<p>近1億年前，地球經(jīng)歷了一次極端的環(huán)境破壞，海洋中的氧氣被窒息，導(dǎo)致海洋物種滅絕水平上升，影響了整個(gè)地球。</p> <p>&nbsp;</p> <p>現(xiàn)在，在兩項(xiàng)互補(bǔ)的新研究中，西北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的兩個(gè)地球科學(xué)家團(tuán)隊(duì)報(bào)告了導(dǎo)致這一事件發(fā)生的年表和事件特征的新發(fā)現(xiàn)，被稱為海洋缺氧事件2 (OAE2)，這是40多年前由已故西北大學(xué)教授西摩&middot;施蘭格(Seymour Schlanger)共同發(fā)現(xiàn)的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>通過(guò)研究從世界各地三個(gè)地點(diǎn)提取的保存完好的浮游微化石和大塊沉積物，研究小組收集了直接證據(jù)，表明海洋酸化發(fā)生在事件的早期階段，這是由于海底大規(guī)?；鹕綇?fù)合體噴發(fā)時(shí)排放的二氧化碳造成的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在其中一項(xiàng)新研究中，研究人員還提出了一種新的假設(shè)，來(lái)解釋為什么海洋酸化導(dǎo)致了一個(gè)奇怪的溫度下降現(xiàn)象(被稱為&ldquo;Plenus Cold Event&rdquo;)，它短暫地中斷了原本非常炎熱的溫室時(shí)期。</p> <p>&nbsp;</p> <p>通過(guò)分析火山噴發(fā)的二氧化碳是如何影響海洋化學(xué)、生物礦化和氣候的，研究人員希望更好地了解當(dāng)今地球是如何應(yīng)對(duì)人類活動(dòng)導(dǎo)致的二氧化碳增加的，這可能會(huì)導(dǎo)致適應(yīng)和減輕預(yù)期后果的解決方案。</p> <p>&nbsp;</p> <p>今天(1月19日)發(fā)表在《自然地球科學(xué)》雜志上的一篇論文發(fā)表了對(duì)深海巖心的發(fā)現(xiàn)，其中包括澳大利亞西南部附近一個(gè)新鉆探的地點(diǎn)。12月13日，《自然》雜志《通訊地球與環(huán)境》發(fā)表了一篇補(bǔ)充論文，詳細(xì)介紹了古代畸形微化石的發(fā)現(xiàn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;海洋酸化和缺氧是由火山釋放的大量二氧化碳造成的。&rdquo;西北大學(xué)的Brad Sageman說(shuō)，他是這兩項(xiàng)研究的高級(jí)合著者。&ldquo;地球歷史上這些主要的二氧化碳排放事件為我們提供了地球系統(tǒng)如何應(yīng)對(duì)大量二氧化碳輸入的最好例子。這項(xiàng)工作對(duì)我們對(duì)氣候系統(tǒng)的理解以及我們預(yù)測(cè)未來(lái)將發(fā)生什么的能力具有根本適用性。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;基于鈣元素的同位素分析，我們提出了一個(gè)可能的解釋，即由于海洋酸化導(dǎo)致的生物鈣化速度放緩，使得堿度在海水中積累，&rdquo;西北大學(xué)的安德魯&middot;雅各布森說(shuō)，他是這兩項(xiàng)研究的高級(jí)合著者。&ldquo;堿度的增加導(dǎo)致了大氣中二氧化碳的減少。很有可能，這種降溫是氣候變暖的一個(gè)可預(yù)測(cè)但短暫的結(jié)果。我們對(duì)OAE2的研究結(jié)果為海洋堿度增強(qiáng)提供了地質(zhì)模擬，這是緩解人為氣候危機(jī)的主要策略。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>作為白堊紀(jì)氣候和同位素地球化學(xué)方面的專家，薩格曼和雅各布森都是西北大學(xué)溫伯格藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的地球和行星科學(xué)教授。這兩項(xiàng)研究是由他們以前的博士生加布里埃拉&middot;基奇和馬修&middot;m&middot;瓊斯領(lǐng)導(dǎo)的，他們?cè)谖鞅贝髮W(xué)時(shí)發(fā)起了這項(xiàng)研究。