在5600萬年前的超級變暖事件（古新世-始新世極熱事件，PETM）中，地球經歷了極端的全球變暖和海洋酸化，該事件一直備受科學界關注，但其背后的碳循環機制始終是未解之謎。
中國科學院廣州地球化學研究所與國際合作團隊研究發現，海洋硫酸鹽濃度的微妙變化，能夠改變甲烷的消耗方式，就像一個控制全球氣候的“化學開關”。
甲烷是僅次于二氧化碳的第二大溫室氣體，大量的甲烷以水合物“可燃冰”的形式儲藏在海底。
以往科學家擔憂海底甲烷釋放后會大量進入大氣，直接加劇全球變暖。但近年研究發現，絕大部分海底釋放的甲烷都會快速溶解在海水中，然后被各種微生物“消化”掉，很少能直接進入大氣。但甲烷被“消化”的方式不同，對海洋和氣候的影響也截然不同。
現代海洋中，約90%的甲烷會被沉積物中的微生物在無氧條件下利用，這個過程就像“慢燃發電廠”——以硫酸鹽作為“燃料”，高效轉化甲烷能源，同時產生堿性物質，緩解海洋酸化。
但是，PETM時期北極海水硫酸鹽濃度不到現代的三分之一，“發電廠”無法正常工作，甲烷只能進入海水。而另一類喜歡氧氣的細菌開始“快速燃燒”甲烷，它們直接消耗氧氣，快速釋放二氧化碳，就像高溫燃燒釋放大量廢氣一樣。
微生物雖然沒有骨骼、牙齒等容易形成化石的成分，但它們合成的某些化合物（往往是脂類）卻有可能在沉積物中保存上億年之久。研究團隊通過檢測一種特殊的分子化石——化合物hop-17(21)-ene及其碳同位素組成，成功“復原”了5600萬年前的甲烷氧化過程。
這些分子化石就像古代細菌留下的“身份證”，顯示在PETM事件后期，進行“快速燃燒”的甲烷分解細菌活動顯著增強并達到高峰。通過讀取這些“身份證”，科研團隊可以準確知道當時哪類微生物在工作，是慢燃發電還是快速燃燒，“工作強度”有多大。
基于海洋浮游植物分子化石重建的二氧化碳濃度顯示，PETM恢復期北極海洋的二氧化碳濃度水平比全球平均值高200ppm—700ppm，這說明北極海洋從原本吸收二氧化碳的“海綿”變成了排放二氧化碳的“煙囪”。這從根本上改變了北極在全球碳循環中的角色，變成溫室氣體排放源。
研究進一步揭示，地質活動如地殼運動和巖石形成、大陸風化、火山噴發等，會直接影響海洋硫酸鹽含量，進而決定了甲烷分解的方式。
在數億年前的中生代（恐龍時代）至數千萬年前的新生代早期的遠古海洋中，硫酸鹽含量長期較低，這一特征可能對全球碳循環和氣候產生了重要影響。
而當下，隨著現代北極海洋快速變暖和淡化，類似的甲烷氧化機制可能被再次激活。研究團隊未來將繼續深入研究地球系統過程對生物地球化學循環的控制機制。
相關研究成果發表在《自然-地球科學》（Nature Geoscience）上。
論文鏈接
PETM時期北極海洋甲烷氧化路徑轉變概念圖
本文鏈接：科學家揭示北極海洋如何在5600萬年前加劇全球變暖http://www.sq15.cn/show-12-1866-0.html
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