北极海洋如何在5600万年前加剧全球变暖

近日，中国科学院广州地球化学研究所与国际合作团队研究发现，在5600万年前的极热事件（古新世-始新世极热事件，PETM）中，海水硫酸盐浓度是控制甲烷氧化路径的关键“化学开关”，进而影响全球气候变暖和海水酸化，相关机制对认识地质历史时期的碳循环突变及现代北极快速变暖、淡化背景下的潜在温室气体排放风险具有重要预警意义。相关研究成果日前在国际学术期刊《自然·地球科学》上发表。

 

甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，而大量的甲烷以水合物“可燃冰”的形式储藏在海底。现代海洋中，约90%的甲烷会被沉积物中的微生物在无氧条件下利用，这个过程就像一个“慢燃发电厂”，以硫酸盐作为“燃料”，高效转化甲烷能源，同时产生碱性物质，缓解海洋酸化。然而，在PETM时期，北极海水硫酸盐浓度不到现代的三分之一。

 

项目负责人张一歌研究员解释：“因为硫酸盐严重不足，就像燃料短缺一样，发电厂无法正常工作，甲烷只能进入海水。这时，另一类喜欢氧气的细菌开始‘快速燃烧’甲烷，它们直接消耗氧气，释放二氧化碳，就像高温燃烧释放大量废气一样。”

 

研究团队成功“复原”了5600万年前的甲烷氧化过程，并发现在PETM事件后期，进行“快速燃烧”的甲烷分解细菌活动显著增强并达到高峰。“因为海水变淡、硫酸盐减少，甲烷只能通过‘快速燃烧’的方式分解，直接制造了大量二氧化碳。”论文合作作者沈佳恒研究员表示，“这从根本上改变了北极在全球碳循环中的角色，变成温室气体排放源。”

 

研究进一步揭示，地质活动，如地壳运动和岩石形成、大陆风化、火山喷发等，会直接影响海洋硫酸盐含量，进而决定了甲烷分解的方式。“这就像地球系统过程控制着海洋的‘燃料供应系统’，进而影响甲烷能源的利用方式和整个气候系统。”张一歌强调，该研究提醒人们：当北极海水变淡、化学环境改变时，可能重演5600万年前的故事——甲烷从高效利用转向快速燃烧，需要密切关注这一区域的变化。