始新世（Eocene,56-34Ma）跨越了22Ma。在始新世早期、早中期、中后期和后期，全球平均温度为29°、26°、23°、19°。而工业化革命之前，温室效应还没开始时，全球平均温度才14.4°。可见，整个始新世都为将来的温室世界提供了可参考的模型。

始新世整体处于温室世界，北极无冰盖，南极洲从40Ma起，可能存在着初始的小规模冰盖，但是地球气候整体靠CO₂和全球温度变化作为主要调控手段，气候现象相当丰富。比如，在50-52Ma，全球温度达到最高值，叫做早始新世气候适宜期（EECO），随后是持续的变冷过程。EECO及前后时间段，在大的热背景下，还会出现一系列的二级超热事件（Hyperthermals），把具有非常偏负δ¹³C的碳加入海洋大气中，并具有显著的天文轨道10万年和更长的40万年（400 kyr）周期（Eccentricity），说明整个地球气候系统对天文轨道参数调谐非常敏感，扰动了海洋和陆地碳库，包括深层海水的碳库。当然，之前讨论的PETM算是这种事件中的佼佼者。在400kyr周期上，深水温度变化领先于δ¹³C的变化22kyr。在100kyr周期信号上，则领先~5kyr。这说明温度变化驱动碳库的随后变化。

除了100kyr的周期变化，偶尔还存在着不那么显著的40kyr周期的信息。我们一般认为40kyr周期的信息来自高纬度。高纬度碳库最可能来自冻土层。当然，对于这么老的样品，可能也存在样品分辨率不够，从而造成两个20kyr周期的信号合并成为40kyr。这个问题到现在为止，并没有完全解决。找到高精度的剖面进行研究是解决这个难题的突破口。现今的碳循环碳库总量大概为40000 Gt C，每年C的进出量为0.4 Gt C/yr，大洋内部的碳循环时间大约为1000年。简单估算一下，全球的碳库翻新一遍最短需要40000 Gt C / (0.4 Gt C/yr) = 100 kyr。这和10万年Eccentricity调谐周期刚好配对。

这些超热事件有时还有成对出现的现象（paired events），就像孪生素数一样。从整体上来看，如果我们把这些超热事件变化的δ¹⁸O和δ¹³C做相关图，就会发现所有事件几乎在分布在同样一条相关曲线上，说明其内在机制基本一样，且全球温度和CO₂同步变化。

经过进一步研究，就会发现那些成对出现的极热事件的后续孪生兄弟稍微有些许不同。这说明在成对事件中偏年轻的一次事件时，有不同的碳库和机制参与进来，比如，碳酸钙溶解，陆地上的碳库加盟等等，这还需更多详细的高精度数据来加以证明。

这些极热事件（负的δ¹³C漂移）对应着全球温度增加，这个现象一直可以追溯到中新世。唯一的区别就是，始新世的整体背景是温室地球，而EOT之后变成冰球。可见，这些由Eccentricity来调控的碳库变化与冰盖变化关系不大。这些事件发生在Eccentricity的极大值时期，这就为确定其背后的变化机制提供了线索。

关于400kyr信号，在温室地球和冰地球模式下都存在，也就是和南北极冰盖变化无关。另外，在δ¹³C曲线中，这个长周期信号最为特征，进一步说明，400kyr信号可以有效调节碳库变化。到了冰球时代，高纬冻土土成为新的碳库来源，同时高纬冰量变化对大洋环流产生作用，海洋，尤其是深海和大气交换作用加强，对δ¹³C曲线和δ¹⁸O曲线同时进行调谐，于是，我们发现在冰期-间冰期旋回上，这二者的特征逐渐趋于一致。

既然400kyr是对碳库进行调节，那就涉及到有机碳和无机碳两部分。在海洋中，有两种重要的生物，CaCO₃为壳体的有孔虫和颗石藻，以及以硅为壳体的硅藻。这二者生活在不同环境下，二者之间的变化，以及海洋中有机碳和无机碳的比例分布，涉及生物生产力以及碳埋藏和溶解过程，会在400kyr周期被充分调谐，这是因为碳在海洋中的驻留时间足够长。这一过程或者类似的过程，可以被模型进行模拟。当然，在实际数据中，我们发现这个信号在不同的记录中并不完全是标准的400kyr，而是在400-500kyr之间变动，这需要深入研究。

