厄运的轨道：地球的轨道模式与古代变暖事件之间的惊人联系

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一个国际科学家小组提出，导致更热条件的地球轨道变化可能在引发5600万年前发生的快速全球变暖事件中发挥了作用。这一事件被称为"古新世-始新世最高温度"（PETM），被认为是现代气候变化的一个类似过程。

宾夕法尼亚州立大学地球科学教授Lee Kump说："古新世-始新世最大热度是我们在地质记录中最接近于我们现在和未来可能经历的气候变化的部分。人们对更好地解决这段历史有很大的兴趣，我们的工作解决了关于什么触发了这个事件和碳排放率的重要问题。"

科学家团队利用天文年代学研究了马里兰州海岸附近的PETM保存完好的记录中的核心样本，天文年代学是一种基于长期发生的轨道模式（被称为米兰科维奇周期）对沉积层进行测年的方法。

时任宾夕法尼亚州立大学研究生的Victoria Fortiz（右）和美国地质调查局的研究地质学家Jean Self-Trail在马里兰州Howards Tract遗址的一个岩心样品上工作。资料来源：宾夕法尼亚州立大学

他们发现地球轨道的形状，即偏心率，以及地球自转中的摆动，即前移，在PETM开始时有利于更热的条件，这些轨道配置可能在触发该事件中发挥了作用。

地球和矿物科学学院的约翰-莱昂内院长Kump说："一个轨道因素的触发可能导致了碳的释放，在PETM期间造成了几度的全球变暖，而不是目前更流行的解释，即大规模火山活动释放了碳并触发了该事件。"

发表在《自然通讯》杂志上的研究结果还表明，PETM的发生持续了大约6000年。以前的估计从几年到几万年不等。科学家们说，这个时间对于理解碳释放到大气中的速度很重要。

北京大学地球与空间科学学院助理教授、宾夕法尼亚州立大学前地球科学助理研究教授李明松说："这项研究使我们能够完善我们的碳循环模型，以更好地了解地球在这些时间尺度上对碳注入的反应，并缩小驱动PETM的碳来源的可能性。"

持续6000年的时间，加上估计有1万千兆吨的碳作为温室气体二氧化碳或甲烷注入大气，表明每年有大约1.5千兆吨的碳被释放。

"这些速度比今天的碳排放速度慢了接近一个数量级，所以这引起了一些关注，"Kump说。"我们现在的碳排放率比我们对5600万年前在地球上留下不可磨灭的印记的这一地质事件期间的排放量的估计要高5到10倍。"

科学家们对在岩心中发现的钙含量和磁感应强度进行了时间序列分析，这些是轨道周期变化的代用指标。他们利用这些信息来估计PETM的节奏。

由于与太阳和太阳系中其他行星的引力相互作用，地球的轨道以可预测、可计算的方式变化。这些变化影响了到达地球的阳光数量及其地理分布，因此影响了气候。

"地质记录中之所以有这些轨道变化的表达，是因为它们影响气候，"Kump说。"而这影响了海洋和陆地生物的生产力，有多少降雨量，大陆上有多少侵蚀，因此有多少沉积物被带入海洋环境。"

来自古波托马克河和萨斯奎汉纳河的侵蚀，在PETM开始时可能与亚马逊河的排放相媲美，将沉积物带到海洋中，在那里沉积在大陆架上。这个被称为马尔伯勒粘土的地层现在在内陆，提供了PETM保存最好的例子之一。

Kump说："我们可以通过在沉积物层中取芯，提取创造这个故事的特定周期来发展历史，就像你可以从一首歌中提取每个音符一样。当然，有些记录是扭曲的，而且有差距--但是我们可以使用同样类型的统计方法，这些方法在应用程序中使用，可以确定你想唱的是什么歌曲。你可以唱一首歌，如果你忘记了一半的歌词，跳过了一个副歌，它仍然能够确定这首歌，我们可以使用同样的方法来重建这些记录。"