地球|全球变暖结局如何？地球3亿年前给出参考答案( 二 ) 冰室气候|海洋|气候|冰室

陈吉涛认为，研究晚古生代大冰期已经发生过的碳排放与全球变暖事件所造成的影响，将有益于我们更加深入地理解当前在冰室气候下地球系统内部的关联与反馈机制，从而更加准确地预测全球气候环境变化与生物多样性的未来发展趋势。
3亿年前的石炭纪，地球大陆与现在并不一样，大片陆地集中在低纬度地区，我国的华南板块则是大洋中的一个孤岛。因此，华南板块有大量的海相沉积地层，这为研究当时的海洋环境提供了很好的样本。
贵州罗甸纳庆剖面发育了国际上鲜有的连续出露的石炭纪海相地层，完整记录了石炭纪晚期海水的地球化学信息。
研究人员在此开展了近十年的地层学、古生物学、沉积学、沉积地球化学、数值模拟等多学科的综合研究，首次发现了石炭纪晚期冰室气候下的一次巨量碳排放事件。
为了精确还原当时的环境变化，他们的采样精度达厘米级，样本经过碳和铀同位素及主微量元素等测试分析得出数据，再导入全球碳循环模型（LOSCAR），对碳排放量及碳源进行了数值模拟研究，并利用耦合的碳-铀模型计算出当时全球海洋缺氧程度，最后利用更综合的地球系统模型（CESM）进行数据模拟，最终建立了该事件中碳排放与海洋缺氧面积的关联机制。
研究结果显示，石炭纪晚期（约3.04亿年前）冰室气候下，约9万亿吨碳在30万年内排向大气，从而引起了当时全球气候的显著变暖。这期间海水表面温度升高约4摄氏度，全球海洋缺氧面积增长了18% ，从4%扩张至22% ，海洋生物多样性在短期内显著下降。
“根据我们的研究，当时海洋中的有孔虫、珊瑚、腕足类生物大量死亡。这些都是底栖生物，当海洋缺氧后，首先波及到的就是这些行动能力相对有限的生物。 ”陈吉涛说。
研究全球变暖需考虑大气候背景
研究人员推测，石炭纪晚期的巨量碳排放，与广泛的火山喷发有关，据其他学者研究，现在的欧洲、澳大利亚等地区，当时都曾发生大规模火山活动。
而石炭纪又是集中的成煤时期，大量的植物以固体碳的形式被埋藏在地下，岩浆喷发前可能侵入到这些煤层中，导致短期内碳排放迅速增加。
为什么研究温室气体排放、全球变暖，需要考察地球大的气候背景？陈吉涛表示，所谓差之毫厘谬以千里，冰室气候与温室气候下，全球变暖带来的后果很可能是大不相同的，必须予以科学的论证。
通过比较地质历史中不同气候环境下的碳排放事件及其引起的全球变暖和海洋缺氧状态，研究团队首次提出，在同样的碳排放速率下，相较于温室气候，冰室气候下的海洋可能会出现更严重的缺氧状态。
他们推测，这主要有三方面的原因：第一，在冰室气候的全球变暖期间，冰川融化导致地球表面反照率降低，从而推动温度进一步上升；第二，这次全球变暖事件减弱了北半球海洋经向翻转环流，增强了大洋温跃层分层，从而减小了海洋表层海水的混合深度，导致海洋内部氧气含量降低；第三，全球变暖导致冰川消融，大片陆地暴露被风化，造成磷和其他营养盐进入海洋，促进了初级生产力而大量消耗了海水中的氧气。
9万亿吨碳在30万年内排向大气，听起来数量惊人，但比起近200年人类活动造成的温室气体排放，还远远不及。
以2018年为例，全球排放的二氧化碳为340亿吨，折算成固体碳约93亿吨，而石炭纪晚期的巨量碳排放约为每年3000万吨，前者为后者数百倍之多。
据世界气象组织观测，全球大气中二氧化碳浓度在2019年就已突破410ppm（百万分之410），为过去80万年以来的新高。 2022年3月，这一数据又上升到418.81ppm（百万分之418.81）。