全球变暖的尽头是什么？地球在3亿年前给出了参考答案

研究晚古生代大冰期发生的碳排放和全球变暖事件的影响，有助于我们更深入地了解当前冰室气候下地球系统内部的相关和反馈机制，从而更准确地预测未来全球气候变化和生物多样性的发展趋势。

全球变暖的后果会是什么？地球上的生命将面临怎样的生存环境？现在的第四纪大冰期会和全球变暖冲突吗？

近年来，全球气候问题已经成为各国关注的焦点。那么，气候变化真的会带来毁灭性的后果吗？关于这个问题的研究很多，但预测的结果也大相径庭。

5月初，科学期刊《美国科学院院报》发表了中国科学院南京地质古生物研究所(以下简称中科院南京地质古生物所)、南京大学、加州大学戴维斯分校等合作的一项成果。他们认为，在大约3亿年前的晚古生代大冰期期间，发生了一次短暂的巨大碳排放事件，导致海洋缺氧，海洋生物多样性显著减少。

地球历史上曾发生过多次碳排放导致的气候变暖，而这次发生在3亿年前的事件之所以引起科学家的关注，是因为当时的地球环境与现在非常相似。这一成果也是世界上第一个以冰期为背景研究全球变暖的成果。

全球变暖的后果已经显现。

北美高温，欧洲暴雨，亚洲洪水……很多人可能还记得，2021年，全球发生了多起极端天气。

在大多数人的视线之外，环境变化同样令人担忧：格陵兰冰川正在迅速融化，亚马逊雨林频繁干旱，澳大利亚附近的珊瑚礁正在大面积死亡，西伯利亚永久冻土开始融化，大西洋环流自1950年以来放缓。

“根据相关研究报告，目前，我们生活的地球可能正面临气候变化的临界点。”中国科学院南京地质古生物研究所研究员陈继涛告诉记者，今天的地球处于3400万年前开始的新生代冰室气候。然而，近百年来，全球气温在冰室气候背景下快速上升，两极冰川融化加剧，海平面上升，海洋缺氧程度加剧，导致全球生物多样性减少。

全球变暖原本是地球上的自然现象。根据科学家的研究结果，在地球上46亿年的历史中，温度是周期性变化的，大部分时间温度都比较高。此时，地球表面没有被大陆冰川或冰盖覆盖。我们称这些时期为温室期。

如果地球表面长期处于极低温度状态，导致整个地球表面被冰雪覆盖，我们就把这些时期称为冰室期或大冰期。例如，在前寒武纪大冰期，地球遭受了严重的冰冻。在此期间，地球的平均温度可能下降到了零下50摄氏度左右，历史上称之为“雪球地球”。

但是并不是所有的大冰期都像雪球地球一样寒冷。大冰期也分为冰期和间冰期，交替出现。目前地球处于间冰期，温度比较高。然而，地球上仍然有许多冰川和冰盖，主要集中在格陵兰岛和南北极，这是冰河时代最显著的特征。

那么，目前的全球变暖会带来什么样的后果呢？

“根据目前环境变化的观测数据，很难预测未来的长期趋势。为了找出冰室气候全球变暖与海洋缺氧和生物多样性变化的内在联系，更准确地模拟和评估海洋缺氧的程度，我们需要通过研究地球历史上的冰室气候来寻找答案。”陈继涛说。

三亿年前有大量的碳排放。

在3.6亿-2.8亿年的晚古生代期间，地球也经历了一次大冰期。大冰期是地球上持续时间最长、规模最大的冰室气候，也是陆地高等植物和陆地生态系统建立以来，唯一记录地球从冰室气候向温室气候转变的地质时期。当时地球大气中二氧化碳和氧气的浓度也与现代相当，因此这一时期可以很好地与今天人类居住的冰室气候环境相比较。

陈继涛认为，研究晚古生代大冰期发生的碳排放和全球变暖事件的影响，将有助于我们更深入地了解当前冰室气候下地球系统内部的相关性和反馈机制，从而更准确地预测未来全球气候变化和生物多样性的发展趋势。

三亿年前的石炭纪，地球的大陆和现在不一样。大面积的陆地集中在低纬度地区，中国的华南板块是海洋中的孤岛。因此，华南板块存在大量的海相沉积地层，为研究当时的海洋环境提供了很好的样本。

贵州罗甸那青剖面发育了世界罕见的连续出露的石炭纪海相地层，完整记录了晚石炭世海水的地球化学信息。

研究人员在该地区开展了近十年的地层学、古生物学、沉积学、沉积地球化学、数值模拟等学科的综合研究，首次发现了晚石炭世冰川气候中的一次巨大碳排放事件。

为了准确还原当时的环境变化，他们的采样精度达到了厘米级。对样品进行了碳、铀同位素、常量和微量元素等测试分析。然后将数据导入全球碳循环模型(LOSCAR)，对碳排放和碳源进行数值模拟。碳铀耦合模型用于计算当时全球海洋缺氧程度。最后，采用更全面的地球系统模型(CESM)对数据进行模拟，最终建立碳排放与海洋缺氧面积的关联机制。

结果表明，在晚石炭世(约3.04亿年前)的冰室气候中，约有9万亿吨碳在30万年内排入大气，造成了当时显著的全球变暖。在此期间，海面温度上升了约4摄氏度，全球海洋缺氧面积增加了18%，从4%扩大到22%，海洋生物多样性在短时间内显著下降。

“根据我们的研究，当时海洋中大量的有孔虫、珊瑚和腕足动物死亡。这些都是底栖生物。当海洋缺氧时，这些流动性相对有限的生物最先受到影响。”陈继涛说。

研究全球变暖，要考虑气候背景。

研究人员推测石炭纪

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）。

那么，当前的全球变暖，会颠覆地球周期性变化吗？根据科学家研究，如果当前的碳排放速率不加以限制，地球历史上的周期性气候变化可能会被打破，地球或许会进入温室气候状态。