beat365李明松帶領的國際團隊在理解5600萬年前發生的大規模碳釋放事件（即古新世-始新世極熱事件，PETM）對海洋化學影響方面取得新進展。這項研究定量重建了過去海洋pH值的下降幅度、碳酸鹽飽和度的降低程度以及大氣二氧化碳濃度的升高幅度。這些發現揭示了遠古地球如何經曆了嚴重的海洋酸化，并與當今因人類活動導緻的趨勢存在相似之處。該研究近日發表在國際學術期刊《自然·地球科學》雜志上。

PETM是地球曆史上最迅速和最嚴重的自然氣候變化事件之一。大量的碳快速釋放了數千年，導緻全球溫度驟升，極大地改變了地球的氣候和生态系統。其中一個重要影響是海洋酸化，這與今天因人類碳排放而導緻的酸化現象相似。

數據同化：理解海洋酸化的新工具

這項研究通過同化古氣候指标數據和地球系統模型模拟結果，采用了數據同化的方法，系統地重建了這次氣候災難期間的海洋化學狀況。他們使用了中等複雜度地球系統模型cGENIE，結合了海洋沉積物碳酸鈣含量和其他指标數據，以更清晰地呈現該時期的海洋碳循環擾動狀态。數據同化提供了研究過去氣候事件的多種優勢。與傳統模型不同，數據同化将有限的古氣候記錄與氣候模拟結果相結合，使我們能夠對過去氣候狀況做出更全面的估計，尤其是在無法直接測量過去海洋碳酸鹽飽和度的情況之下。通過同化與海面溫度和海底沉積物中碳酸鈣含量有關的指标數據，研究團隊重建了PETM期間的海洋碳循環擾動狀态。結果表明，大氣二氧化碳濃度從事件前的890 ppm增加到PETM期間的1980 ppm，同時海洋pH值平均下降了0.46單位，表層海水方解石和文石飽和度也大幅度降低。

這些變化表明，碳酸鹽的欠飽和現象在高緯度表層海水中尤為嚴重，這與今天的北極地區相似，因人為碳排放導緻文石飽和度下降。這表明二氧化碳水平、海洋酸化與海洋生物多樣性損失之間存在着聯系。這次事件的海洋酸化對生态系統産生了嚴重的影響，可能導緻了新生代時期底栖有孔蟲的大規模滅絕，滅絕率達到了30%到50%。随着海洋pH值的下降，碳酸鹽離子的可用性大幅減少，這對依賴這些離子構建外殼的生物，如珊瑚、軟體動物和浮遊生物産生了重大影響。研究重建的數據顯示，PETM期間平均海洋表面pH值從7.91下降到7.45，高緯度地區的酸化程度更加嚴重。在這些地區，表面pH值下降多達0.61單位，而赤道和低緯度水域則經曆了較小但顯著的變化。這種差異性突顯了理解海洋酸化的區域性影響的重要性。

當今的啟示與未來展望

這一研究發現不僅幫助我們理解遠古氣候，同時也對未來氣候變化提出了警示。PETM期間的海洋pH值下降與現代高排放情景下的預測相似（如共享社會經濟路徑5-8.5）。如果碳排放繼續增加，今天的海洋可能面臨比PETM更快的酸化速度，對海洋生物多樣性造成嚴重影響。PETM持續了約20萬年，但即使在如此漫長的時間内，碳釋放對海洋生物也造成了顯著且持久的破壞。相比之下，今天的碳排放發生得更加迅速，使得海洋物種更難以适應。PETM的教訓表明，海洋化學的快速變化可能對海洋生态系統産生災難性的後果。這項研究得到了科技部重點研發計劃項目等的支持。

大洋酸化導緻珊瑚礁白化死亡