5600萬年前，由于巨量的碳排放，地球上發生了一次變暖事件，全球平均溫度快速升高了約5℃，标志着地球氣候系統從暖室狀态向熱室狀态的根本性轉變。其間，還發生了一系列重大地質事件，如大洋酸化、海洋脫氧、底栖有孔蟲滅絕、陸地上哺乳動物快速演化和普遍侏儒化。這次事件被稱為古新世-始新世極熱事件（PETM）。作為當今全球變化的最佳參考案例之一，這次事件一直是國際學術界的關注焦點。

古新世-始新世極熱事件複原圖（Kump, 2011）

若要查明這次極熱事件的時空演化規律，高分辨率的年代地層框架必不可少。beat365李明松研究員等人利用大西洋中部沿海平原上的鑽井資料，開展了客觀的天文年代學、地球化學和地球系統模拟綜合研究。

結果表明這次極熱事件在不到6000年的時間就發展到了頂峰。以往的研究假定這次極熱事件耗時2萬年才達到了頂峰，據此估算的碳排放速率為每年6億噸碳。本次研究結果将使得碳排放速率的估計值翻倍。盡管如此，引發PETM事件的碳排放，其速率也僅僅為當下人為碳排放速率（每年約100億噸碳）的十分之一。因此，人類活動導緻的碳排放規模空前，若不加控制的話，其對環境和生态的影響可能更甚于PETM事件。

古新世-始新世極熱事件的沉積記錄。在全球，這次事件前（中下部）和事件後（上部）的沉積記錄截然不同，反映了地球表層系統狀态的突變

具體說來，這次極熱事件的精細年代結構仍然存在争議。主要原因在于缺乏優良的研究材料和客觀的天文年代學分析手段。已有的天文年代學研究往往來自深海鑽井資料，沉積速率較低、且容易受沉積速率擾動影響，如大洋酸化和生物擾動等；分析手段方面則主要依賴傳統的旋回地層分析方法，主觀性強。

本次研究選擇的工作區記錄PETM事件的沉積地層較厚，可達5-15米，沉積速率是深海沉積的十倍以上；團隊對獲得的百餘米岩心進行了高分辨率的元素和岩石物理性質掃描，曆時2個月，獲得了一批高質量的古氣候替代指标，如鈣含量和磁化率等。

鑽井位置圖（紅色五角星所示）

利用這些數據，基于米蘭科維奇提出的氣候變化的天文理論，研究團隊采用多種客觀的沉積速率可視化方法，識别出了沉積記錄中的天文軌道周期，完成了從地層深度到地質時間的轉換，獲得了高可靠的天文年代标尺。

古新世-始新世極熱事件的天文年代标尺，紅色區域代表了該事件啟動期的跨度

這一年齡可以幫助我們解讀這次極熱事件的觸發機制。

前人提出的觸發因素包括北大西洋火山岩省有關的火山活動，天然氣水合物的碳釋放，軌道變化控制的碳埋藏和碳排放，小行星撞擊等。這一研究獲得的年代結果與小行星撞擊說并不相容。天文年代分析數據和地球系統模型均表明，這次極熱事件發生在地球軌道偏心率的最大值時期，表明天文驅動力在觸發該事件中也發揮了重要的作用。不僅如此，在這次極熱事件之後，地球還發生了多次極熱事件，往往與地球軌道偏心率周期的峰值存在時間上的相關性。

該研究還為這次極熱事件中的一些科學問題提供了思路。

首先，高溫環境被認為更容易發生強降雨和強剝蝕，這一過程與強烈的矽酸鹽化學風化和有機碳的快速埋藏共同驅動了PETM事件的恢複。這一假說的支撐證據之一，就是以研究區為代表的沉積盆地的沉積速率“成倍增長”。然而，本研究中沉積速率可視化的結果表明，大西洋中部沿海平原上的沉積速率變化并不顯著。因此，全球變暖導緻的古水文變化比預期的要更為複雜。

其次，地球系統瞬變模拟實驗重現了沉積物中鈣含量數據的天文周期信号，模拟結果與實際沉積記錄可以對比，為研究深時氣候變化的天文驅動研究提供了思路。

第三，由于二氧化碳的溶解，全球發生了明顯的大洋酸化事件。本次研究涉及的淺海沉積記錄表明，鈣含量在PETM事件之初降低，在PETM恢複期升高，支持了PETM初期的全球海洋酸化波及到了淺海陸架地區，在PETM事件的恢複期出現了碳酸鹽過飽和的現象。

地球系統模拟與數據對比表明天文驅動力在觸發古新世-始新世極熱事件中發揮了作用

該論文近期發表在國際知名雜志Nature Communications上，第一和通訊作者為beat365地空學院研究員李明松。論文的合作者包括賓州州立大學的Timothy Bralower和Lee Kump，美國地質調查局的Jean Self-Trail和Marci Robinson以及加州大學聖克魯茲分校的 James Zachos和William Rush。

項目得到國家重點研發計劃、美國海辛-西蒙斯基金會、國家自然科學基金、beat365中央高校基本科研業務費等資助。

論文信息：

Li, M., Bralower, T.J., Kump, L.R., Self-Trail, J.M., Zachos, J.C., Rush, W.D., Robinson, M.M., 2022. Astrochronology of the Paleocene-Eocene Thermal Maximum on the Atlantic Coastal Plain. Nature Communications 13, 5618. https://doi.org/10.1038/s41467-022-33390-x