[中配]地球上最後一次全球變暖的故事

感謝CuriosityStream支持PBS數字工作室 想象一個充滿生機的巨大雨林 樹木、昆蟲、美麗的小鳥遍佈其中 靈長類動物在樹冠上攀爬 而鱷魚和烏龜則在下面的河流中游泳 美麗,是吧 現在想象一下北極的這片鬱鬱蔥蔥的雨林 不久前曾經有一個時期 世界的變暖程度超過了任何人所見過的 到目前爲止 這次古老的變暖僅發生在20萬年之間 對於地質時間來說簡直是一瞬間 它的結束與開始一樣 都是突然且神祕的 一切始於5600萬年前 正值古興時的末期 那時候生命仍在從白厄紀 古晉紀滅絕事件帶來的不愉快中恢復 這場事件抹去了所有飛鳥類恐龍 按照今天的標準 那時的氣溫已經很高了 當時沒有極地冰蓋 這意味着海平面要高得多 而大陸剛開始呈現出熟悉的形狀 覆蓋着溫帶森林和沙漠等棲息地 以及赤道周圍的一帶雨林 但是這個環境即將發生變化 在不到2萬年的時間裏 全球平均溫度上升了5到8攝氏度 而在高緯度地區變暖最爲顯著 因此在極地 陸地上的平均溫度達到23攝氏度 而海水溫度則升高到宜人的20度 這意味着你可以在南極州周圍的海域中 輕鬆地游泳 這個驚人且突發的變暖事件 被稱爲古心室 始心室溫度最大期 簡稱PETM 它對地球上的生命產生了重大影響 首先當PETM達到頂峯時 雨林的擴展範圍遠遠超過以往任何時候 來自北美、歐洲和亞洲的化石 揭示瞭如今與熱帶雨林相關的 植物豐富的棲息地 儘管這些森林離熱帶地區 例如已經發現化石化的棕櫚樹葉子 北至淮俄明州 在北極圈內的一些地方 比如加拿大的埃爾斯米爾島 發現了蕨類植物紅杉和銀杏的證據 那麼這一切是如何可能的呢 我們最好的線索可以在古老的沉積物中找到 從馬里蘭到南極的海洋沉積樣本顯示 大約5600萬年前 海洋中的二氧化碳和其他溫室氣體的含量突然激增 根據這些沉積物中發現的碳的類型來看 這些氣體很可能來自有機物 如植物 你看植物和大多數生物一樣 傾向於使用更輕且更常見的碳同位素碳 12而不是像碳13這樣的重同位素 所以這種我們之前提到的生物碳 與從未作爲生物體一部分的碳 具有不同的化學特徵 而追溯到PETM開始的沉積物顯示 碳13與碳12的比例出現了大幅度的突然下降 這意味着大量生物原碳必須突然以二氧化碳 甲烷和其他氣體的形式釋放到大氣中 但這些氣體來自哪裏呢? 一個假設是曾經發生了一系列大規模的野火 釋放了儲存在植物中的大量二氧化碳 另一個模型提出 巨大的煤層暴露在火山活動的熱量下 也可能是一個本來溫和的變暖事件 通過融化被稱爲甲烷水合物的化合物的沉積物 而引發了溫室氣體的釋放 甲烷水合物類似於冰 但它包含被水分子困住的甲烷分子 只要保持在高壓環境下 比如深海或者保持低溫狀態 比如永久凍土 水合物通常是穩定的 在寒冷氣候中形成的厚厚冰凍土層 但是如果這些地方變暖 水合物會融化釋放出甲烷 這是一種比二氧化碳更強效的溫室氣體 當然變暖越多 融化越多 釋放出的溫室氣體也越多 形成經典的正反饋循環 現在無論它是如何開始的 有一點值得注意的是 在PETM期間 釋放到大氣中的碳速度 僅是如今排放速度的一小部分 一項關於北極海洋沉積物的研究表明 在PETM鼎盛時期 每年有多達17億公噸的碳 釋放到大氣中 持續時間至少爲4000年 一項關於新澤西沉積物的類似研究 將這一數字估算爲每年約11億噸碳 現在把這個與今天釋放的碳量進行比較 僅在2014年 二氧化碳的排放量就達到了98億公噸 因此在5600萬年前 碳的釋放速度比現在要慢 但這些排放持續了數千年 隨着大氣中的碳含量 超過植物能夠吸收的量 地球開始迅速變化 在許多地方 氣候帶來了溼度和熱量的組合 使得浩瀚的雨林得以繁榮發展 在這些溫暖的森林中 繁榮生長的動物中有爬行動物 在幾乎所有來自PETM的化石窗中 都可以找到鱷魚 鱷魚和海龜的化石 甚至在加拿大和格陵蘭的極地森林中 也有發現 這些鬱鬱蔥蔥的森林 也是許多早期哺乳動物群體 多樣化的地方 包括我們自己的祖先 靈長類動物 事實上 最早的真正靈長類動物 出現在化石記錄中 正是在5600萬年前 PETM開始加劇的時候 它們迅速適應了一個 被樹木覆蓋的世界 發展出如朝前的眼睛 