来自远古冰室的“预警” | 科技前线

3亿多年前的地球曾是一个“冰雪世界”。当时的空气含氧量是今天的1.2倍至1.7倍，传统观点认为，在这段高氧冰期，海洋应该更“健康”。

近日，中国科学院南京地质古生物研究所领衔的国际团队研究揭示，“高氧+冰室”的组合，并不意味着3亿多年前的海洋一直生机盎然。

▲古生代海洋生物多样性、大气成分与海洋氧化状态

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高氧冰期

海洋暗藏“缺氧危机”

中国贵州罗甸盆地保存着3.1亿年前至2.9亿年前连续沉积的碳酸盐岩，这些“岩石日记”记录着远古海洋的呼吸。

通过分析岩石中的铀同位素（238U/235U），团队首次精确“测量”了当时海底的缺氧范围。

▲石炭–二叠纪之交古地理与华南罗甸盆地纳庆剖面柱状图

结果显示，尽管处于高氧冰期，铀同位素比值却多次骤降。这意味着海底缺氧区域反复扩张，最严重时可能覆盖了4%至12%的海底面积！

更为关键的是，每次缺氧扩张都伴随着“异常信号”：大气二氧化碳浓度快速飙升、碳同位素出现负漂移（类似给地球“验血”，发现碳来源突变）。

结合火山活动、植被演化等地质事件，团队利用CPU生物地球化学模型“复盘”了当时的碳循环：虽然大冰期有机碳埋藏增加会降低大气二氧化碳水平，提升氧气水平，但间歇性的巨量碳排放（可能来自火山喷发或有机物大规模分解）仍会打破平衡，导致气候变暖，进而使海洋表层水温升高、溶解氧减少；同时，海水中有机质的沉降消耗大量氧气，导致底层海水逐渐“缺氧”。

▲碳-磷-铀模型结果及其与相关地化指标的对比

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给现代的“气候警示录”

这项研究提醒人类：地球气候系统远比想象中复杂，即使在“高氧+冰室”的理想状态下，全球变暖仍可能触发海洋缺氧。

三亿年前的海洋生物曾经历过这样的危机，而今天的人类正站在另一个关键节点。

现代海洋正面临由全球变暖引发的缺氧风险，海水升温后溶解氧减少，加上污染物排放，部分海域甚至已出现“死亡区”。

人类不仅要关注二氧化碳浓度，更要警惕变暖本身给海洋生态带来的连锁反应。缺氧区的扩张可能让鱼类、贝类等生物失去家园，甚至引发区域性生物灭绝。

控制碳排放、保护海洋，或许是人类最好的选择。

论文链接：

https://doi.org/10.1073/pnas.2420505122

来源：中国科学院南京地质古生物研究所

责任编辑：王颖