距今3.6億年至2.6億年的晚古生代大冰期是地球自陸生高等植物及陸地生態(tài)系統(tǒng)建立以來持續(xù)時間最長的冰室氣候時期。該時期的大氣二氧化碳水平跨越了工業(yè)革命前的水平到未來高碳排放情景預(yù)期的范圍，而大氣中的氧氣水平則達到整個地球歷史的峰值，約為當(dāng)前大氣氧氣含量的1.2倍至1.7倍。這種異常高氧環(huán)境可能與海洋、陸地動物的巨型化現(xiàn)象相關(guān)，也可能與石炭紀中期至二疊紀早期海洋生物大輻射事件相關(guān)。盡管地質(zhì)記錄、生物化石證據(jù)及生物地球化學(xué)模型重建均支持當(dāng)時大氣含氧量升高的觀點，但關(guān)于高氧大氣與冰室氣候下海洋氧化還原環(huán)境如何演化仍缺乏直接證據(jù)。
近日，由中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究員陳吉濤領(lǐng)銜的國際研究團隊，對華南板塊貴州羅甸盆地3.1億年至2.9億年前的碳酸鹽巖沉積序列開展了高時間分辨率的鈾同位素研究；結(jié)合該研究時段的碳同位素和大氣二氧化碳濃度數(shù)據(jù)以及火山活動、植被演化等地質(zhì)事件，利用生物地球化學(xué)循環(huán)模型等，綜合探討了該時段的全球碳循環(huán)與海洋氧化還原狀態(tài)。
研究發(fā)現(xiàn)，盡管研究時段為晚古生代大冰期的高峰期也是顯生宙的大氣氧含量峰值期，但鈾同位素比值多次顯著下降，表明海底缺氧面積反復(fù)擴大。每次鈾同位素比值下降均與大氣二氧化碳濃度的快速上升及碳同位素的負漂同時發(fā)生。
研究人員利用耦合貝葉斯反演的碳-磷-鈾生物地球化學(xué)循環(huán)模型，定量模擬了晚古生代冰室氣候下的海洋缺氧、碳循環(huán)和氣候的演變過程。結(jié)果顯示，在整個研究時段，海洋中有機碳埋藏增加可能導(dǎo)致大氣二氧化碳濃度下降和氧氣濃度上升。盡管此時大氣–海洋整體氧化水平很高，但間歇性的巨量碳排放也可以引起重復(fù)發(fā)生的氣候變暖和海底缺氧，致使全球海洋缺氧面積擴張4%至12%，甚至可能導(dǎo)致海洋生物多樣性停滯或下降。
上述成果有助于科研人員更好地理解地球氣候系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)聯(lián)與反饋機制，對預(yù)測當(dāng)前全球變暖背景下海洋環(huán)境的變化趨勢具有參考價值。
6月24日，相關(guān)研究成果作為亮點文章發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和美國國家自然科學(xué)基金等的支持。
古生代海洋生物多樣性、大氣成分與海洋氧化狀態(tài)
本文鏈接：研究發(fā)現(xiàn)高氧環(huán)境下全球變暖仍可致海洋缺氧http://www.sq15.cn/show-12-1357-0.html
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