2025年6月30日，我校姜仕军教授与美国Montclair State University副教授Ying Cui领衔，联合英国布里斯托大学、南京大学、中国地质大学（北京）、北京大学、美国宾夕法尼亚州立大学、加州大学圣克鲁兹分校和河滨分校、中国科学院地质与地球物理研究所等国内外团队，在《自然·通讯》（Nature Communications）正式发表题为“Millennial-timescale thermogenic CO₂ release preceding the Paleocene-Eocene Thermal Maximum”的最新研究成果。

该研究通过高精度地质记录与地球系统模型模拟，精准捕获到距今5600万年古新世-始新世极热事件（PETM）之前，存在百至千年尺度、速率极高的火山热成因CO₂快速释放事件（Pre-Onset Excursion, POE），揭示了触发全球极端气候事件的新机制，为理解深时极端气候事件触发机制和当前气候变化提供了重要参考。

图1.文章首页的标题及作者截图

PETM是中生代以来最剧烈的全球变暖事件，源于巨量轻碳在短时间内释放，导致大气CO₂浓度急剧升高、全球增温5–6 ℃、碳同位素负偏3–6 ‰、海洋酸化缺氧加剧，并引发全球海陆生物群落转变，是研究全球变暖与碳循环耦合机制的经典地质案例。值得注意的是，在这场气候灾变前，地质记录中捕捉到一个短暂而小幅的碳同位素负偏事件POE，被视是PETM的“前奏”或“预警”信号。

研究团队利用库孜贡苏剖面（地质历史上曾为东特提斯洋浅海环境）高分辨率沉积记录，综合运用碳同位素、汞（Hg）含量与Hg/TOC、有机质C/N比值、CaCO₃%、微量元素和生物标志物等多种生物地球化学指标，发现POE-PETM期间该区域经历了极端增温、浅海酸化、富营养化和初级生产力增强，伴随陆源输入增加与微生物群落重组，浅海环境呈现出低氧化趋势（图2）。

图2. 库孜贡苏剖面POE和PETM记录特征。TEX86和牡蛎团簇同位素温度显示在PETM恢复阶段塔里木海表层温度仍高达30℃。

为了揭示POE的碳源性质以及排放速率与总量，研究团队创新性采用“pH–δ¹³C耦合双重反演”方法，将观测到的表层海洋pH和δ¹³C变化量作为约束条件，依托中等复杂程度地球系统模型cGENIE，开展敏感性模拟实验（图3）。结果显示，POE的峰值碳排放速率可达 1 PgC/年（1 Pg = 10亿吨），与工业革命初期人类化石燃料燃烧的排放速率相当，使大气CO₂浓度在短短百-千年内急增45%（从约830 ppm升至1200 ppm以上）。结合汞含量等地质指标和δ¹³C指纹，锁定POE事件的碳来源于北大西洋火成岩省（NAIP）早期火山活动，岩浆快速侵入富含有机质沉积地层，引发接触变质与热解反应，瞬间释放大量热成因CO₂。这次“闪电式”碳释放扰动了全球碳循环平衡，可能触发地球系统的临界点，为随后规模更大、影响更剧烈的PETM全球极热事件埋下伏笔，扮演了关键的“导火索”角色。

图3. 不同POE持续时间情景下cGENIE模拟的pH-δ¹³C双重反演结果：(a-d)碳源的δ¹³C值；(e-h)碳释放速率；(i-l)累计碳释放量。灰色阴影表示1500年时间窗口。

研究强调，当前人类活动的碳排放速率（约10 PgC/年）远超POE峰值速率（其10倍以上），也是PETM平均排放速率的6至30倍。POE证明，即使是百-千年尺度、速率足够高的短暂碳释放，也足以引发全球变暖和环境变化，凸显了地球气候系统对快速碳输入的极端敏感性。当今极高的碳排放速率正在将气候系统推向未知领域，大幅增加触发不可逆临界点（如冻土融化、甲烷水合物失稳等正反馈）的风险。地质历史记录显示，PETM的恢复耗时近10万年，依赖生物泵和硅酸盐风化等极慢过程完成碳封存，意味着一旦跨越临界点，全球气候恢复将极其漫长，几乎等同于永久改变地球环境。

该研究不仅深化了对PETM触发机制的理解，更为评估当前人类碳排放速率风险、气候临界点触发可能性及其长期影响，提供了来自深时地质记录的定量参考。正如论文强调的，减排行动必须赶在碳积累达到引爆点前及时启动，这是避免最严重气候后果的关键。5600万年前，大自然已经上演过一次“快速碳排放实验”，人类社会唯有汲取深时经验，立即行动，才能避免重演PETM式的全球气候灾难。

文章已于 2025 年 6 月 30 日正式发表在 Nature Communications，相关详情请参阅原文：

Jiang, S.*, Cui*, Y., Wang, Y., De Palma, M., Naafs, B.D.A., Jiang, J., Hu, X., Wu, H., Chu, R., Gu, Y., Wang, J., Huang, Y., Ingalls, M., Bralower, T.J., Yang, S., Zachos, J.C., Ridgwell, A., 2025. Millennial-timescale thermogenic CO2 release preceding the Paleocene-Eocene Thermal Maximum. Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-025-60939-3

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-60939-3

撰稿 | 王亚苏 姜仕军