（芝加哥時報訊）3 亿年前，地球也曾经历快速升温。从岩石里的远古 “温度计” 到海洋化石记录，科学家还原了一次冰室地球极热事件：初始升温看似缓慢，却可能触发冰川消融、碳释放和气候正反馈，最终带来急剧变暖和生态重塑。守住 2℃红线，仍是避免风险放大的关键。

地球的歷史上，全球變暖並不是新鮮事。在過去的數億年里，地球曾多次經歷劇烈升溫，它們常常伴隨著海洋缺氧和酸化，甚至是生物大滅絕等極端事件。我們很自然會想到：能否從地球歷史上的快速升溫事件中，推測當下全球變暖會如何發展，最終又將帶來什麼後果？

不過，大多數極熱事件發生時，南北極幾乎沒有永久冰蓋，整個地球處於一種“溫室”狀態——科研人員稱之為“溫室地球”。而我們今天生活的地球存在大規模的極地冰蓋，處於“冰室地球”的狀態。這意味著，那些發生在“溫室地球”的升溫事件，和今天的氣候邊界條件截然不同，很難直接拿來類比。

距今約 1.45 億年前，白堊紀時期的生態想象圖。這是地球顯生宙以來地表溫度最高的時期之一，兩極地區甚至曾經生長著溫帶森林和大型爬行動物丨nhm.ac.uk

那麼，有沒有一次升溫事件，恰好也發生在“冰室地球”時期？答案是：有。

大約在 3 億年前，地球正處於晚古生代大冰期（距今約 3.6 億至 2.6 億年）。這是自陸生高等植物繁盛以來，唯一一個大氣二氧化碳濃度與現代相近的冰室氣候時期。那時候的地球雖然和今天仍然存在很多差異，但在幾個關鍵氣候條件上都很接近現代：極地有冰、氣候偏冷，大氣中的二氧化碳濃度也比較相似。

這就讓人好奇了——如果這一時期的“冰室地球”突然開始快速升溫，會發生什麼？

中國科學院南京地質古生物研究所副研究員要樂、王秋來聯合中國科學院青藏高原研究所副研究員魏強等組成的國際團隊回答了這一問題。研究團隊近期發表的最新成果，首次系統還原了 3 億年前冰室氣候背景下一次極熱事件的完整過程。

如何知道 3 億年前的地球有多熱？

要還原 3 億年前的地球氣候，必須找到能精准記錄古溫度的證據。研究人員將目光投向了我國華南和俄羅斯烏拉爾地區。

華南地區保存了全球最完整的晚古生代海洋沈積序列，為還原當時的氣候變化提供了重要的地質記錄。研究團隊選取了貴州羅甸地區的納慶和納饒兩條連續完整的地層剖面，並採集岩石樣本；又遠赴俄羅斯烏拉爾山脈，採集了 Usolka 剖面的岩石樣本。

那麼，誰來充當“溫度計”呢？科研人員找到了一種微小的海洋動物化石——牙形刺。這種化石外形像細小的牙齒，只有毫米大小。它們屬於已滅絕的牙形動物，是取食器官中的硬質結構，同時也是古生物學家常用的化石材料。

關鍵在於，牙形刺骨骼中的氧同位素組成可以作為記錄海水溫度的重要指標。在其他條件相近時，溫度越高，氧同位素比值越低；溫度越低，氧同位素值越高。團隊利用離子探針（SIMS）微區原位技術，逐段分析化石中的氧同位素數據，相當於把刻在岩石里的“遠古溫度計”一幀幀讀取出來。

通過這條高分辨率的溫度曲線，科研人員清晰地鎖定了一個劇烈升溫事件：在約 3 億年前的卡西莫夫期與格捨爾期之交，牙形刺的氧同位素值顯著降低，意味著全球海水溫度出現了一次顯著上升，指示一次快速全球變暖。科研人員將它命名為 KGTM 極熱事件（Kasimovian-Gzhelian Thermal Maximum）。

