为什么说渐新世气候是个迷？ 

晚始新世-早渐新世之交全球快速变冷的EOT事件（Eocene Oligocene Transition，~34Ma），是新生代期间最为强烈的几个事件之一。不同学者对EOT的时限、强度及气候效应进行研究，目前已经取得了一定成果与认识：EOT全球快速变冷与南极冰盖的形成相关，从此之后，新生代两极无冰的温室期结束，进入了极地有永久性冰盖发育的冰室期。

但是，我们对渐新世的了解仍是甚少，尤其是EOT之后到底发生了哪些变化，至今仍无定论。Zachos 2001年对全球深海氧同位素记录进行汇编，结果显示，EOT变冷之后，整个渐新世保持较低温度，并在渐新世结束时存在晚渐新世暖期（LOW）。随着后续记录的不断完善，温度定量恢复指标的发展，在Zachos后续校正的集成记录中（Zahcos et al., 2008; Westerhold et al., 2020），渐新世的气候不再是一个凹下去的低谷，而晚渐新世暖期的程度也逐渐降低。这种记录的改变究竟是代表了相对较冷、在晚渐新世快速变暖的渐新世阶段，还是EOT之后快速回弹、持续较暖的渐新世阶段，至今仍没有达成共识？

可以对比上图中Zahcos 2001年汇编结果与Westerhold 2020年汇编结果在渐新世期间的区别

除温度外，渐新世至今仍没解决的另外一个问题是PCO2的变化。伴随着EOT以来全球的快速变冷，大气二氧化碳浓度也快速下降。不同恢复结果显示，大气二氧化碳浓度在30-29Ma重新恢复到~1000ppm，而在晚渐新世又从900ppm降低至300ppm。基于植物大化石的恢复结果变化波动更大，但也一样指出了渐新世期间，大气二氧化碳浓度先下降、再升高、再下降的变化过程。但很多证据指示显示，晚渐新世暖期期间，大气二氧化碳浓度就已经降低并维持在整个新近纪的低水平浓度（~300-500ppm）。渐新世-中新世期间的气候-碳循环解耦，则是渐新世气候之谜的又一大难点。

更重要的是，EOT的气候效应与生物圈的作用关系至今仍是未解之谜。上述讨论中，我们着重叙述了EOT对全球气候变化的影响，但我们知道，根据生物演化划分的地质年代表中，将真正的生物演化骤变的分界放在了渐新世-中新世之交（23Ma）。也就是说，尽管EOT对应了一系列的生物演化效应（如蒙古革命），但仍未导致真正的生物分界，EOT的气候分界属性，与生物地层分界属性无法很好耦合。

其实上述问题的根本原因还是缺少连续、高分辨率的渐新世记录，这也使得渐新世相比前后的始新世、中新世研究程度更浅的原因之一，也因此研究渐新世气候变化容易出大文章。而寻求一个完好的气候记录序列，建立晚始新世-渐新世-早中新世气候变化历程，有助于我们进一步理解温室地球如何发生向冰室地球的转变，考察大气二氧化碳浓度突变背景下全球碳循环与气候变化之间的作用关系，探究气候突变背景下生态系统、生物群落稳定与演化规律，并阐述不同地球系统要素与气候变化之间的相互作用机制。

Zahcos 2001年工作中对新生代PCO2恢复结果的汇总，渐新世期间没有记录约束

这篇文章就是基于上述渐新世未解的气候难题，对其中的核心问题——渐新世期间温度到底如何变化，进行研究。研究中利用GDGTs对不同区域、纬度的渐新世钻孔中记录的古温度进行定量计算，恢复了34Ma南极冰盖形成后海表温度的时空变化格局。结果显示，南极冰盖形成后，高纬温度几乎同晚始新世较暖阶段一致，这挑战了我们对气候变化规律的认识，以及气候-冰量在地质尺度上发展关系的认识。

渐新世SST变化趋势：

生物标志化合物从低纬到高纬对四个渐新世记录进行分析，结果见下图，由北向南、高纬至低纬排序。

恢复结果表现出很强的空间异质性，但总体而言，Chattian温度较低（28-26.5Ma）。北半球高纬SST记录指示，晚渐新世（26-24.5Ma）变暖约1-2度。而南半球记录IODP U1356 在整个渐新世一直保持较低温度。

温度记录上，过去认为是典型冰室期的晚渐新世（26-24Ma），表现出与晚始新世温室期一样的海表温度。但晚渐新世与晚始新世之间的差异在深海氧同位素中很难看出（见上图zahcos曲线），晚渐新世18O值要比晚始新世低1.5‰-2‰。尽管温度变化幅度更大，渐新世长期较冷的南半球高纬度SST恢复结果，也同样落在中晚始新世SST范围内。

A-D为自北半球高纬度向南半球高纬度过度的海表温度重建结果，A为北半球高纬度，D为南半球高纬度

将恢复的海表温度与更长时间尺度的始新世记录对比，可以看出EOT降温之后存在升温过程，晚渐新世温度与晚始新世接近

记录与气候结果不一致的渐新世温度重建与对比：

为了排除单一指标的局限性，获得更精确的渐新世以来SST变化特征，并考察其相对于始新世的温度变化趋势，这里对多种表温指标进行综合（见上图）。多种温度负指标显示，这些时间片段表温持续升高，且纬向温度梯度明显低于今天。

为了检验观察到的全球温暖与温暖两极温度与不同外界因子（PCO2、古地理等）的影响，这里应用两套模型（挪威模式、英国模式）对四个时间片段进行模拟（晚始新世，早渐新世，中渐新世，晚渐新世）。

    尽管使用了两种模式和不同的边界条件进行模拟，模拟结果与地质记录出现了一个稳定的偏差。对于赤道-极地表温梯度小于今天的渐新世，模型无法同时计算出低纬和高纬的高温记录。这里认为，可能是模型低估了高纬地区较高的温度，导致了相比与地质记录恢复结果更大的纬向温度梯度。这种模拟与记录的偏差在高PCO2和南极无冰的情形下偏差更大。而这种偏差可能是云物理过程，以及低分辨率的古地理边界条件设置的结果（尤其是古海道打开的精细过程），需要后续进行细致的研究。

进一步，这里对渐新世的GSMT（全球表面平均温）进行估算：渐新世期间为22-24度，与晚渐新世＞23度没有很大区别，比现代温度高＞8度。因此，这里无法发现南极冰盖形成前后，晚始新世（温室期）与渐新世（冰室期）的温度差异。

两套模式对四个关键时间点气温的模拟结果，模拟结果与记录结果出现较大偏差，认为可能是现行气候模式和古地理条件设置的问题

总结：

    多种温度恢复记录指示，渐新世期间高纬地区为较暖。高纬地区较高的SST恢复结果，又对应了较低的纬向温度梯度，与古近纪其他时段相似。这可能意味着，用于解释始新世较暖高纬的理论存在问题，即连接太平洋和北大西洋的深层水可能更晚发育，或根本不会引起始新世高纬地区的变暖。

       总的来说，渐新世气候不同于两极有冰的晚新近纪冰室期，也不同于SST温暖的两极无冰的晚始新世温室期：以较暖的全球平均温度，较弱的纬向温度梯度，并且南极发育永久性冰盖为特征。这个较为奇怪的恢复结果，似乎与现有较冷的深海记录、永久性南极冰盖、气候模拟结果不协调，可能进一步指示了我们对气候过程的认识仍有较大缺陷，如大洋环流、云物理过程、海道开闭等非PCO2因素对气候系统的影响。

【转载】来自张钰哲科学网博客。
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