古代气候分析揭示了未知的全球过程
根据被广泛引用的传统模型，大约 3400 万年前的降温和海平面大幅下降应该导致大面积的大陆侵蚀，并将大量沙质物质沉积到海底。毕竟，这是自恐龙灭绝以来地球上最剧烈的气候变化之一。然而，斯坦福大学对数百项过去几十年的研究进行了回顾，结果却截然相反，报告称，在所有七大洲的边缘，几乎没有发现可追溯到这一转变时期的沉积物。本周，《地球科学评论》刊登了这一全球性地质记录空白的发现。
“研究结果让我们不禁要问，‘这些沉积物都到哪里去了？’”这项研究的资深作者、斯坦福大学杜尔可持续发展学院的韦尔顿·约瑟夫和莫德·兰菲尔·克鲁克教授斯蒂芬·格雷厄姆说。“回答这个问题将有助于我们更好地从根本上了解沉积系统的运作方式以及气候变化如何影响深海沉积记录。”
这一地质空白为我们了解沉积物沉积和侵蚀过程以及剧烈气候变化带来的更广泛的环境信号提供了新的见解，可以帮助研究人员更好地掌握当今气候变化的全球巨大影响。
“这是我们首次从全球范围观察了地球上最大的沉积物质量运动系统在始新世-渐新世极端过渡时期的响应，而这种响应尚未得到充分研究，”这项研究的主要作者、博士生扎克·伯顿 (Zack Burton) 说道。他今年 20 岁，现为蒙大拿州立大学地球科学助理教授。
斯坦福大学地球与行星科学兼职教授蒂姆·麦克哈格也是这项研究的共同作者。
从温室到冰室
始新世-渐新世时期，地球经历了深刻的行星冷却。原本无冰的南极洲出现了巨大的冰盖，全球海平面骤降，陆地和海洋生物大量死亡。
在此之前，根据气候代理记录，在距今约 5600 万年至 3400 万年前的始新世早期，地球经历了自 6600 多万年前恐龙出现以来最温暖的温度和最高的海平面。
伯顿及其同事最初专注于探索早始新世条件对深海沉积系统的影响。最终的研究成果于 2023 年发表在《科学报告》上，发现地球大陆边缘的海洋盆地中存在丰富的富含沙子的沉积物。
研究小组将沉积物增加主要归因于气候和天气条件的加剧，加剧了陆地的侵蚀。伯顿和同事们的好奇心被激发，他们随后将研究范围扩大到晚始新世和早渐新世，当时地球突然从“温室”和“暖房”气候转变为相反的“冰室”气候。
为了进行这项新研究，研究人员仔细研究了记录海底几公里深处古代沉积物的科学和技术文献，调查了过去十年到一个多世纪前发表的研究。这些文献包括海上石油和天然气钻探研究、陆上岩石露头研究，甚至还有通过地震数据解释来推断始新世-渐新世沉积物特征。总共包括了全球一百多个地理位置，勾勒出每个大陆的轮廓。
格雷厄姆说，虽然这项研究的文献分析方法本身并不新颖，但这种方法的规模却得益于庞大的在线数据库，可能会带来很大的启发。“地质史上可能还有其他类似的事件需要更深入的研究，”格雷厄姆说，“而开始的方法就是做我们所做的——对某些可疑时期的全球地质文献进行彻底的调查。”
“重新评估、重新调查和重新分析某些已发表数十年的文献的实际过程具有挑战性，但可能非常富有成效，”伯顿说。“这种方法可以带来令人兴奋和意想不到的发现，就像我们在这里所做的那样。”
完全出乎意料
当伯顿和他的同事们仔细研究汇编的数据清单时，他们对明显没有出现沉积物这一现象感到越来越困惑。
“我们没有看到丰富的富含沙子的沉积物，就像我们在研究早始新世温暖气候时看到的一样，”伯顿说。“相反，我们看到的是，在始新世-渐新世极端的气候变冷和海洋变化期间，出现了显著的、广泛的侵蚀不整合——换句话说，岩石记录中的空隙。”
研究人员提出了几种理论来解释为何会出现沉积物稀少的情况。受水温与盐度影响的强劲海底洋流可能因气候变化而引发或加剧，从而可能侵蚀海底并卷走从大陆流出的沉积物。
与此同时，海平面下降导致大陆架暴露，其机制可能使沉积物完全绕过较近的沉积盆地，将沉积物送至更远的海底深海平原。更受区域限制的过程，如南极洲周围的冰川侵蚀，也可能发挥了作用。
无论其中的机制如何，它们共同造成了各大洲海洋盆地类似的侵蚀景象。这种普遍性表明了研究人员所称的全球控制——即从最高的陆地到最深的水域，到处都能感受到深刻的气候变化。
这样，始新世-渐新世边界的突发气候事件及其在大陆边缘新近观测到的重大影响可以帮助研究人员更好地了解当今正在发生的气候变化的全球巨大影响。斯坦福大学的研究人员表示，尽管过去几个世纪人类造成的气候变化总体上比始新世-渐新世过渡期要小得多，但它发生的速度却快得惊人。
“我们的研究结果可以帮助我们了解在快速气候变化的情况下地球表面可能发生的根本变化，”格雷厄姆说。“过去的地质情况可以告诉我们现在，尤其是未来。”
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