【转载】古新世-始新世长期变暖事件及其驱动机制 

研究背景和科学问题

研究背景：地球在漫长地质历史中经历了许多与温室气体相关的变暖事件，如在晚古新世至早始新世（LPEE）时期（59-53 Ma）发生的长期（百万年时间尺度）全球变暖以及短期（千年时间尺度）的极热事件。LPEE期间全球呈现整体变暖趋势，平均气温上升了4-5摄氏度，而这一持续变暖中也包括着短期的极热事件，以古新世-始新世极热事件(Paleocene-Eocene Thermal Maximum, PETM) 和始新世极热事件2 (Eocene Thermal Maximum 2, ETM-2) 最为典型，这些气候的变化对地球环境和生物演化都产生了重大影响。虽然LPEE时期的气候变化被认为与温室气体（CO₂）的增加有关，但长期气候变化可能还受到其他因素的影响（如构造运动），因此变暖在多大程度上是由大气CO₂驱动的仍不明确，此外短期极热事件中碳排放的来源和规模也存在争议。

科学内涵

研究团队分析了位于太平洋的大洋钻探计划（ODP）1209和1210钻孔的浮游有孔虫同位素数据，并结合已发表的数据，通过综合指标贝叶斯层级模型的反演，重建了持续6 Ma的低至中纬度太平洋LPEE长期变暖事件，以及古近纪两个短暂的极热事件（PETM和ETM-2）海表温度（SST）和大气CO₂浓度。这种贝叶斯模型能够考虑测量误差、指标校准等不确定性并将不同采样分辨率指标的数据整合在一起。

基于对多种指标的综合分析，研究团队重建了古新世-始新世LPEE期间太平洋的SST和大气CO₂浓度变化趋势，分辨率高达数万年。结果显示，北太平洋SST和CO2在LPEE均呈现增加的整体趋势，海表温度上升了3.0±0.4/0.3 ℃，与此同时大气CO₂从898±109/97 ppm升至1686±447/342 ppm（图2A、B）。具体地说，在PCIM时，海表温度下降了3.5±0.5/0.4 ℃，而在PETM之前约500千年，SST上升了0.7±1.0/1.1 ℃，CO₂增加了598±270/287 ppm（图2）。在LPEE期间发生的几个短暂的变暖事件分别为PCIM高峰前的4.0±0.5/0.6 ℃，PETM期间的5.2±0.4 ℃，和ETM-2期间的1.9±0.4 ℃，而每个变暖事件期间都伴随着CO₂的增加：PCIM峰值之前CO₂增加了340±138/135 ppm，在PETM期间CO₂浓度翻倍（从1185±186/159 ppm升至2473±423/355 ppm），ETM-2期间从949±136/122 ppm升至1148±161/139 ppm（图2A、B）。

图2  利用ODP站点1209和1210的混层有孔虫Mg/Ca、δ¹⁸O和δ¹¹B数据重建结果(A)大气CO₂; (B)SST; (C) 层海水pH的正向指标系统模型。

研究还讨论了气候的敏感性：在LPEE持续的6 Ma中，SST升高了约3.0±0.4/0.3 ℃，同时大气中的CO₂增加了约788±432/337 ppm，从而得出在长期时间尺度上，太平洋的气候敏感性（Pacific climate sensitivity）为当CO₂加倍时上升3.5℃，而短期气候事件（如PETM和ETM-2）期间气候敏感性更高，约为当CO₂加倍时上升5.3±2.0/1.3 ℃和5.1±4.2/2.3 ℃，反映了短时间内CO₂激增带来的更显著气候效应。这可能是由于边界条件（如古地理、海洋环流等）在长时间尺度上有更多影响（图3）。PETM事件期间的气候敏感性与其他研究的估算值（如6.5°C）有所差异，主要是由于不同的CO₂计算方法和温度数据的差异，此外对短期气候事件的气候敏感性估算可能还受到其他温室气体（如甲烷）的影响。研究团队指出未来可能需要更高分辨率的综合指标数据来进一步验证这些现象。