在岩石中保存了5600萬年的化石花粉為碳引發的全球變暖提供了新的見解

在岩石中保存了5600萬年的化石花粉為碳引發的全球變暖提供了新的見解。信用:uux.cn/Pixabay/CC0公共領域
（神秘的地球uux.cn）據墨爾本大學（Vera A. Korasidis和Scott L. Wing）：在過去的150年裏，通過燃燒化石燃料和其他活動，我們人類已經將大氣中的二氧化碳(CO₂)濃度提高了40%以上。CO₂和另一種溫室氣體——甲烷——的增加使地球變暖了1攝氏度以上
目前的溫室氣體濃度和溫度不僅是人類曆史上前所未有的，而且超過了過去250萬年中的任何已知水平。
我們需要更深入地研究地球的曆史，尋找像我們這樣的巨大碳排放事件如何影響氣候和生命的例子。
研究快速碳釋放和全球變暖的一個重要時期是5600萬年前，發生了一個稱為古新世-始新世極熱時期(PETM)的事件。
PETM是地球曆史上已知的最快速的全球變暖事件。
在大約5000年的時間裏，大約相當於現代化石燃料總儲量的碳被釋放到大氣中，這可能是火山活動和海底沉積物中儲存的碳的結合。
這種碳釋放導致全球氣溫上升約6攝氏度，並在超過10萬年的時間裏保持上升趨勢。
雖然最初的碳釋放和氣候變化可能比我們今天所做的慢十倍，但它們極大地影響了海洋化學和動植物的地理分布。
我們的團隊對PETM如何影響陸地生態係統很感興趣，研究這個問題的一個很好的地方是大角盆地——美國懷俄明州落基山脈北部的一個又深又寬的山穀..
現代大角羊盆地廣泛分布的荒地暴露出非常豐富的化石沉積物，這些沉積物是由古老的河流侵蝕周圍的山脈而形成的。
對於任何對PETM感興趣的古生物學家來說，這裏都是天堂。
早期科學家的努力顯示了PETM期間大角灣生態係統的一係列變化。一大群新型哺乳動物在PETM期間首次出現在北美，可能是從其他大陸跨越因氣溫變暖而變得適宜居住的北部大陸橋遷移過來的。
許多種類的哺乳動物進化出了更小的體型——這可能與高溫有關，也可能與一些植物在高CO₂大氣中變得營養不足有關。
對化石葉子的研究表明，許多種類的植物從該地區消失了，取而代之的是更適應炎熱幹燥氣候的植物。
我們的團隊研究了化石花粉粒，因為我們想盡可能詳細地了解植物區係的變化。花粉對這種研究來說是無價的，因為它大量產生，廣泛分散在空氣和水中，而且不易腐爛，因此很容易保存在古老的岩石中。
我們發表在《古海洋學和古氣候學》上的新研究表明，就在大規模碳釋放之前的幾萬年裏，植物群開始發生變化。今天，在潮濕的北半球溫帶地區仍然常見的落葉闊葉樹種變得越來越稀少，亞熱帶棕櫚和其他溫暖氣候的植物變得更加常見。
這些PETM之前的變化表明，氣候已經變暖變幹，可能是因為北大西洋記錄的火山活動在大氣中積累了溫室氣體。
但後來，當PETM開始時，我們發現植物發生了巨大的變化——在幾萬年的時間裏，所有生活在濕地棲息地的植物都消失了，能夠忍受炎熱和幹燥氣候的植物入侵了大角羊盆地。
想象一下，從類似於現代喬治亞州和佛羅裏達州沼澤的植被轉變為類似於墨西哥南部和哥斯達黎加的幹燥熱帶森林。
你可能會像我們一樣好奇，這些暫時出現在懷俄明州的熱帶植物是從哪裏來的。
在發表於《孢粉學》的一項研究中，我們的團隊描述了來自懷俄明州PETM的一些新物種。
在分享了這些物種的花粉粒的插圖後，一些行業專家能夠確認他們在大約2000公裏外的美國南部墨西哥灣海岸幾百萬年前的古新世岩石中見過相同的物種。
這表明，當大陸變暖變幹時，這些樹木會向北遷移，但當氣候變冷時，它們又會退回到南方。
隨著PETM減弱，地球變冷，潮濕、溫和的森林樹木回到了大角羊盆地。PETM之後的幾十萬年，大角羊盆地的沼澤森林被許多在PETM之前大量存在的相同樹木所占據，還有一些新的種類，可能是在最溫暖的時期從其他大陸通過北極陸橋進入北美的。
你可能會認為短時間內如此快速的變化——幾萬年對人類來說很長，但從地質學角度來說非常突然——會導致高度滅絕，但我們在花粉或樹葉化石中都沒有看到這一點。
我們現在強烈懷疑，植物沒有滅絕反映了當時上升的落基山脈或附近其他較少受幹旱影響的盆地中海拔較高的地方。
PETM向我們的未來展示了令人擔憂的一瞥——全球變暖、海洋酸化以及陸地和海洋生態係統的劇烈變化，這些變化將持續很長時間。
如果我們要燒掉地球上所有的化石燃料，通過自然過程清除大氣中的所有碳可能需要10萬年。
PETM告訴我們的許多事情證實了氣候模型的嚴峻預測和生態破壞的預測。
不過，我們確實看到了一個不那麽可怕的結果。
即使在PETM開始時的重大地質快速氣候變化中，植物種群在這個山區的某個地方存活了下來。
同樣令人振奮的是，如果我們從一個非常長遠的角度來看，在沒有大規模滅絕的情況下，潮濕的森林在始新世回到了大角羊盆地。經過10萬多年炎熱幹燥的氣候，這些森林與事件發生前的森林非常相似。
在始新世早期的樹林中散步與在古新世末期的散步非常相似。
這表明，即使經過很長一段時間的氣候變化，森林也可以恢複到以前的平衡狀態——隻要我們找到一種方法來保護構成這些獨特生態係統的所有物種。

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