科技日报记者 张晔 实习生 冯丽
近日，由中国科学院南京地质古生物研究所牵头的国际科研团队，完整还原了3亿年前晚古生代冰期里一次剧烈升温事件的全过程，相关成果8月11日刊发于《美国科学院院刊》。这也是人类首次拿到冰期环境下、二氧化碳浓度和当下地球相近的古气候完整样本，填补了同类研究空白，为预判现代全球变暖的连锁反应找到了关键地质参照。
如今的地球，两极常年被冰川覆盖，科学界把这种环境称为“冰室气候”；反观地质史上绝大多数快速升温事件，都发生在两极无冰、全球温暖的“温室气候”里，很难直接用来对照现在的气候变化。而3亿年前的晚古生代大冰期，是动植物大规模出现以来，唯一大气二氧化碳水平和当下接近的冰期阶段，是研究现代变暖最贴合的“天然实验场”。
为还原当年气候变化，科研团队分别采集我国华南两处地层剖面、俄罗斯乌拉尔山脉的岩层样本开展跨区域综合分析。我国华南地区保存了连续完整的古代海洋岩层与生物化石，是这次研究的核心优势。
科研人员找到一种微小海洋生物化石——牙形刺，它外形像细小尖牙，骨骼里的氧同位素会精准留存它生存年代的海水温度，相当于刻在岩石里的“远古温度计”。团队运用高精度离子探针技术，逐段解析化石里的同位素数据，清晰锁定了宾夕法尼亚亚纪两段地层交界时，全球出现过一次剧烈升温，学界将其命名为KGTM极热事件。
研究显示，这次升温分为清晰两步：先是小幅升温，低纬度海域表层水温上升约2℃；随后迎来爆发式快速升温，海水温度再升高3.5℃。综合测算，当时全球地表平均温度整体上升7.5℃，空气中二氧化碳含量从300ppm暴涨至700ppm，这个浓度区间和当前地球大气环境高度相似。
团队还原了当年升温的完整连锁链条：区域火山喷发释放碳，拉开小幅升温序幕；气温小幅走高后，叠加天体运行周期影响，两极冰川、高纬度冻土开始融化，封存其中的巨量碳被释放到大气，二氧化碳进一步攀升。这种一环助推一环的气候正向循环，最终突破气候稳定临界点，催生了后期急剧升温。
这项研究表明，如果地球出现小幅升温，就可能加速极地冰川消融、冻土碳释放，形成持续放大的升温循环，一旦跨过气候临界阈值，将迎来快速升温、海洋大面积缺氧、生物多样性下降等一系列连锁负面后果。
（中国科学院南京地质古生物研究所供图）
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