原创 胡修棉等
地质历史时期的气候状态是动态变化的，既有“冰室”气候，也有“温室”气候，而每种气候状态又会出现一系列极端气候事件，如极冷事件、极热事件等。对地质历史时期发生的极热事件进行深入分析可为认识和应对现今全球气候变暖提供借鉴与依据。
中新生代发生多次极热事件，其中典型的极热事件包括二叠纪-三叠纪界线事件(PTB，~252Ma)、早侏罗世Toarcian早期大洋缺氧事件(TOAE，~183Ma)、白垩纪Aptian早期大洋缺氧事件(OAE1a，~120Ma)、白垩纪Cenomanian末期大洋缺氧事件(OAE2，~94 Ma)和古新世-始新世极热事件(PETM，~56 Ma)等(图1)。
南京大学胡修棉教授等以“中新生代两类极热事件的环境变化、生态效应与驱动机制”为题撰写文章，在系统总结这五次极热事件的启动持续时间、增温幅度与速率以及引起的环境、生态变化的基础上，根据碳同位素的偏移特征将极热事件划分为两类。通过系统对比这两类极热事件引起的环境、生态等方面的异同，提出这两类极热事件的触发机制可能与大火成岩省喷发在陆地还是深海环境密切相关。其中陆地喷发的超级火山将引起全球快速增温，造成显著的环境破坏和生物绝灭。这为认识和应对当前全球气候变暖提供了借鉴和依据。该文发表在《中国科学：地球科学》2020年第8期。
长期以来，科学家研究发现极热事件具有两种不同的碳同位素曲线演化特征。一类极热事件以碳同位素总体负偏移为特征，以PTB、TOAE、PETM为代表(图1a)；另一类极热事件以碳同位素总体正偏移为特征，以OAE1a和OAE2为代表(图1b)。定量的古温度数据表明，对应于极热事件碳同位素快速变化的启动阶段，PETM的增温速率最快，其后依次是PTB、OAE1a、OAE2、TOAE。现今工业革命以来全球增温速率是PETM事件启动阶段速率的4~5倍。
图1 晚二叠世-古新世地球气候状态、主要极热事件与大火成岩省喷发
(a) 碳同位素负偏移类极热事件的驱动机制是陆地环境喷发的大火成岩省; (b) 碳同位素正偏移类极热事件的驱动机制是深海环境喷发的大火成岩省
碳同位素负偏移类极热事件造成温度、沉积作用、生物多样性等发生明显的变化(图1a)。陆地环境中出现野火频发、极端干旱、酸雨、臭氧层被破坏、金属中毒(如汞)和水系变化等。海洋环境中出现碳酸盐台地消亡、大洋酸化、大洋缺氧等现象，全球陆地和海洋生物尤其是浅海生物发生不同程度的绝灭。碳同位素正偏移类事件造成海水快速增温和广泛的大洋缺氧，有机质大规模埋藏，出现全球性黑色页岩沉积(图1b)。远洋生物受到较明显的影响(如出现钙质超微危机)，浅海和陆地生物影响不大。
作者进一步提出，碳同位素负偏移类极热事件为大陆环境下大火成岩省喷发触发，导致轻碳大规模释放到大气-海洋系统使得全球快速增温，从而引起一系列环境和生态响应。而碳同位素正偏移类极热事件为深海环境下大火成岩省喷发触发，把热量和营养物质直接释放到深海系统，由于海水缓冲作用导致海洋系统增温明显，而浅海和陆地系统影响相对较小。
这一研究结果丰富了对地质历史时期极热事件的研究，不仅对于理解极热事件、大火成岩省、海洋-陆地环境变化、生物绝灭等具有重要的意义，而且为判别极热事件的类型并推断其驱动机制提供了一个新的手段。
该研究由国家自然科学基金基础中心项目“大陆演化与季风系统”(批准号：41888101)和国家自然科学杰出青年基金项目(编号：41525007)共同资助。
文章发表信息
中文版：胡修棉, 李娟, 韩中, 李永祥. 2020. 中新生代两类极热事件的环境变化、生态效应与驱动机制. 中国科学: 地球科学, 50(8): 1023-1043
英文版：Hu X, Li J, Han Z, Li Y. 2020. Two types of hyperthermal events in the Mesozoic-Cenozoic: Environmental impacts, biotic effects, and driving mechanisms. Science China Earth Sciences, 63(8): 1041–1058
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