当前，人类对过量二氧化碳排放的危害已经有了足够的认知，但减排并非易事。如果人类不能有效减少二氧化碳的排放，未来地球究竟会形成怎样的变化趋势?科学家们正通过地球历史的冰室气候研究来寻找答案。
5月9日，科普时报记者从中国科学院南京地质古生物研究所获悉，由该研究所与南京大学、美国加州大学戴维斯分校等合作的科研团队，通过研究地球历史的冰室气候发现，3亿年前晚古生代大冰期时期发生的一次巨量碳排放事件，对地球环境产生了巨大的影响。研究成果发表在科学期刊《美国科学院院报》上。
温室效应凸显，大气中二氧化碳含量达数百万年以来最高值
从远古时期起，地球的气候和环境一直在发生着变化。在告别了中生代恐龙时代进入新生代后，地球曾有一段气温显著上升的时期。但随着古冈瓦纳大陆分崩离析，南极大陆孤悬南极，被环南极洋流环抱，而与众大陆隔洋相望，得不到南下暖流的热量补给。同时，受地理所限南极成为太阳光照射最弱的地区，因而南极大陆最终形成了巨厚的冰盖。从此，地球进入了气候不断变冷的进程，并在距今258万年前，开始了地球史上新一轮大冰期，即所谓第四纪冰期。
中国科学院南京地质古生物研究所研究员、南京古生物博物馆名誉馆长冯伟民告诉记者，人类正是在此大背景之下，从非洲大草原走向世界。而随着人类演化进入社会化的发展阶段，作为一种新型的地质营力，人类正在对地球环境产生越来越大的影响，以至于成为加速地球演化的关键力量。“当今的地球恰处在大冰期中的间冰期阶段，人类的生产活动则进一步推动了温室效应的放大。”
数据显示，自1750年以来，人类活动已累计向大气中释放了约5.55×1011吨的二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量上升到至少8万年，甚至是数百万年以来的最高值，温室效应日益显现。此外，监测显示，美国、加拿大、俄罗斯、中国、日本等国与欧洲的上空，臭氧层也在变薄。
“温室效应的加剧，让地球的极端气候明显增多，导致各类自然灾害频发，生物多样性也呈下降趋势。”冯伟民强调，当前，人类可持续发展能否如愿进行下去，关键是如何预测地球未来将呈现怎样的变化趋势，而这样的趋势往往承继或重演着地球过去的历史。所以，以史为鉴应该成为认知地球演化的一个重要视角。
避免“重蹈覆辙”，人类需要以史为鉴低碳环保
近十年来，科学家对我国华南石炭纪地层开展了地层学、古生物学、沉积学、沉积地球化学和数值模拟等多学科的综合研究。此次科研团队还在贵州罗甸纳庆剖面发现了国际上罕见的连续出露的石炭纪海相地层，完整记录了石炭纪晚期海水的地球化学信息。
冯伟民介绍说，科研团队通过对采集精度达厘米级的剖面样本，进行了碳和铀同位素及主微量元素等测试分析，用全球碳循环模型对碳排放量及碳源进行了数值模拟研究，并利用耦合的碳—铀模型计算出当时全球海洋缺氧程度。“科研团队还利用更综合的地球系统模型进行数据模拟，最终建立了该事件中碳排放与海洋缺氧面积的关联机制。”
科研团队的研究结果表明，在约3.04亿年前石炭纪晚期冰室气候下曾发生一次巨量的碳排放，超过9万亿吨碳在30万年内排向大气，从而引起了当时全球气候的显著变暖，海水表面温度升高约4℃，全球海洋缺氧面积扩张至18%，进而造成海洋生物多样性在短期内显著下降。
此外，科研团队又通过比较地质历史中不同气候环境下的碳排放事件，及其引起的全球变暖和海洋缺氧状态发现，在同样的碳排放速率下，相较于温室气候，冰室气候下的海洋可能会出现更严重的缺氧状态，从而对海洋生物多样性下降产生关键性的影响。
“远古的史实，为今日人类如何应对未来可能发生的极端环境突变及生物多样性的变化发出了警讯，并且提供了一份值得认真借鉴的参考。”冯伟民提醒说，3亿年前的巨量碳排放事件应该让我们警醒，人类需要充分了解低碳环保对地球可持续发展的重要性，从而尽可能地避免“重蹈覆辙”。
关键词： 二氧化碳 中国科学院 南京地质古生物研究所 美国加州大学戴维斯分校
