古新世—始新世極熱事件

古新世－始新世極熱事件（Paleocene–Eocene Thermal Maximum；簡稱PETM），又稱第一次始新世極熱事件（Eocene Thermal Maximum 1；簡稱ETM-1），是發生在古新世-始新世界線附近、約5600萬年前的一次顯著的全球變暖事件。在這一時期，地球在相對較短的時間內迅速升溫，同時全球碳循環發生了劇烈變化。PETM 被認為是新生代最極端、影響最廣泛的短期高溫事件之一。

## 主要特徵

PETM 期間，全球平均地表溫度上升了約 5–6℃，在不同地區和不同古氣候代用指標中，升溫幅度也可達到5–9℃。這次增溫發生在古近紀早期長期變暖的大背景下，並被視為進入「始新世早期氣候最適宜期」之前最劇烈的一次短期升溫脈衝。PETM起始階段升溫非常迅速，持續了約5千年至2萬年，部分高精度研究甚至認為，主要升溫過程可能在約6千年內完成。整個事件的持續時間目前仍存在不同看法，傳統估計認為約17萬±3萬年，而新的研究提出，如果把整個異常碳同位素信號都計算在內，PETM 的持續時間可能接近 27 萬年。

關於 PETM 的碳釋放總量，目前尚無一致結論，常見估計約為 2,000 至 13,000 多 Pg C（即十億噸碳）。這一事件最顯著、也最容易識別的地質信號，是全球海洋和陸地沉積物中普遍出現的負碳同位素偏移（carbon isotope excursion；簡稱CIE），其下降幅度通常約為 3‰–6‰。這意味著當時有大量富含輕碳同位素（¹²C）的碳在較短時間內進入了海洋—大氣系統，導致全球碳穩定同位素比值（δ13碳）明顯下降，具體表現為海洋及陸地中碳酸鹽和有機碳的13碳 / 12碳比值顯著降低。部分基於δ13碳、δ11硼、δ18氧的研究估計，在約5萬年內，大氣中可能新增了12,000PgC，相當於至少44,000Pg碳當量），平均釋放速率約0.24PgC/年。

PETM的發生與北大西洋大型火成岩區域的火山作用和隆起有關。大規模岩漿侵位、火山噴發，以及岩漿與富有機質沉積物的相互作用，可能釋放出大量二氧化碳和甲烷，從而擾動全球碳循環並推動快速變暖。

2024年一項研究顯示PETM伴隨著廣泛而顯著的海洋酸化，當時大氣二氧化碳濃度可能從約 890 ppm 升至 1980 ppm。同時，全球海洋表層pH值平均下降約0.46，表層海水的方解石飽和度也明顯降低。

岩石地層和化石記錄表明，PETM還引發了一系列明顯的環境與生態變化。海洋中，深海碳酸鹽沉積普遍減少，海底缺氧範圍擴大，底棲有孔蟲大規模滅絕，雙鞭毛蟲在全球擴張，浮游生物群落（如浮游有孔蟲/Planktic Foraminifera）和鈣質超微化石（Calcareous Nanofossils）隨之重組。陸地上，歐洲和北美的哺乳動物發生了快速遷移和更替，包括靈長目在內的一些類群在這一時期擴散或首次出現。

自20世紀末以來，PETM一直是古氣候研究（地球科學領域）的重要對象。由於它同時涉及快速升溫、大量碳釋放、海洋酸化、海洋脫氧和生態系統重組等過程，因此常被視為理解現代全球變暖的重要地質參照。

不過，PETM並不是現代氣候變化的簡單翻版。現有研究普遍認為，現代人為碳排放的速率至少比PETM快約一個數量級，因此今天的海洋和生態系統可能面臨更強、更迅速的壓力。