</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">重建白堊紀(jì)條件</span></strong></p> <p>&nbsp;</p> <p>根據(jù)40多年的研究，OAE2是地球上發(fā)生的全球碳循環(huán)最重要的擾動(dòng)之一。研究人員假設(shè)，在OAE2期間，海洋中的氧氣水平下降得如此之低，以至于海洋物種滅絕的速度顯著增加。為了更好地理解這一事件以及導(dǎo)致這一事件的條件，研究人員研究了廣泛分布的露頭遺址中富含有機(jī)碳和含化石的沉積巖層，以及國(guó)際海洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃(IODP)(由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)及其國(guó)際合作伙伴資助)獲得的深海巖心。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這些地點(diǎn)包括意大利古比奧(意大利大陸一個(gè)著名的地區(qū)，曾經(jīng)是一個(gè)深海盆地)，西部?jī)?nèi)陸航道(一個(gè)從墨西哥灣延伸到北美北冰洋的古老海床)和幾個(gè)深海地點(diǎn)，包括一個(gè)來(lái)自澳大利亞西南部近海的東印度洋的新地點(diǎn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;研究過(guò)去地質(zhì)時(shí)期海洋酸化的挑戰(zhàn)性在于，我們沒(méi)有古代海水。因此，我們必須尋找間接證據(jù)，特別是化石殼和巖化沉積物的化學(xué)變化。&rdquo;&mdash;&mdash;馬修&middot;瓊斯(地球科學(xué)家</p> <p>&nbsp;</p> <p>深海巖芯提供了古海洋部分條件的寶貴記錄，這些條件在海洋鉆探計(jì)劃發(fā)展之前是完全未知的。在這三個(gè)巖心中，研究人員重點(diǎn)研究了白堊紀(jì)中期的部分，就在圖倫時(shí)代和塞諾曼時(shí)代的邊界之前，以便重建導(dǎo)致OAE2的條件。</p> <p>&nbsp;</p> <p>瓊斯現(xiàn)在是史密森學(xué)會(huì)的彼得&middot;巴克博士后，他說(shuō):&ldquo;研究過(guò)去地質(zhì)時(shí)期海洋酸化的挑戰(zhàn)性在于，我們沒(méi)有古代海水。&rdquo;&ldquo;你很少會(huì)發(fā)現(xiàn)任何類似于困在巖石或礦物中的古代海水的東西。所以，我們必須尋找間接證據(jù)，特別是化石殼和巖化沉積物化學(xué)成分的變化。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">畸形的化石</span></strong></p> <p>&nbsp;</p> <p>在發(fā)表在《地球與環(huán)境通訊》上的這項(xiàng)研究中，Kitch和她的合著者專注于有孔蟲化石，這是一種由碳酸鈣制成的外殼的海洋單細(xì)胞生物，由意大利合作者烏爾比諾大學(xué)的Rodolfo Coccioni教授在古比奧遺址收集。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Kitch和她的合作者被Gubbio標(biāo)本吸引，因?yàn)镃occioni對(duì)它們外殼的光學(xué)觀察和測(cè)量顯示出異常，包括一致的&ldquo;矮化&rdquo;模式，或整體尺寸的減小，與OAE2的發(fā)生一致。</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://news.northwestern.edu/assets/Stories/2023/01/foraminifera__ResizedImageWzMwMCwzNDhd.jpg" width="300" height="348" />&nbsp;</p> <p>&ldquo;這些都是壓力的光學(xué)信號(hào)。&rdquo;Kitch說(shuō)，他現(xiàn)在是國(guó)家海洋和大氣管理局的Knauss研究員。&ldquo;我們假設(shè)，這種壓力可能是由海洋酸化引起的，然后影響了生物建造外殼的方式。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了驗(yàn)證這一假設(shè)，基奇分析了化石的鈣同位素組成。