如果用CCD的变化来审视整个始新世，会发现大体上以45Ma为界限，之前CCD都较浅（3km），之后逐渐加深，到了EOT，已经加深到大约4km，这有利于CaCO₃的埋藏。当然，45Ma之后，CCD的波动性也加大，每当遇到暖事件时，CCD就会变浅。

CCD的变化与CO₂输入时间尺度有密切关系。同样是加入大量的CO₂，在不同的时间尺度上，对CCD的影响并不一样。在百万年尺度上，通过风化和生产力提高，大量的有机质被埋藏，这个过程会加深CCD。所以，在始新世，CCD在大趋势上加深，更加有利于碳的埋藏，对全球变冷有额外的贡献。这是一个正向反馈。

在千年尺度上，上述反馈还没发生之前，大洋会变酸，于是CCD会变浅，也就是浅部的碳酸钙也会被溶解。

在始新世温室地球时期，两极没有冰。海洋深水主要在南半球高纬度形成。所以，海洋深水与南半球高纬度地区表层海水温度密（SST）切相关。这就提供了一种非常便捷的方式来研究海洋深水温度变化。

但是，如果想研究始新世长尺度的变冷趋势，光靠南半球高纬度的SST还不够，我们必须利用全球思维来思考两个可能的机制：1）大气中的CO₂减少，温室效应减弱；2）海洋通路改变，造成大洋环流模式改变，热量不容易向高纬度聚集，从而高纬度降温。

科学家发现在始新世期间，热带SST与南半球高纬SST的变化趋势几乎一样，包括长趋势变化和一些气候事件。这说明三个问题。首先，热带地区的SST不是固定不变的，也会随着全球温度而统一变化。在温室气体效应下，热带SST会显著上升。第二，全球气候是由温室气体进行的全球统一驱动，而非靠大洋环流改变造程。第三，在没有冰盖的系统下，极低地区的温度放大效应，应该由大气系统反馈造程。当然不排除南极初始小规模冰盖对气候响应也及其敏感。

现在的问题是，大气中的CO₂靠什么机制下降？

在同一时期，δ¹³C的变化是稳中上升。这说明整体上有机质是向海底输送埋藏为主。通过之前的讨论，具体的过程包括生物泵和物质风化两大类。

对于风化过程，需要的一些有利因素包括地形凸起、降雨量增加、表面温度升高、以及一些易被风化的岩石，尤其是那些基性岩，比如橄榄岩或者蛇纹石化橄榄岩。在新生代以来，北半球中低维度地区是构造碰撞和岩浆喷发的剧烈活动区。新特提斯洋关闭，岛弧和大陆碰撞，海底基性岩被抬起风化，足够引起全球大气CO₂含量降低。

因为始新世时期，海洋深层水主要的南大洋来源，所以其行为较为一致，比如始新世底层水都记录了明显的降温趋势。但是，对于表层水的温度变化，却显示出了不同大洋区域之间的差异性。比如，在大西洋中低维地区，SST的变化就和南大洋不一致。这表明，北半球表层水对南半球的降温敏感度偏小，或者在一些暖流存在的区域，带来的热量会补偿全球降温行为，所以才显得不同区域未必按照同样的规律降温。

在渐新世这么长时间内，如果说南半球构造运动（比如塔兹曼海道和德雷克海峡的开启等）对全球变冷一点作用也没有，好像也说不过去。毕竟长尺度的构造运动会影响大洋的洋流模式。比如，在PETM之前的南北大西洋贯通，就有助于形成MOC，为高位输送热量提供新的路径，从而为全球升温，做好铺垫。但是，想要确定这一时期具体的洋流模式还非常缺乏数据支持。我们可以构建一个系统的研究，在EECO结束前后，系统研究南极洲的大陆气候、侵蚀历史、南大洋深水形成与全球开始变冷的关系。