古新世—始新世极热事件

古新世－始新世极热事件（Paleocene–Eocene Thermal Maximum；简称PETM），又称第一次始新世极热事件（Eocene Thermal Maximum 1；简称ETM-1），是发生在古新世-始新世界线附近、约5600万年前的一次显著的全球变暖事件。在这一时期，地球在相对较短的时间内迅速升温，同时全球碳循环发生了剧烈变化。PETM 被认为是新生代最极端、影响最广泛的短期高温事件之一。

## 主要特征

PETM 期间，全球平均地表温度上升了约 5–6℃，在不同地区和不同古气候代用指标中，升温幅度也可达到5–9℃。这次增温发生在古近纪早期长期变暖的大背景下，并被视为进入“始新世早期气候最适宜期”之前最剧烈的一次短期升温脉冲。PETM起始阶段升温非常迅速，持续了约5千年至2万年，部分高精度研究甚至认为，主要升温过程可能在约6千年内完成。整个事件的持续时间目前仍存在不同看法，传统估计认为约17万±3万年，而新的研究提出，如果把整个异常碳同位素信号都计算在内，PETM 的持续时间可能接近 27 万年。

关于 PETM 的碳释放总量，目前尚无一致结论，常见估计约为 2,000 至 13,000 多 Pg C（即十亿吨碳）。这一事件最显著、也最容易识别的地质信号，是全球海洋和陆地沉积物中普遍出现的负碳同位素偏移（carbon isotope excursion；简称CIE），其下降幅度通常约为 3‰–6‰。这意味着当时有大量富含轻碳同位素（¹²C）的碳在较短时间内进入了海洋—大气系统，导致全球碳稳定同位素比值（δ13碳）明显下降，具体表现为海洋及陆地中碳酸盐和有机碳的13碳 / 12碳比值显著降低。部分基于δ13碳、δ11硼、δ18氧的研究估计，在约5万年内，大气中可能新增了12,000PgC，相当于至少44,000Pg碳当量），平均释放速率约0.24PgC/年。

PETM的发生与北大西洋大型火成岩区域的火山作用和隆起有关。大规模岩浆侵位、火山喷发，以及岩浆与富有机质沉积物的相互作用，可能释放出大量二氧化碳和甲烷，从而扰动全球碳循环并推动快速变暖。

2024年一项研究显示PETM伴随着广泛而显著的海洋酸化，当时大气二氧化碳浓度可能从约 890 ppm 升至 1980 ppm。同时，全球海洋表层pH值平均下降约0.46，表层海水的方解石饱和度也明显降低。

岩石地层和化石记录表明，PETM还引发了一系列明显的环境与生态变化。海洋中，深海碳酸盐沉积普遍减少，海底缺氧范围扩大，底栖有孔虫大规模灭绝，双鞭毛虫在全球扩张，浮游生物群落（如浮游有孔虫/Planktic Foraminifera）和钙质超微化石（Calcareous Nanofossils）随之重组。陆地上，欧洲和北美的哺乳动物发生了快速迁移和更替，包括灵长目在内的一些类群在这一时期扩散或首次出现。

自20世纪末以来，PETM一直是古气候研究（地球科学领域）的重要对象。由于它同时涉及快速升温、大量碳释放、海洋酸化、海洋脱氧和生态系统重组等过程，因此常被视为理解现代全球变暖的重要地质参照。

不过，PETM并不是现代气候变化的简单翻版。现有研究普遍认为，现代人为碳排放的速率至少比PETM快约一个数量级，因此今天的海洋和生态系统可能面临更强、更迅速的压力。

从累计排放量看，如果高排放长期持续，人类在未来数百年至一千年内的碳排放总量，可能会接近PETM的碳排放量。但两者的地球背景并不相同。PETM发生时，地球处于更温暖的“温室世界”，没有今天这样的大型大陆冰盖。同时，德雷克海峡尚未打开，而中美洲海道仍然开放，海陆分布和海洋环流条件都与现代明显不同。

因此，PETM 更适合作为理解地球系统如何响应强烈温室扰动的“参照案例”，而不是现代气候变化的直接复制品。尽管近年来关于其持续时间、海洋酸化幅度和可能碳源的认识不断进展，但它的具体触发机制、不同碳源的相对贡献，以及恢复过程中的关键反馈，至今仍存在较大争议。

## 环境背景

与今天相比，古近纪早期的海洋与大陆的构造有一定的差异。巴拿马地峡尚未连接南美洲与北美洲，这使得太平洋与大西洋之间可以进行直接的低纬度环流。而现在用来隔开南美洲与南极洲的德雷克海峡则在当时还未打开，这也许阻止了南极洲的热隔离。北极地区也许受到更多限制。尽管对始新世过去大气中二氧化碳含量的绝对指标并不一致，但是现有的所有指标都显示当时的二氧化碳含量高于现在。因此，当时地球上并无任何明显的冰盖。

从古新世晚期到始新世早期，地球表面温度上升了大约6℃，最终达到了“始新世早期气候最适宜期”（EECO）。在这个长期的、逐渐变暖的过程中，至少有两个（可能还有更多个）“超高温现象”。这些事件可以定义为地质历史上的短暂事件（持续时间短于20万年），其特征为急速的地球变暖、重大的环境突变和大量的碳排放增加。而在这些事件中，“古新世－始新世极热事件”是最极端的，同时（至少在新生代内）也许还是第一次发生。另一个高温事件明显发生在距今大约5,370万年前，现在也被称为“第二次始新世极热事件（ETM-2）”（也被称为“H-1事件”）。此外，距今大约5,360万年（H-2事件）、5,330（I-1事件）、5,320万年（I-2事件）和5,280万年（K事件、X事件或第三次始新世极热事件）也都发生过明显的高温事件。始新世超高温事件的数量、命名、绝对年龄和相关全球影响等都是现在研究的重要对象。它们是否发生在长期变暖期间，以及它们是否与地质记录中更早时期明显相似的事件（例如侏罗纪的“托阿尔阶灭绝事件”）有因果关系，这都是悬而未决的问题。