從累計排放量看，如果高排放長期持續，人類在未來數百年至一千年內的碳排放總量，可能會接近PETM的碳排放量。但兩者的地球背景並不相同。PETM發生時，地球處於更溫暖的「溫室世界」，沒有今天這樣的大型大陸冰蓋。同時，德雷克海峽尚未打開，而中美洲海道仍然開放，海陸分布和海洋環流條件都與現代明顯不同。

因此，PETM 更適合作為理解地球系統如何響應強烈溫室擾動的「參照案例」，而不是現代氣候變化的直接複製品。儘管近年來關於其持續時間、海洋酸化幅度和可能碳源的認識不斷進展，但它的具體觸發機制、不同碳源的相對貢獻，以及恢復過程中的關鍵反饋，至今仍存在較大爭議。

## 環境背景

與今天相比，古近紀早期的海洋與大陸的構造有一定的差異。巴拿馬地峽尚未連接南美洲與北美洲，這使得太平洋與大西洋之間可以進行直接的低緯度環流。而現在用來隔開南美洲與南極洲的德雷克海峽則在當時還未打開，這也許阻止了南極洲的熱隔離。北極地區也許受到更多限制。儘管對始新世過去大氣中二氧化碳含量的絕對指標並不一致，但是現有的所有指標都顯示當時的二氧化碳含量高於現在。因此，當時地球上並無任何明顯的冰蓋。

從古新世晚期到始新世早期，地球表面溫度上升了大約6℃，最終達到了「始新世早期氣候最適宜期」（EECO）。在這個長期的、逐漸變暖的過程中，至少有兩個（可能還有更多個）「超高溫現象」。這些事件可以定義為地質歷史上的短暫事件（持續時間短於20萬年），其特徵為急速的地球變暖、重大的環境突變和大量的碳排放增加。而在這些事件中，「古新世－始新世極熱事件」是最極端的，同時（至少在新生代內）也許還是第一次發生。另一個高溫事件明顯發生在距今大約5,370萬年前，現在也被稱為「第二次始新世極熱事件（ETM-2）」（也被稱為「H-1事件」）。此外，距今大約5,360萬年（H-2事件）、5,330（I-1事件）、5,320萬年（I-2事件）和5,280萬年（K事件、X事件或第三次始新世極熱事件）也都發生過明顯的高溫事件。始新世超高溫事件的數量、命名、絕對年齡和相關全球影響等都是現在研究的重要對象。它們是否發生在長期變暖期間，以及它們是否與地質記錄中更早時期明顯相似的事件（例如侏羅紀的「托阿爾階滅絕事件」）有因果關係，這都是懸而未決的問題。

深水酸化以及後來從北大西洋的擴散可以很好地解釋碳酸鹽溶解的空間變化。模型模擬顯示事件發生時酸性水在北大西洋深處的蓄積。

## 相關證據

### 全球暖化

在古新世－始新世極熱事件開始時，全球溫度在大約20,000年內增加了大約6C。此次變暖疊加在跨白堊紀－古近紀界線時期的氣候「長期」氣溫變暖上，有多個證據證明了這一點。有孔蟲外殼的δ18O含量發生了大於1‰的負偏移，無論是在海表水還是海底水皆如此。由於古近紀早期大陸冰層稀少，δ18O的變化很可能意味著海洋溫度升高。通過對化石組合的分析，有孔蟲的鎂鈣比值及某些有機化合物（例如：TEX86）的數據變化也支持了溫度上升這一現象。

在古新世－始新世極熱事件時期，全球氣溫上升的精確界限以及該界限是否會隨緯度變化而變化等問題，迄今為止依舊懸而未決。海洋表層水的氧同位素及碳酸鹽殼沉澱中的鎂鈣比都是測量並重建過去氣溫的關鍵數據；但是這兩個用於測量古氣溫的關鍵數值在低緯度地區會受到影響，因為在海底重新結晶的碳酸鹽會使其值低於形成時的值。另一方面，由於季節因素，這些和其他溫度測量替代物（例如：TEX86）在高緯度地區會有所變化。也就是說，當發生碳酸鹽和有機碳生成時，「溫度記錄器」偏向夏季，因此偏高。

