地球在 2.5 億年前變成了溫室，我們終于知道為什么了

大約 2.52 億年前，地球上幾乎所有的生命都消失了。

被稱為二疊紀-三疊紀大滅絕 – 或大死– 這是地球過去 5.39 億年歷史上公認的五次大規模滅絕事件中最具災難性的一次。

高達 94% 的海洋物種和 70% 的陸生脊椎動物科被消滅了.熱帶森林——就像今天一樣，作為幫助調節地球溫度的重要碳匯——也經歷了大規模的下降。

科學家們早就同意這一事件是由溫室氣體的突然激增引發的，這導致地球強烈而迅速地變暖。但仍然存在一個謎的是，為什么會有這些極端炎熱的條件持續了數百萬年.

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我們的新論文今日發布于自然通訊提供了答案。熱帶森林的衰落使地球處于溫室狀態，這證實了科學家的懷疑，即當我們星球的氣候越過某些“臨界點”時，真正的災難性生態崩潰就會隨之而來。

大規模噴發

二疊紀-三疊紀大滅絕事件的觸發因素是大量熔巖噴發在現代西伯利亞，被命名為西伯利亞陷阱。這種熔融的巖石在沉積盆地中噴發，富含有機物。

熔融的巖石足夠熱，可以融化周圍的巖石和向地球大氣層釋放大量二氧化碳短至 50,000 年，但可能長達 500,000 年。

地球大氣中二氧化碳的這種快速增加以及由此產生的溫度升高被認為是Primary Kill 機制在當時的大部分時間里。

在陸地上，人們認為表面溫度溫度升高 6°C 至 10°C– 對于許多生命形式來說太快了，無法進化和適應。在其他類似的噴發中，氣候系統通常會在 100,000 到 100 萬年內恢復到以前的狀態。

但這些“超級溫室”條件導致赤道平均地表溫度高達 34°C （比當前溫度高約 8°C赤道平均溫度）持續了大約 500 萬年.在我們的研究中，我們試圖回答原因。

森林消亡

我們研究了各種陸地植物生物群落的化石記錄，例如干旱、熱帶、亞熱帶、溫帶和灌木叢。我們分析了生物群落從大滅絕事件之前到大約 800 萬年后的變化。

我們假設地球變暖太快，導致中低緯度植被滅絕，尤其是熱帶雨林。結果，火山噴發后有機碳循環的效率立即大大降低。

植物，因為它們無法簡單地起身和移動，所以受到不斷變化的條件的強烈影響。

在事件發生之前，赤道周圍存在許多泥炭沼澤和熱帶和亞熱帶森林并吸收了碳

然而，當我們從實地考察、記錄和事件周圍的數據庫中重建植物化石時，我們看到這些生物群落是從熱帶大陸完全消失.這導致了數百萬年的“煤炭缺口”在地質記錄中。

這些森林是取而代之的是微小的石松類動物，只有 2 到 20 厘米高。

較大的植物飛地仍然朝向兩極、沿海和溫度略低的山區。大約 500 萬年后，他們大部分重新定居了地球。然而，這些類型的植物在有機碳循環中固定碳的效率也較低。

這在某種程度上類似于考慮我們可能期望在澳大利亞內陸看到的 mallee-scrub 和 spinifex 植物群取代當今所有熱帶雨林的影響。

最后，森林又回來了

利用今天的證據，我們估計了植物吸收大氣中的二氧化碳并將其儲存為化石記錄中建議的每個不同生物群落的有機物（或其“凈初級生產力”）的速度。

然后，我們使用了一種最近開發的名為 SCION 的碳循環模型來數值檢驗我們的假設。當我們分析我們的模型結果時，我們發現由于凈初級生產力的降低，西伯利亞陷阱最初的溫度升高在事件發生后保留了 5 到 600 萬年。

只有當植物重新建立起來，有機碳循環重新開始，地球才慢慢開始擺脫超級溫室條件。

維持氣候平衡

在過去之間進行類比總是很困難的氣候變化在地質記錄和我們今天所經歷的事情中。這是因為過去變化的程度通常是用幾萬到幾十萬年來衡量的，而現在我們正在經歷幾十年到幾個世紀的變化。

然而，我們工作的一個關鍵含義是，地球上的生命雖然具有彈性，但如果不對生物景觀進行劇烈的重新布線，就無法在短時間內對巨大的變化做出反應。

在二疊紀-三疊紀大滅絕的情況下，植物無法在 1,000 到 10,000 年的時間尺度上做出響應。這導致了一場大規模的滅絕事件。

總體而言，我們的結果強調了熱帶和亞熱帶植物群落和環境對維持氣候平衡的重要性。反過來，它們展示了這些生物群落的消失如何導致進一步的氣候變暖，并成為毀滅性的氣候臨界點。

徐振是這項研究的主要作者，這是她博士工作的一部分。

安德魯·默迪斯，DECRA 研究員，地球科學學院，阿德萊德大學;本杰明 JW 米爾斯， 地球系統演化教授，利茲大學和徐震， 研究員， 地球與環境學院，利茲大學

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