3亿年前也曾发生温室效应 当时的地球经历了什么？

温室效应示意图 （图片由AI生成)

格舍尔期牙形刺化石（图片由采访对象提供）

无为市石涧镇保存有宾夕法尼亚亚纪极热事件时期地层的采石场

近期，尼泊尔和我国西藏地区由于高山冰川融化、冰岩崩等原因引发了严重的泥石流灾害，全球温室效应日益加剧的现实再一次给人们敲响了警钟。在地球历史上，全球变暖并不是新鲜事。在过去的数亿年里，地球曾多次经历剧烈升温。那么，这些变暖的事例中，有没有与当今环境背景相似，具有重要借鉴意义的呢？近日，一支由中外科学家组成的国际团队的最新研究成果回答了这个问题。

3亿年前地球剧烈升温

据了解，从显生宙（距今约5.39亿年前至今）算起，地球经历了多次升温与降温阶段，科学家们分别称它们为“温室地球”和“冰室地球”。在温室地球时期，南北两极几乎没有冰盖，甚至生长着森林。而在冰室地球时期，极地覆盖着厚厚的冰层。目前，我们的地球就处于大约开始于3400万年前的冰室状态。

中国科学院南京地质古生物研究所副研究员要乐表示，大多数剧烈的升温事件都发生在“温室地球”时期，那时和今天的气候边界条件截然不同，很难直接拿来类比，但有一次例外。大约在3亿年前，地球正处于晚古生代大冰期（距今约3.6亿至2.6亿年）。这是自陆生高等植物繁盛以来，唯一一个大气二氧化碳浓度与现代相近的冰室气候时期。那时候的地球虽然和今天仍然存在很多差异，但在几个关键气候条件上都很接近现代，比如极地有冰、气候偏冷，大气中的二氧化碳浓度也比较相似。

日前，要乐和他的合作者们发表了一项最新研究成果，首次系统还原了3亿年前冰室气候背景下一次极热事件的完整过程。为我们推测当下全球变暖会如何发展，最终又将带来什么后果，提供了重要借鉴。

地球是如何变热的

要还原3亿年前的地球气候，必须找到能精准记录古温度的证据。研究人员将目光投向了我国华南和俄罗斯乌拉尔地区。要乐介绍，他们找到了一种微小的海洋动物化石——牙形刺来当“温度计”。这种化石外形像细小的牙齿，只有毫米大小，属于已灭绝的牙形动物。牙形刺骨骼中的氧同位素组成可以作为记录海水温度的可靠指标。通过研究，科研人员清晰地锁定了一个剧烈升温事件：在约3亿年前的宾夕法尼亚亚纪卡西莫夫期与格舍尔期之交，全球海水温度出现了一次显著上升，研究人员将它命名为卡西莫夫期-格舍尔期极热事件。

要乐与合作者又引入了汞同位素和天文旋回这两种分析方法，弄清楚了“怎么热的”和“热了多久”。在初始升温阶段，低纬度海水表层温度上升了约2℃，持续了大约6万年。这一时期火山活动明显增强，正是区域性火山喷发释放的二氧化碳，拉开了升温的序幕。进入主升温阶段后，低纬海水表层温度迅速飙升了约3.5℃。虽然这一阶段只持续了约3.5万年，但升温速率明显高于前一阶段。研究团队推测，初始升温阶段的火山活动虽然已经停止，但它造成的变暖效应仍在持续。叠加天文轨道的放大作用，高纬度地区的冰川开始加速消融，封存在冻土中的巨量碳也被释放到大气中。更多的二氧化碳意味着更强的温室效应，更强的温室效应又导致更多冰盖融化、更多冻土碳释放。这样一环扣一环，最终催生了主阶段的急剧升温。

当时的芜湖经历了什么

3亿年前离我们十分遥远，唯一能留下的“印记”只有沉积下来的地层。记者通过查阅地质资料并请教专家，了解到芜湖有不少宾夕法尼亚亚纪极热事件时期的地层出露。日前，记者前往无为市石涧镇北部的一处采石场进行了探访，根据资料显示，这里保存有那一时期的地层。到达现场后，记者看到底部的矿坑目前仍在进行生产活动，上部已经进行过生态修复。由于正在施工的部分不能靠近，记者沿着崎岖的小路接近修复过的剖面，发现都已被植被和碎石、泥土覆盖，无法看到原本的面貌了。虽然该地观察地层剖面受限，但无为市其他地区、繁昌区、南陵县等地仍有一些宾夕法尼亚亚纪剖面可供学习研究之用。

宾夕法尼亚亚纪极热事件发生时，芜湖处于什么样的地理环境呢？当时的生态系统又发生了怎样的变化？要乐告诉记者，芜湖处于华南板块，当时位于赤道附近，大约在南纬10°左右，是一片浅海，气候温暖。研究发现，升温事件对海洋生物进行了一次“大洗牌”。在主升温阶段，海洋中出现了大面积的缺氧和透光带硫化环境。与此同时，牙形刺的个体明显变小、多样性降低，海洋生物礁系统也发生了显著转变：后生动物礁减少，而宏体钙藻礁开始繁盛。这与当今全球变暖背景下珊瑚礁大规模白化的现象十分相似。其他的海洋生物，比如腕足类、某些有孔虫等也都出现了多样性降低的变化。

当今全球变暖速率地质史上从未有过

“这次极热事件起始时的大气二氧化碳浓度，与工业革命前的水平十分接近。这意味着，3亿年前的地球，已经替我们做了一次全球变暖实验。而实验的结局，是气候系统的全面重塑。”要乐表示，工业化开始至今虽然只有一百多年，但当今全球变暖的速率却十分迅猛（约10～15℃/千年），是地质历史上从未有过的。目前我们需要守住升温2℃的红线，从3亿年前的极热事件中可以看出，气候系统存在“放大器”效应——初始的“小幅”升温，可以通过冰川融化、冻土碳释放等正反馈机制不断放大，最终导致气候状态突破临界点，引发急剧升温和连锁环境灾难。

“今天的地球同样处于冰室气候背景，同样面临着冰川加速融化和冻土碳排放的风险。宾夕法尼亚亚纪极热事件并不是现代气候未来的直接预演，但它提示我们，如果不控制碳排放、限制全球升温，气候系统中的正反馈可能进一步放大变暖，而由此带来的环境变化，最终也将由人类亲身承受。”要乐说。

大江晚报记者 杨唯伟 文/摄