在溶解了化石殼并用熱電離質(zhì)譜儀分析了它們的成分后，西北大學(xué)的研究小組觀察到，畸形標(biāo)本中的鈣同位素比率發(fā)生了變化，這與酸化產(chǎn)生的應(yīng)力一致。</p> <p>&nbsp;</p> <p>西北大學(xué)可持續(xù)發(fā)展與能源研究所聯(lián)合主任Sageman說(shuō):&ldquo;這是第一篇將鈣同位素證據(jù)與壓力生物指標(biāo)的觀察結(jié)合起來(lái)的論文。&rdquo;&ldquo;正是這些獨(dú)立的生物學(xué)和地球化學(xué)觀察證實(shí)，在OAE2爆發(fā)期間，生物礦化作用受到了影響。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">&ldquo;因果關(guān)系&rdquo;</span></strong></p> <p>&nbsp;</p> <p>在《自然地球科學(xué)》雜志上發(fā)表的第二項(xiàng)研究中，瓊斯和他的合著者專注于澳大利亞西南部近海的巖化沉積物的深海巖心，這些巖心是他和同事在2017年IODP探險(xiǎn)期間收集的。對(duì)于這個(gè)謎題，研究人員對(duì)沉積物中有什么不太感興趣，更感興趣的是沉積物中明顯缺乏什么。</p> <p>&nbsp;</p> <p>核心包含大量石灰石，富含碳酸鈣礦物，但在OAE2之前突然缺少碳酸鹽。</p> <p>&nbsp;</p> <p>瓊斯說(shuō):&ldquo;在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，我們發(fā)現(xiàn)方解石是不存在的。&rdquo;&ldquo;這里沒(méi)有碳酸鹽礦物。核心的這部分明顯較暗;它徑直向我們撲來(lái)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>碳酸鹽要么在海底溶解，要么在地表水中形成碳酸鈣殼的生物較少。這是對(duì)海洋酸化事件的直接觀察。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在他與杜倫大學(xué)的戴夫&middot;塞爾比教授合作進(jìn)行的地球化學(xué)分析中，瓊斯注意到碳酸鹽并不是唯一顯示出顯著變化的成分。與OAE2的開始同時(shí)，鋨同位素比率也發(fā)生了顯著的變化，這表明地幔衍生的鋨大量輸入，這是一次重大海底火山活動(dòng)的指紋。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這一觀察結(jié)果與許多其他研究人員的工作是一致的，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了OAE2之前一個(gè)大火成巖省(LIP)爆發(fā)的證據(jù)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這些大規(guī)模的火山活動(dòng)事件發(fā)生在整個(gè)地球歷史上，并日益被認(rèn)為是全球變化的主要因素。許多l(xiāng)ip都是在水下，直接向海洋中注入了成噸的二氧化碳。當(dāng)二氧化碳溶解到海水中，它會(huì)形成一種弱酸，可以抑制碳酸鈣的形成，甚至可能溶解先前存在的碳酸鹽殼和沉積物。</p> <p>&nbsp;</p> <p>瓊斯說(shuō):&ldquo;就在OAE2開始的時(shí)候，鋨同位素比率轉(zhuǎn)移到非常非常低的值。&rdquo;&ldquo;唯一可能發(fā)生的方式是通過(guò)一個(gè)大型火成巖省的噴發(fā)。這有助于我們建立因果關(guān)系。我們可以看到火山非?；钴S的證據(jù)，因?yàn)殇~值崩潰了。然后，突然之間，就沒(méi)有碳酸鹽了。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">深入了解冥王星冷事件</span></strong></p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然LIP之后的海洋酸化并不一定令人驚訝，但西北大學(xué)的研究小組確實(shí)發(fā)現(xiàn)了一些不尋常的東西。OAE2期間的酸性條件比古代世界其他被廣泛認(rèn)可的酸化事件持續(xù)的時(shí)間要長(zhǎng)得多。