貝殼化石幫助地質(zhì)學(xué)家重建古新世-始新世極熱事件（PETM）期間的地球氣候
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)cnBeta：外媒報(bào)道，顯微鏡下的化石貝殼化石正在幫助地質(zhì)學(xué)家重建古新世-始新世極熱事件（PETM）期間的地球氣候，這是地質(zhì)5600萬(wàn)年前全球突然變暖和海洋酸化的時(shí)期。來(lái)自這些古老貝殼的重建線索可以幫助科學(xué)家更好地預(yù)測(cè)由人類造成的二氧化碳排放所導(dǎo)致的未來(lái)變暖和海洋酸化。
在美國(guó)西北大學(xué)科學(xué)家的古新領(lǐng)導(dǎo)下，研究人員分析了有孔蟲的貝殼幫助外殼，這是化石一種居住在海洋中的單細(xì)胞生物，其外部外殼由碳酸鈣構(gòu)成。地質(zhì)在分析了化石的重建鈣同位素組成后，研究人員得出結(jié)論，古新大規(guī)模的貝殼幫助火山活動(dòng)將大量的二氧化碳注入地球系統(tǒng)，導(dǎo)致全球變暖和海洋酸化。化石
他們還發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)全球變暖和海洋酸化并不只是重建被動(dòng)地影響有孔蟲。這些生物也積極地做出反應(yīng)，古新在建造它們的外殼時(shí)降低了鈣化率。隨著鈣化速度的減慢，有孔蟲從海水中消耗的堿度減少，這有助于緩沖海洋酸度的增加。
“碳酸鈣的形成和溶解有助于調(diào)節(jié)海水的酸度和堿度，”西北大學(xué)的Andrew Jacobson說(shuō)，他是這項(xiàng)研究的資深作者。“我們的鈣同位素?cái)?shù)據(jù)表明，在PETM之前和整個(gè)PETM期間，有孔蟲的鈣化減少起到了抑制海洋酸化的作用。”
“這在該領(lǐng)域是一個(gè)相當(dāng)新的概念，”該研究的第一作者Gabriella Kitch補(bǔ)充說(shuō)。“以前，人們認(rèn)為只有海底碳酸鹽的溶解才能增加海洋的堿度，緩沖海洋酸化的影響。但是我們正在對(duì)現(xiàn)有的研究進(jìn)行補(bǔ)充，表明碳酸鹽的生產(chǎn)減少也有同樣的緩沖作用。”
這項(xiàng)研究最近發(fā)表在《地質(zhì)學(xué)》雜志上。這是第一個(gè)研究有孔蟲的鈣同位素組成來(lái)重建PETM之前和整個(gè)PETM的條件，也是西北大學(xué)最近的第三個(gè)研究發(fā)現(xiàn)海洋酸化--由于火山的二氧化碳排放--在主要的史前環(huán)境災(zāi)難之前，如大規(guī)模滅絕、海洋缺氧事件和全球強(qiáng)烈變暖時(shí)期。
Jacobson是西北大學(xué)溫伯格文理學(xué)院的地球和行星科學(xué)教授。Kitch是Jacobson實(shí)驗(yàn)室的博士生和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的研究生研究員。西北大學(xué)地球科學(xué)教授Bradley Sageman和Matthew Hurtgen，以及來(lái)自加州大學(xué)圣克魯茲分校（UCSC）和堪薩斯大學(xué)的合作者，與Jacobson和Kitch共同撰寫了該論文。
為了研究PETM期間的海洋條件，研究人員檢查了大洋鉆探計(jì)劃從兩個(gè)地點(diǎn)--一個(gè)在東南大西洋，一個(gè)在太平洋--收集的有孔蟲化石的鈣同位素組成。
由于每個(gè)化石的殼只有一粒沙子大小，加州大學(xué)舊金山分校的研究人員通過(guò)物理方式收集這些微小的標(biāo)本，首先在顯微鏡下識(shí)別它們。在將殼從散裝沉積物中分揀出來(lái)后，西北大學(xué)的團(tuán)隊(duì)將樣品溶解，并使用熱電離質(zhì)譜儀分析其鈣同位素組成。
