形成了一个持续时间近20万年的强大的温室效应。

在陈祚伶看来,在古新世晚期,北大西洋地区火山活动异常强烈,高温地幔岩浆物质侵入到富含有机质的沉积地层中,导致大量热成因甲烷的生成,进而注入到外生碳库,可能诱发极热事件的发生。

“极热”给地球生物带来了什么?

在科学家眼中,“古新世—始新世极热事件”不仅对地球环境影响深远,而且对地球生命的演化历程产生了深刻的影响。由于地球的升温,造成了大量生物的消亡,但同时也带来了新的生物类群的繁荣。

科学家发现,当时在怀俄明州,植物范围随着气温的升高,向北推移了数百公里。针叶林已经基本上从怀俄明州消失殆尽了,直到“古新世—始新世极热事件”后气温回落,针叶林才又重现。

植物的变化也伴随着动物的变化。有研究显示,现代灵长类动物以及包括马的祖先在内的奇蹄类动物,是在“古新世—始新世极热事件”伊始阶段出现,并传播开来的。

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员王元青认为,“古新世—始新世极热事件”对生物界产生很大的影响。比如,海洋中底栖有孔虫逾50%绝灭。陆生动物也发生了很大的变化,一些古老类群被些新生的类群所取代。

“以哺乳动物为例,极热事件之前,古老类型的哺乳动物种数接近80%;而极热事件之后,古老类型的种数则骤降至不足45%,而且绝大多数属种为新出现的。”王元青说,诸如偶蹄目、奇蹄目和灵长目等现代哺乳动物目开始出现,奠定了最终演化成现代哺乳动物群的基础。

(责编:阴重宇(实习生)、熊旭)

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