不過，光知道“熱了”還不夠，還得弄清楚“怎麼熱的”和“熱了多久”。於是，團隊又引入了天文旋回分析和汞同位素追蹤這兩種分析方法。

地球軌道參數會週期性變化，就像地球在跳一支有節律的“華爾茲”，並在沈積地層中留下週期信號。通過分析納慶剖面地層中的旋回信號，科研人員精確測算出 KGTM 極熱事件各階段持續的時間。而火山噴發會釋放大量含汞物質，火山活動會在汞同位素上留下特殊的“指紋”。通過對比華南地區和烏拉爾山脈兩地剖面的汞同位素記錄，科研人員成功判斷了各階段火山活動的強弱。

最後，團隊還利用地球系統模式（CESM），把不同的二氧化碳濃度和極地冰量情景輸入模型，模擬出全球海水表層溫度的分布，再與真實的化石記錄相對照，從而定量還原了這次 KGTM 極熱事件的全貌。研究團隊測算，在這次 KGTM 極熱事件中，大氣二氧化碳濃度從約 300 ppm 上升到約 700 ppm；全球平均地表溫度總共上升了約 7.5℃。

變暖不是一蹴而就，而是“兩步走”

讓人意外的是，這次升溫並非一步到位，而是清晰地分為了兩個階段。

在初始升溫階段，低緯度海水表層溫度上升了約 2℃，持續了大約 6 萬年。團隊通過汞同位素記錄發現，這一時期火山活動明顯增強，正是區域性火山噴發釋放的二氧化碳，拉開了升溫的序幕。

然而，2℃ 的升溫並不是故事的高潮——真正的大升溫還沒有開始。

進入主升溫階段後，低緯海水表層溫度迅速飆升了約 3.5℃。雖然這一階段只持續了約 3.5 萬年，但升溫速率明顯高於前一階段。可令人費解的是，汞同位素記錄卻顯示，此前火山活動並沒有一直增強到這個階段。那是什麼推動了如此劇烈的升溫？

研究團隊據此推測，初始升溫階段的火山活動雖然已經停止，但它造成的變暖效應仍在持續。疊加天文軌道（偏心率高值）的放大作用，高緯度地區的冰川開始加速消融，封存在凍土中的巨量碳也被釋放到大氣中。更多的二氧化碳意味著更強的溫室效應，更強的溫室效應又導致更多冰蓋融化、更多凍土碳釋放。這樣一環扣一環，氣候系統走上了“自我加速”的道路。最終，這種正反饋作用推動氣候突破了某個臨界閾值，催生了主階段的急劇升溫。

這樣的變化對地球意味著什麼？

升溫事件對海洋生物進行了一次“大洗牌”。研究團隊發現，在主升溫階段，海洋中出現了大面積的缺氧和透光帶硫化環境。與此同時，牙形刺的個體明顯變小、多樣性降低，海洋生物礁系統也發生了顯著轉變：後生動物礁減少，而宏體鈣藻礁開始繁盛。這與當今全球變暖背景下珊瑚礁大規模白化的現象十分相似。

值得一提的是，這次升溫事件的速率（主階段約 0.10℃/千年）雖然遠低於當今全球變暖的速率（約 10~15℃/千年），但其升溫速率與二疊紀末和三疊紀末兩次生物大滅絕時期的極熱事件相近。這提醒我們：即使是“小幅”升溫，如果持續累積並觸發正反饋，也可能帶來深遠的環境後果。

更重要的是，KGTM 極熱事件起始時的大氣二氧化碳濃度（約 300ppm），與工業革命前的水平十分接近。這意味著，3 億年前的地球，已經替我們做了一次全球變暖實驗。而實驗的結局，是氣候系統的全面重塑。

3 億年前的故事，不是遙遠的傳說

回到文章開頭的問題：為什麼全球拼盡全力也要守住 2℃ 的紅線？

從 3 億年前的 KGTM 極熱事件中可以看出，氣候系統存在“放大器”效應——初始的“小幅”升溫，可以通過冰川融化、凍土碳釋放等正反饋機制不斷放大，最終導致氣候狀態突破臨界點，引發急劇升溫和連鎖環境災難。

今天的地球同樣處於冰室氣候背景，同樣面臨著極地冰川加速融化和凍土碳排放的風險。KGTM 極熱事件並不是現代氣候未來的直接預演，但它提示我們：如果我們不控制碳排放、限制全球升溫，氣候系統中的正反饋可能進一步放大變暖，而由此帶來的環境變化，最終也將由人類親身承受。