深水酸化以及后来从北大西洋的扩散可以很好地解释碳酸盐溶解的空间变化。模型模拟显示事件发生时酸性水在北大西洋深处的蓄积。

## 相关证据

### 全球暖化

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在古新世－始新世极热事件开始时，全球温度在大约20,000年内增加了大约6C。此次变暖叠加在跨白垩纪－古近纪界线时期的气候“长期”气温变暖上，有多个证据证明了这一点。有孔虫外壳的δ18O含量发生了大于1‰的负偏移，无论是在海表水还是海底水皆如此。由于古近纪早期大陆冰层稀少，δ18O的变化很可能意味着海洋温度升高。通过对化石组合的分析，有孔虫的镁钙比值及某些有机化合物（例如：TEX86）的数据变化也支持了温度上升这一现象。

在古新世－始新世极热事件时期，全球气温上升的精确界限以及该界限是否会随纬度变化而变化等问题，迄今为止依旧悬而未决。海洋表层水的氧同位素及碳酸盐壳沉淀中的镁钙比都是测量并重建过去气温的关键数据；但是这两个用于测量古气温的关键数值在低纬度地区会受到影响，因为在海底重新结晶的碳酸盐会使其值低于形成时的值。另一方面，由于季节因素，这些和其他温度测量替代物（例如：TEX86）在高纬度地区会有所变化。也就是说，当发生碳酸盐和有机碳生成时，“温度记录器”偏向夏季，因此偏高。

## 影响后果

### 生命

PETM时期的全球生态系统快速重组，海洋和陆地生物群落都在这一时期发生了明显变化。

在海洋中，快速升温与海洋酸化对生物造成了强烈冲击。PETM 期间海水pH值下降、碳酸盐饱和度降低，使许多依赖碳酸盐形成外壳或骨骼的生物面临很大的生存压力。深海底栖有孔虫受到的影响尤为严重，据估计其灭绝比例达30%—50%，同时浮游生物群落和钙质微体化石组合也出现了明显更替。

在陆地植物方面，PETM 期间最明显的变化之一，是许多地区原有森林被重新组合。中高纬地区常见蕨类植物短期大量扩张，形成所谓的“蕨类高峰”（fern spike），这通常被解释为生态系统遭受强烈扰动后，先锋植物迅速占据裸露地表的结果。与此同时，在北美等地，棕榈类以及其他喜热、耐旱的被子植物明显增多，部分地区甚至出现了接近干热带植被的花粉组合。相对地，一些原本在较湿润、较温和环境中占优势的植物则明显收缩。化石记录显示，PETM期间不少地区的中生性植物（即偏好温暖湿润但不耐极端干热的植物）以及部分针叶树类群在当地或区域尺度上显著减少，甚至一度从沉积记录中消失。在美国大盆地一带，温带植物花粉在PETM主体阶段几乎不见，而事件结束后，湿地植物和较温和气候型植物才逐渐回升。值得注意的是，陆地植物更多表现为分布收缩、局部灭绝和群落替换，而不是像海洋生物那样发生大规模整体灭绝。从类群上看，PETM 并不是“新植物门类突然出现”的时期，而更像是一次原有植物类群的重新洗牌：蕨类、棕榈类和一些热带—亚热带被子植物在这一时期扩张，针叶树和部分温带森林植物则收缩；有些 PETM 期间迁入的热带植物在事件结束后仍短暂保留，而另一些晚古新世常见植物则没有重新恢复到原先的优势地位。

在陆地动物方面，PETM最突出的变化是哺乳动物群落快速更替和跨大陆扩散。在北半球的亚洲、欧洲和北美，许多“现代型”哺乳动物类群都在这一时期首次广泛出现在化石记录中，尤其包括真灵长类、奇蹄类和偶蹄类。例如，早期真灵长类中的Teilhardina和Cantius出现在PETM附近，奇蹄类中可举出早期马类祖先 Hyracotherium，偶蹄类中则有早期的Diacodexis。这些类群在地质记录中几乎是“突然出现”的，通常被认为与气候快速变暖后北方陆桥可通行、跨洲迁移加快有关。与此同时，一些较早、较原始的晚古新世哺乳动物群在群落中的优势地位下降，被这些新扩散和新分化的类群所替代，因此PETM常被视为哺乳动物演化史上的一次重要转折点。北美化石记录还显示，这一时期哺乳动物的栖息地偏好变宽、群落组合明显重组，说明快速变暖不仅改变了物种分布，也改变了动物如何利用环境。PETM还伴随着明显的体型缩小现象。研究表明，一些早期哺乳动物在增温过程中变得更小，这被称为“哺乳动物侏儒化”或“体型缩小”。在北美记录中，早期马类以及与偶蹄类关系密切的小型有蹄类等都显示出这一趋势。总体来看，PETM 对陆地动物的影响主要不是大规模灭绝，而是迁移、扩散、群落更替和体型变化。

## 相关条目

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## 外部链接

- The Paleocene-Eocene Thermal Maximum ——BBC广播四台《In Our Time》
- Global Warming 56 Million Years Ago: What it Means for Us ——西门菲莎大学