## 影響後果

### 生命

PETM時期的全球生態系統快速重組，海洋和陸地生物群落都在這一時期發生了明顯變化。

在海洋中，快速升溫與海洋酸化對生物造成了強烈衝擊。PETM 期間海水pH值下降、碳酸鹽飽和度降低，使許多依賴碳酸鹽形成外殼或骨骼的生物面臨很大的生存壓力。深海底棲有孔蟲受到的影響尤為嚴重，據估計其滅絕比例達30%—50%，同時浮游生物群落和鈣質微體化石組合也出現了明顯更替。

在陸地植物方面，PETM 期間最明顯的變化之一，是許多地區原有森林被重新組合。中高緯地區常見蕨類植物短期大量擴張，形成所謂的「蕨類高峰」（fern spike），這通常被解釋為生態系統遭受強烈擾動後，先鋒植物迅速占據裸露地表的結果。與此同時，在北美等地，棕櫚類以及其他喜熱、耐旱的被子植物明顯增多，部分地區甚至出現了接近乾熱帶植被的花粉組合。相對地，一些原本在較濕潤、較溫和環境中占優勢的植物則明顯收縮。化石記錄顯示，PETM期間不少地區的中生性植物（即偏好溫暖濕潤但不耐極端乾熱的植物）以及部分針葉樹類群在當地或區域尺度上顯著減少，甚至一度從沉積記錄中消失。在美國大盆地一帶，溫帶植物花粉在PETM主體階段幾乎不見，而事件結束後，濕地植物和較溫和氣候型植物才逐漸回升。值得注意的是，陸地植物更多表現為分布收縮、局部滅絕和群落替換，而不是像海洋生物那樣發生大規模整體滅絕。從類群上看，PETM 並不是「新植物門類突然出現」的時期，而更像是一次原有植物類群的重新洗牌：蕨類、棕櫚類和一些熱帶—亞熱帶被子植物在這一時期擴張，針葉樹和部分溫帶森林植物則收縮；有些 PETM 期間遷入的熱帶植物在事件結束後仍短暫保留，而另一些晚古新世常見植物則沒有重新恢復到原先的優勢地位。

在陸地動物方面，PETM最突出的變化是哺乳動物群落快速更替和跨大陸擴散。在北半球的亞洲、歐洲和北美，許多「現代型」哺乳動物類群都在這一時期首次廣泛出現在化石記錄中，尤其包括真靈長類、奇蹄類和偶蹄類。例如，早期真靈長類中的Teilhardina和Cantius出現在PETM附近，奇蹄類中可舉出早期馬類祖先 Hyracotherium，偶蹄類中則有早期的Diacodexis。這些類群在地質記錄中幾乎是「突然出現」的，通常被認為與氣候快速變暖後北方陸橋可通行、跨洲遷移加快有關。與此同時，一些較早、較原始的晚古新世哺乳動物群在群落中的優勢地位下降，被這些新擴散和新分化的類群所替代，因此PETM常被視為哺乳動物演化史上的一次重要轉折點。北美化石記錄還顯示，這一時期哺乳動物的棲息地偏好變寬、群落組合明顯重組，說明快速變暖不僅改變了物種分布，也改變了動物如何利用環境。PETM還伴隨著明顯的體型縮小現象。研究表明，一些早期哺乳動物在增溫過程中變得更小，這被稱為「哺乳動物侏儒化」或「體型縮小」。在北美記錄中，早期馬類以及與偶蹄類關係密切的小型有蹄類等都顯示出這一趨勢。總體來看，PETM 對陸地動物的影響主要不是大規模滅絕，而是遷移、擴散、群落更替和體型變化。

## 相關條目

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## 外部連結

- The Paleocene-Eocene Thermal Maximum ——BBC廣播四台《In Our Time》
- Global Warming 56 Million Years Ago: What it Means for Us ——西門菲莎大學