2018年10月1日，Nature Communications 在线发表了地球与空间科学学院常燎研究员与剑桥大学Harrison教授、澳大利亚国立大学Roberts教授课题组合作完成的论文“Coupled microbial bloom and oxygenation decline recorded by magnetofossils during the Palaeocene-Eocene Thermal Maximum”。该论文通过分析大洋钻探深海岩芯样品中保存的纳米级磁性矿物颗粒，追踪了海洋环境状态在过去全球变暖事件中的部分演化过程，研究结果为理解全球变暖背景下的海洋响应提供了重要启示。
始新世-古新世极热事件（PETM）是发生在5600万年前的一次全球气候变暖事件。据估算，当时有超过2000Gt二氧化碳气体排放到大气和海洋中，导致全球年平均气温上升了约5-8度。相对于现今由于人类活动引起的全球变暖，虽然PETM事件中碳的释放过程可能缓慢得多，但其碳释放量的规模与现今相当，PETM事件被认为是新生代以来最剧烈的一次全球变暖事件，长久以来，其触发及演变过程一直是地球科学关注的焦点问题之一。
海洋在PETM事件发生和发展阶段起到了关键作用。一方面，主流观念认为导致PETM事件发生的温室气体主要来源为埋藏于大陆架上的天然气水合物，温度上升后导致海洋环境发生了一系列巨大变化，比如海洋酸化、洋流变动甚至出现反转，以及海洋底栖有孔虫的大量灭绝等等。另一方面，由于海洋对大气二氧化碳的吸收和碳埋藏存在巨大能力，因此海洋对地球从全球变暖后的恢复过程也起到了至关重要的作用。长久以来，追踪PETM时期海洋环境演化，特别是氧含量和海洋生产力浮动的研究手段有限，研究结果也往往存在比较大的争议，需要运用生物、化学、物理等多学科手段研究验证。
近期，地空学院/海洋研究院常燎研究员与合作者研究了大洋钻探于南大西洋钻取的PETM时期海洋沉积序列，通过分析沉积物中保存的一类特殊的纳米尺寸磁性矿物化石颗粒（大多小于100纳米），这些磁性矿物颗粒最初由海底一类称为趋磁细菌的微生物合成矿化产生，这些磁性矿物会在适宜的海洋沉积环境下得以保存。研究团队克服了之前分析细微磁性矿物颗粒的困难，开发了一种结合微观纳米级观测（图1）、全岩样品磁性测量，以及微磁数值模拟的多尺度综合分析方法（图2），通过定量分析样品中微化石的一系列物理特征，解译了微化石矿物颗粒所携载的环境信息，重建了PETM时期该区域海底环境部分演变过程。研究结果显示变暖期引起的海底微生物的繁盛，海底氧含量从热期触发开始到顶峰期逐渐降低，此过程与全球气候模拟对远海区域在全球变暖背景下的氧降低的预期一致。
图1. 纳米磁性矿物微化石的物理特征在PETM事件开始、升温、峰值变化的统计规律
图2. 基于微观直接观测数据模拟PETM不同时期纳米磁性矿物颗粒集合体磁性特征的数值计算结果
该研究结果对理解全球变暖下海洋生产力变化、气候恢复过程以及底栖有孔虫的灭绝因素等提供了重要科学线索。另外，合作团队所开发的多尺度环境磁学分析方法为重建其它环境演变过程提供了一种新的分析手段。
常燎研究员为论文通讯作者，地空学院本科生曾繁、博士后Thomas Berndt参与了此项研究。该研究得到国家自然科学基金面上项目、优秀青年项目、国际大洋发现计划等经费的支持。
信息来源：北京大学新闻网
