地空学院李明松团队揭示远古气候危机时期的海洋酸化与当今的相似之处

北京大学李明松带领的国际团队在理解5600万年前发生的大规模碳释放事件（即古新世-始新世极热事件，PETM）对海洋化学影响方面取得新进展。这项研究定量重建了过去海洋pH值的下降幅度、碳酸盐饱和度的降低程度以及大气二氧化碳浓度的升高幅度。这些发现揭示了远古地球如何经历了严重的海洋酸化，并与当今因人类活动导致的趋势存在相似之处。

　　

北京大学地球与空间科学学院李明松带领的国际团队在理解5600万年前发生的大规模碳释放事件（即古新世-始新世极热事件，PETM）对海洋化学影响方面取得新进展。这项研究定量重建了过去海洋pH值的下降幅度、碳酸盐饱和度的降低程度以及大气二氧化碳浓度的升高幅度。这些发现揭示了远古地球如何经历了严重的海洋酸化，并与当今因人类活动导致的趋势存在相似之处。该研究近日发表在国际学术期刊《自然·地球科学》杂志上。

PETM是地球历史上最迅速和最严重的自然气候变化事件之一。大量的碳快速释放了数千年，导致全球温度骤升，极大地改变了地球的气候和生态系统。其中一个重要影响是海洋酸化，这与今天因人类碳排放而导致的酸化现象相似。

这项研究采用数据同化的方法，通过同化古气候指标数据和地球系统模型模拟结果，系统地重建了这次气候灾难期间的海洋化学状况。研究人员使用了中等复杂度地球系统模型cGENIE，结合海洋沉积物碳酸钙含量和其他指标数据，以更清晰地呈现该时期的海洋碳循环扰动状态。

数据同化提供了研究过去气候事件的多种优势。与传统模型不同，数据同化将有限的古气候记录与气候模拟结果相结合，使我们能够对过去气候状况做出更全面的估计，尤其是在无法直接测量过去海洋碳酸盐饱和度的情况之下。

通过同化与海面温度和海底沉积物中碳酸钙含量有关的指标数据，研究团队重建了PETM期间的海洋碳循环扰动状态。结果表明，大气二氧化碳浓度从事件前的890ppm增加到PETM期间的1980ppm，同时海洋pH值平均下降了0.46单位，表层海水方解石和文石饱和度也大幅度降低。

这些变化表明，碳酸盐的欠饱和现象在高纬度表层海水中尤为严重，这与今天的北极地区相似，因人为碳排放导致文石饱和度下降。这表明二氧化碳水平、海洋酸化与海洋生物多样性损失之间存在联系。

这次事件的海洋酸化对生态系统产生了严重的影响，可能导致了新生代时期底栖有孔虫的大规模灭绝，灭绝率达到了30%到50%。随着海洋pH值的下降，碳酸盐离子的可用性大幅减少，这对依赖这些离子构建外壳的生物，如珊瑚、软体动物和浮游生物产生了重大影响。

研究重建的数据显示，PETM期间平均海洋表面pH值从7.91下降到7.45，高纬度地区的酸化程度更加严重。在这些地区，表面pH值下降多达0.61单位，而赤道和低纬度水域则经历了较小但显著的变化。这种差异性突显了理解海洋酸化的区域性影响的重要性。

这一研究发现不仅帮助我们理解远古气候，同时也对未来气候变化提出了警示。PETM期间的海洋pH值下降与现代高排放情景下的预测相似（如共享社会经济路径5-8.5）。如果碳排放继续增加，今天的海洋可能面临比PETM更快的酸化速度，对海洋生物多样性造成严重影响。

PETM持续了约20万年，但即使在如此漫长的时间内，碳释放对海洋生物也造成了显著且持久的破坏。相比之下，今天的碳排放发生得更加迅速，使得海洋物种更难以适应。PETM的教训表明，海洋化学的快速变化可能对海洋生态系统产生灾难性的后果。

这项研究得到了科技部重点研发计划项目等的支持。

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