6600萬年前的氣候謎團揭曉：海水“脫鈣”一步步冷卻地球

一項最新研究給出了解釋，科學家認為，地球在恐龍時代之后從熾熱的“溫室星球”轉變為如今兩極冰蓋環繞的世界，背后隱藏著一個緩慢而深遠的海洋化學過程。研究顯示，過去6600萬年間，海水中溶解鈣的含量下降了逾一半，這一變化足以重塑海洋與大氣之間的碳循環，從而影響全球氣候。

來自南安普敦大學牽頭的國際團隊指出，海水成分并非只是被動響應氣候，而是在長期尺度上作為一支“主動力量”參與塑造氣候格局。主導作者、大衛·埃文斯博士稱，在新生代早期、恐龍剛剛滅絕之后，海水中的溶解鈣含量大約是今天的兩倍，高鈣環境讓海洋更難長期儲存碳，反而傾向向大氣釋放二氧化碳。

隨著溶解鈣水平在數千萬年尺度上持續降低，情況發生了逆轉：更多碳被固定在海底沉積物中，相應地從海洋—大氣系統中被“抽走”。由于二氧化碳是關鍵溫室氣體，這一過程相當于逐步削弱地球的“溫室效應”，研究團隊估計，全球氣溫在這一長期演化中累計下降可達15至20攝氏度。

為追蹤這一深時變化，科學家分析了來自全球多處海底沉積物中的微體化石——有孔蟲等微小海洋生物的遺骸。這些化石殼體的化學組成記錄了當時海水中主要離子的濃度變化，結果表明，海水溶解鈣含量與大氣二氧化碳水平之間存在緊密關聯。通過計算機模型，研究團隊進一步展示，高鈣海水會改變珊瑚、浮游生物等海洋生物生成和埋藏碳酸鈣的方式，從而影響碳在沉積物中的封存效率。

共同作者、同濟大學周曉莉博士指出，隨著溶解鈣緩慢下降，生產和埋藏碳酸鈣的機制發生了改變，使得更多二氧化碳被鎖定在海底沉積層中。這一轉變相當于長期“調低”了大氣中溫室氣體的濃度，好比把地球的氣候恒溫器向冷端撥動了一大格。這種作用并非一朝一夕，而是在千萬年尺度上累積放大，最終推動了地球從“暖室”走向“寒室”。

研究還將海水鈣含量的下降與深部地質過程聯系在一起。團隊發現，這一化學變化與洋中脊海底擴張速率的減緩高度同步，而海底擴張是持續制造新洋殼、驅動巖石與海水發生化學交換的火山過程。隨著新洋殼生成放緩，巖石與海水之間的鈣交換也隨之變化，導致海水中溶解鈣濃度在地質時間尺度上逐步走低。

合著者、羅格斯大學耶爾·羅森塔爾教授強調，過去人們往往把海水化學視作氣候變化的“被動記錄者”，而這項研究提示，必須把它看作潛在的“驅動因素”之一。在他看來，正是這些緩慢的深部地球過程，通過影響海水主要離子組成，進而牽動碳循環與溫室氣體水平，可能在地質歷史上多次扮演了氣候巨變的幕后推手。

該研究論文發表于美國《國家科學院院刊》（PNAS），題為《新生代時期海水主離子化學與長期碳循環緊密耦合》。作者團隊來自英國、中國、美國、以色列、丹麥、德國、比利時和荷蘭等國，聯手構建了迄今最精細的新生代海水化學演化記錄，為理解地球由熱轉冷的深層機制提供了新的證據。

編譯自/scitechdaily