为什么地球大气候背景需要研究温室气体排放和全球变暖?
研究碳排放的影响和全球变暖事件发生在古代冰期将有助于我们更深入地理解当前的相关和反馈机制在地球系统在冰室气候，从而更准确地预测未来发展趋势的全球气候环境变化和生物多样性。
近年来，全球气候问题已成为各国关注的焦点。那么，气候变化真的会带来毁灭性的后果吗？有很多关于这个问题的研究，但是预测结果也非常不同。
5月初，美国科学院《科学杂志》出版了中国科学院南京地质古生物学研究所（以下简称中国科学院南京地质古生物学研究所）与南京大学、加利福尼亚大学戴维斯分校的合作成果。他们认为，在大约3亿年前的古代冰期发生了一次短暂的巨大碳排放事件，导致海洋缺氧和海洋生物多样性显著降低。
碳排放多次出现在地球历史上，3亿年前的事件吸引了科学家的注意，因为地球环境与当前环境非常相似。这一结果也是世界上第一个研究全球变暖的结果。
北美的高温，欧洲的暴雨，亚洲的洪水...许多人可能还记得2021年世界各地的极端天气。
在大多数人关注的地方，环境变化也令人担忧：自1950年以来，格陵兰冰川加速融化，亚马逊雨林频繁干旱，澳大利亚附近的珊瑚礁大面积死亡，西伯利亚永久冻土开始融化，大西洋循环开始放缓。
中国科学院南京地质古生物学研究所研究员陈吉涛告诉记者：根据相关研究报告，目前我们居住的地球可能面临气候变化的临界点。。今天，地球正处于3400万年前的新一代冰室气候中。然而，在过去的一个世纪里，在冰室气候的背景下，全球气温迅速上升，两极冰川融化加剧，海平面上升，海洋缺氧程度加剧，导致全球生物多样性下降。
根据科学家的研究结果，全球变暖最初是地球上的一种自然现象，在地球46亿年的历史上，气温呈现周期性变化，大部分时间温度相对较高，当地球表面没有大陆冰川或冰盖覆盖时，我们称这些时期为温室期。
如果地球表面长期处于极低温状态，导致整个地球表面被冰雪覆盖，我们将称这些时期为冰室期或大冰期。例如，在前寒武纪的大冰期，地球被严重冻结。在此期间，地球的平均温度可能会下降到零下50摄氏度左右，这在历史上被称为雪球地球。
但并不是所有的的冰期都像雪球地球一样冷。大的冰期也分为冰期和中间的冰期，它们交替出现。地球目前正处于中间的冰期，温度相对较高。然而，地球上仍然有许多冰川和冰盖，主要集中在格陵兰和南北极地区，这也是冰期最显著的特征。
在3.6-2.8亿年间，地球也经历了一个巨大的冰期。这个大的冰期是地球上最长、最大的冰室气候，也是唯一一个记录地球从冰室气候到温室气候的地质时期，自陆地高等植物和陆地生态系统建立以来。当时，地球的大气二氧化碳和氧气浓度也相当于现代，所以这一时期可以与人类生活的冰室气候环境进行很好的比较。
陈吉涛认为，研究碳排放的影响和全球变暖事件发生在古老的冰期将有助于我们更深入地理解当前的相关和反馈机制在地球系统的冰室气候，从而更准确地预测未来的发展趋势的全球气候环境变化和生物多样性。
三亿年前前的石炭纪，地球大陆与现在不同。大片土地集中在低纬度地区，而中国的华南板块是海洋中的一个孤立的岛屿。因此，华南板块有大量的海相沉积地层，为当时海洋环境的研究提供了良好的样本。
石炭纪海相地层是贵州罗甸纳庆剖面发展起来的一种国际上鲜有的石炭纪海相地层，完整地记录了石炭纪晚期海水的地球化学信息。
研究人员在这里进行了近十年的地层学、古生物学、沉积学、沉积地球化学、数值模拟等多学科的综合研究，首次发现了石炭晚期冰室气候下的大量碳排放事件。
为了准确地恢复当时的环境变化，他们的取样精度达到厘米，样品通过测试和分析碳和铀同位素和主要微量元素获得数据，然后导入全球碳循环模型(LOSCAR)，进行碳排放和碳源的数值模拟研究，最后使用更全面的地球系统模型(CESM)进行数据模拟，最终建立了碳排放和海洋缺氧区域的相关机制。
研究结果显示，约9万亿吨碳在30万年内排放到大气中，在石炭纪末（约3.04亿年前）的冰室气候下，这导致了当时全球气候的显著变暖。在此期间，海水表面温度上升约4摄氏度，全球海洋缺氧面积增加18%，从4%扩大到22%生物多样性在短期内显著下降。
陈吉涛说：根据我们的研究，当时海洋中有大量的孔虫、珊瑚和腕足动物。这些是底栖动物。当海洋缺氧时，这些动作能力相对有限的动物首先受到影响。
研究人员推测，根据其他学者的研究，当时欧洲、澳大利亚和其他地区发生了大规模火山活动，石炭纪末的大量碳排放与广泛的火山爆发有关。
石炭纪律是一个集中的成煤期。大量植物以固体碳的形式埋在地下。岩浆喷发前可能会侵入这些煤层，导致碳排放在短期内迅速增加。
为什么地球大气候背景需要研究温室气体排放和全球变暖？陈吉涛说，所谓的差异是千里之外的。在冰室气候和温室气候下，全球变暖的后果可能会有很大不同，必须进行科学论证。
研究小组首次提出，在相同的碳排放速率下，冰室气候下的海洋可能比温室气候更严重，通过比较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。
他们推测这有三个主要原因:第一,在全球变暖的冰室气候,冰川融化导致地球表面反射率降低,从而促进进一步的温度上升,第二,全球变暖事件削弱了北半球的海洋经济转向和循环流动,增强了海洋温度的分层，降低了海洋表面海水的混合深度，降低了海洋内部的氧气含量。第三，全球变暖导致冰川融化，大片土地暴露于风化，导致磷和其他营养盐进入海洋，促进初级生产，消耗海水中的大量氧气。
与近200年人类活动引起的温室气体排放相比，9万亿吨碳在30万年内排向大气，听起来数量惊人。
以2018年为例，全球排放的二氧化碳为340亿吨，转化为约93亿吨固体碳，而石炭纪末的巨大碳排放量约为每年3000万吨，前者是后者的数百倍。
根据世界气象组织的观察，2019年全球大气中二氧化碳浓度突破410ppm(410万分之一百万)，创下80万年以来新高。2022年3月，这一数据再次上升到418.81ppm(418.81百万分之一)。
那么，当前的全球变暖会颠覆地球的周期性变化吗？根据科学家的说法，如果目前的碳排放率没有限制，地球历史上的周期性气候变化可能会被打破，地球可能会进入温室气候状态。
