6600万年前的气候谜团揭晓：海水“脱钙”一步步冷却地球

一项最新研究给出了解释，科学家认为，地球在恐龙时代之后从炽热的“温室星球”转变为如今两极冰盖环绕的世界，背后隐藏着一个缓慢而深远的海洋化学过程。研究显示，过去6600万年间，海水中溶解钙的含量下降了逾一半，这一变化足以重塑海洋与大气之间的碳循环，从而影响全球气候。

来自南安普敦大学牵头的国际团队指出，海水成分并非只是被动响应气候，而是在长期尺度上作为一支“主动力量”参与塑造气候格局。主导作者、大卫·埃文斯博士称，在新生代早期、恐龙刚刚灭绝之后，海水中的溶解钙含量大约是今天的两倍，高钙环境让海洋更难长期储存碳，反而倾向向大气释放二氧化碳。

随着溶解钙水平在数千万年尺度上持续降低，情况发生了逆转：更多碳被固定在海底沉积物中，相应地从海洋—大气系统中被“抽走”。由于二氧化碳是关键温室气体，这一过程相当于逐步削弱地球的“温室效应”，研究团队估计，全球气温在这一长期演化中累计下降可达15至20摄氏度。

为追踪这一深时变化，科学家分析了来自全球多处海底沉积物中的微体化石——有孔虫等微小海洋生物的遗骸。这些化石壳体的化学组成记录了当时海水中主要离子的浓度变化，结果表明，海水溶解钙含量与大气二氧化碳水平之间存在紧密关联。通过计算机模型，研究团队进一步展示，高钙海水会改变珊瑚、浮游生物等海洋生物生成和埋藏碳酸钙的方式，从而影响碳在沉积物中的封存效率。

共同作者、同济大学周晓莉博士指出，随着溶解钙缓慢下降，生产和埋藏碳酸钙的机制发生了改变，使得更多二氧化碳被锁定在海底沉积层中。这一转变相当于长期“调低”了大气中温室气体的浓度，好比把地球的气候恒温器向冷端拨动了一大格。这种作用并非一朝一夕，而是在千万年尺度上累积放大，最终推动了地球从“暖室”走向“寒室”。

研究还将海水钙含量的下降与深部地质过程联系在一起。团队发现，这一化学变化与洋中脊海底扩张速率的减缓高度同步，而海底扩张是持续制造新洋壳、驱动岩石与海水发生化学交换的火山过程。随着新洋壳生成放缓，岩石与海水之间的钙交换也随之变化，导致海水中溶解钙浓度在地质时间尺度上逐步走低。

合著者、罗格斯大学耶尔·罗森塔尔教授强调，过去人们往往把海水化学视作气候变化的“被动记录者”，而这项研究提示，必须把它看作潜在的“驱动因素”之一。在他看来，正是这些缓慢的深部地球过程，通过影响海水主要离子组成，进而牵动碳循环与温室气体水平，可能在地质历史上多次扮演了气候巨变的幕后推手。

该研究论文发表于美国《国家科学院院刊》（PNAS），题为《新生代时期海水主离子化学与长期碳循环紧密耦合》。作者团队来自英国、中国、美国、以色列、丹麦、德国、比利时和荷兰等国，联手构建了迄今最精细的新生代海水化学演化记录，为理解地球由热转冷的深层机制提供了新的证据。

编译自/scitechdaily