瓊斯認(rèn)為，海水缺氧可能延長(zhǎng)了酸化狀態(tài)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>瓊斯說(shuō):&ldquo;在OAE2期間，消耗了水柱中下沉的浮游生物和有機(jī)物的生物也在呼吸二氧化碳，這導(dǎo)致了海洋酸化，這最初是由LIP火山活動(dòng)排放的二氧化碳引發(fā)的。&rdquo;&ldquo;因此，海洋缺氧可能是海洋酸化的&lsquo;積極反饋&rsquo;。這很重要，因?yàn)榻裉斓娜蚝Ｑ?，除了pH值下降之外，氧含量也在下降。這表明氧氣的減少可能會(huì)延長(zhǎng)酸化，并強(qiáng)調(diào)這兩種現(xiàn)象密切相關(guān)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在Kitch的研究中，她發(fā)現(xiàn)生物學(xué)在這一事件中扮演了另一個(gè)角色。全球變暖和海洋酸化不僅僅被動(dòng)地影響有孔蟲。這些生物在建造外殼時(shí)也會(huì)通過(guò)減少鈣化率來(lái)積極應(yīng)對(duì)。隨著鈣化的減緩，有孔蟲從海水中消耗的堿性減少，這有助于緩沖海洋不斷增加的酸性。這也增強(qiáng)了海洋吸收二氧化碳的能力，有可能引發(fā)&ldquo;全面寒冷事件&rdquo;。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們稱這一階段為&lsquo;溫室期&rsquo;，因?yàn)闇囟日娴姆浅７浅嘏?amp;rdquo;基奇說(shuō)。&ldquo;然而，有證據(jù)表明，在OAE2期間相對(duì)冷卻。沒(méi)有人能夠解釋為什么會(huì)發(fā)生這種冷卻。我們的研究表明，通過(guò)減少海洋中碳酸鹽的產(chǎn)生，實(shí)際上會(huì)提高堿度，這使海洋具有吸收二氧化碳的緩沖能力。海洋突然有了吸收二氧化碳和平衡碳通量的能力。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">穩(wěn)定是有代價(jià)的</span></strong></p> <p>&nbsp;</p> <p>但是，僅僅因?yàn)槎虝旱睦鋮s中斷了這個(gè)溫室時(shí)期，研究人員警告說(shuō)，海洋緩沖二氧化碳的自然能力并不是當(dāng)前人類造成的氣候變化的答案。Sageman通過(guò)將氣候變化與癌癥進(jìn)行比較來(lái)解釋這種情況。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這就像一個(gè)病人得了癌癥，癌癥消失了一個(gè)月。&rdquo;Sageman說(shuō)。&ldquo;但后來(lái)它又回來(lái)了，殺死了病人。不要以為大海會(huì)給我們降溫，一切都會(huì)好起來(lái)的。有那么一段時(shí)間，它很酷。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>雅各布森補(bǔ)充說(shuō):&ldquo;盡管地球反彈并自我修復(fù)，但海洋領(lǐng)域的滅絕有助于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。&rdquo;&ldquo;地球有一些穩(wěn)定的反饋，但它們是有代價(jià)的。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>Kitch的研究，&ldquo;畸形有孔蟲的鈣同位素比率揭示了海洋缺氧事件2之前的生物鈣化壓力&rdquo;，得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(獎(jiǎng)勵(lì)編號(hào)DGE-1842165和EAR 0723151)和大衛(wèi)和露西&middot;帕卡德基金會(huì)(獎(jiǎng)勵(lì)編號(hào)2007-31757)的支持。</p> <p>&nbsp;</p> <p>瓊斯的研究&ldquo;白堊紀(jì)中期酸化與大規(guī)?；鹕交顒?dòng)有關(guān)&rdquo;得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(獎(jiǎng)號(hào)EAR 1338312)和美國(guó)科學(xué)支持計(jì)劃/IODP的支持。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>