指甲代替爪子 和可對握的拇指等特徵 這些特徵 使得靈長類動物 具備了極大的優勢 因此在5300萬年前 它們可以遍佈整個北半球 從中國的小型Eosimius 到懷俄明州的Nathartis 但是在海洋中 溫室地球上的生命 變得更加艱難 事實上在某些地方 幾乎不可能 在赤道附近 海洋溫度熱得難以忍受 有時高達36度 幾乎和普通熱水浴缸一樣熱 這對許多種類的浮游生物來說 可能太熱了 而浮游生物是絕大多數 海洋食物鏈的基礎 但高濃度二氧化碳水平的 一個更具破壞性的副作用 是海洋酸化 當海水吸收二氧化碳時 它變得更加酸性 這反過來又減少了 水中碳酸鹽的濃度 而碳酸鹽是許多生物用來 構建殼體和其他結構的化合物 這就是爲什麼熱極大氣的 最明顯影響之一 仍然可以在深海的 岩心樣本中找到 早於變暖時期的沉積物 通常呈淡色 因爲它們富含 深海有孔蟲的骨骼 這些微小的原生動物 也被稱爲有孔蟲 它們用碳酸鈣構建外殼 而在有大量有孔蟲的地方 它們的石灰質化石 使海牀變成了白色 但是當海洋變得更加酸性時 沉積物變暗了 因爲大多數有孔蟲都消失了 在古興世、始興世熱極大直期間 30%到50%的 所有400萬種物種滅絕 這種現象也抑制了 硬珊瑚的生長 因爲它們同樣需要碳酸鹽 來構建自己的骨骼 因此在PETM期間 以及在隨後數百萬年中 大型複雜的珊瑚礁 總體來說 熱極大直對地球上的生命 是一個複雜的時期 對我們哺乳動物來說 是一個重要階段 但對某些海洋生命來說 卻是巨大的損失 正如所有戲劇性的事件一樣 PETM最終結束了 儘管我們並不確定如何或爲何結束 在始興世時期 氣候逐漸開始變冷 雖然溫度偶爾又升高 但從未達到最大值的極端 在始興世期間 氣溫不斷下降 實際上下降的如此劇烈 以至於到了結尾 不過我們是如何 從靠近極地的雨林 過渡到冰蓋的呢 那麼實際上在5300萬年前結束 PETM的初始降溫原因 仍然是一個謎 但有什麼因素 讓這種降溫得以持續 使得世界變得更加寒冷 而這裏的答案 可能再次與植物有關 49百萬年前 早期始興世的北極沉積物中 發現了大量化石化的 這些植物在豐富溫暖的 北極生機勃勃 但隨着環境的變化 它們逐漸死亡 隨着它們沉到底部 理論認爲它們帶走了大量碳 這導致了溫度進一步下降 儘管我們對其起始和結束 知之甚少 但古興世、始興世熱級大氣 向我們展示了氣候變化 對地球生命的極端影響 對一些生物來說 比如早期的靈長類動物 這次變暖是發展新形式 和擴展到新地區的機會 但對於珊瑚、魔蟲 和其他海洋生物來說 這種極端的高溫和碳濃度 意味着災難 在我們自己變暖的時期 它讓我們看到了氣候變化 可能造成的極端影響 這讓我們能夠進行一些 相當引人注目的比較 還記得我說過 在PETM期間 地球變暖的程度 超過了人類迄今爲止所見過的嗎 好吧 請記住 近年來年排放的碳量 因此我們的世界變暖的速度 比始新世時要快 僅在過去一百年裏 全球平均氣溫上升了 大約0.7攝氏度 而這僅僅是在過去一個世紀內 在古今世、始新世 熱量極大事件期間 溫度可能花了數千年 才上升如此之多 所以PETM是我們理解 今天全球變暖影響的最佳實例 它可以教會我們很多 關於生命在陸地和海洋中 是的 充滿靈長類動物 昆蟲和爬行動物的雨林非常美麗 但我想你會同意 絕大多數人 希望它們保持在今天的位置 數字工作室由CuriosityStream贊助 您可以在這裏觀看 關於科學自然和歷史的 紀錄片和節目 包括獨家原創內容 例如可以看看大陸的崛起 這是一個BBC系列 通過低質線索 重建超級大陸盤古大陸 CuriosityStream提供無限制的觀看 對於EONS的觀衆而言 如果你在CuriosityStream.com slash EONS 註冊並使用優惠碼EONS 前兩個月是免費的 好吧 我們需要你的幫助 你想了解關於地球生命故事的什麼 請在評論中告訴我們 別忘了去YouTube.com slash EONS訂閱 如果你喜歡這一集 可以分享給你認爲也會喜歡的人 因爲看看 這真是引人入勝的內容 現在給自己一個建議 去看看我們PBS Digital Studios的姊妹頻道吧 你的大腦會感謝你