“這項(xiàng)工作非常具有挑戰(zhàn)性，” Jacobson說(shuō)。“為了操縱這些微小的材料，你必須在顯微鏡下用濕的畫筆尖一個(gè)一個(gè)地把它們撿起來(lái)。”
當(dāng)這些殼在5600多萬(wàn)年前形成時(shí)，它們對(duì)海洋條件做出了反應(yīng)。通過(guò)檢查這些殼，西北大學(xué)的研究小組發(fā)現(xiàn)，在PETM開始之前，鈣的同位素比率有所增加。
“我們正在研究一組生物，它們?cè)诤Ｑ蟮囊粋€(gè)部分建造它們的外殼，記錄它們周圍的海水化學(xué)成分，”Kitch說(shuō)。“我們認(rèn)為鈣同位素?cái)?shù)據(jù)揭示了眾所周知的邊界之前的潛在壓力。”
其他檔案表明，大氣-海洋系統(tǒng)在PETM之前立即經(jīng)歷了一次大規(guī)模的二氧化碳釋放。當(dāng)大氣中的二氧化碳溶解在海水中時(shí)，它會(huì)形成一種弱酸，可以抑制碳酸鈣的形成。盡管目前仍未確定，但地球科學(xué)家認(rèn)為，碳的釋放很可能來(lái)自火山活動(dòng)或級(jí)聯(lián)效應(yīng)，如海洋變暖導(dǎo)致的海底甲烷水合物的釋放。
“我的懷疑是，它是這兩個(gè)因素或某種組合，”Sageman說(shuō)。“地球歷史上的大多數(shù)大事件都代表了許多行為者在同一時(shí)間的匯合。”
這是由Jacobson領(lǐng)導(dǎo)的第三項(xiàng)研究，發(fā)現(xiàn)海洋酸化在重大環(huán)境災(zāi)難之前，與大型火成巖省的爆發(fā)相關(guān)。上個(gè)月， Jacobson的團(tuán)隊(duì)發(fā)表了發(fā)現(xiàn)火山活動(dòng)在1.2億年前發(fā)生的海洋缺氧事件之前引發(fā)了生物鈣化危機(jī)的結(jié)果。就在一年多以前， Jacobson的團(tuán)隊(duì)發(fā)表了另一項(xiàng)研究，發(fā)現(xiàn)海洋酸化發(fā)生在小行星撞擊之前，導(dǎo)致了6600萬(wàn)年前白堊紀(jì)-古近紀(jì)滅絕事件，其中包括恐龍的滅絕。
在所有這三項(xiàng)研究中， Jacobson的團(tuán)隊(duì)在他的實(shí)驗(yàn)室中使用了復(fù)雜的工具來(lái)分析碳酸鈣化石和沉積物的鈣同位素組成。 Jacobson說(shuō)，一個(gè)清晰的模式正在出現(xiàn)。二氧化碳的流入導(dǎo)致了全球變暖和海洋酸化，并最終導(dǎo)致了大規(guī)模的環(huán)境變化。
Jacobson表示：“在我們所有的研究中，我們一直看到在重大事件或滅絕地平線發(fā)生之前，鈣同位素比率的增加。這似乎指出了類似的驅(qū)動(dòng)力和共同的反應(yīng)。”
"也許鈣同位素系統(tǒng)對(duì)這些事件的最早階段具有敏感性，"Sageman補(bǔ)充說(shuō)。
未來(lái)海洋壓力的預(yù)測(cè)者
許多研究人員研究PETM是因?yàn)樗鼮楫?dāng)今人類造成的全球變暖提供了最好的模擬。PETM期間的碳涌入與過(guò)去兩個(gè)世紀(jì)的碳釋放量相似。然而，時(shí)間尺度有很大不同。PETM期間的溫度在17萬(wàn)年內(nèi)增加了5至8攝氏度。隨著人類造成的氣候變化，如果二氧化碳排放不減，預(yù)計(jì)同樣水平的變暖將在不到200年內(nèi)發(fā)生。
此外，陸地和海洋的壓力，包括有孔蟲類鈣化的大幅減少，伴隨著PETM。 Jacobson說(shuō)：“PETM是一個(gè)模型，說(shuō)明在主要的大型碳循環(huán)擾動(dòng)期間會(huì)發(fā)生什么。對(duì)地球未來(lái)氣候的許多預(yù)測(cè)都依賴于對(duì)PETM期間所發(fā)生的事情的理解。”