北極海洋如何在5600萬年前加劇全球變暖

本報廣州10月6日電（記者雷愛俠、吳春燕） 近日，中國科學院廣州地球化學研究所與國際合作團隊研究發現，在5600萬年前的極熱事件（古新世-始新世極熱事件，PETM）中，海水硫酸鹽濃度是控制甲烷氧化路徑的關鍵“化學開關”，進而影響全球氣候變暖和海水酸化，相關機制對認識地質歷史時期的碳循環突變及現代北極快速變暖、淡化背景下的潛在温室氣體排放風險具有重要預警意義。相關研究成果日前在國際學術期刊《自然·地球科學》上發表。

甲烷是僅次於二氧化碳的第二大温室氣體，而大量的甲烷以水合物“可燃冰”的形式儲藏在海底。現代海洋中，約90%的甲烷會被沉積物中的微生物在無氧條件下利用，這個過程就像一個“慢燃發電廠”，以硫酸鹽作為“燃料”，高效轉化甲烷能源，同時產生鹼性物質，緩解海洋酸化。然而，在PETM時期，北極海水硫酸鹽濃度不到現代的三分之一。

項目負責人張一歌研究員解釋：“因為硫酸鹽嚴重不足，就像燃料短缺一樣，發電廠無法正常工作，甲烷只能進入海水。這時，另一類喜歡氧氣的細菌開始‘快速燃燒’甲烷，它們直接消耗氧氣，釋放二氧化碳，就像高温燃燒釋放大量廢氣一樣。”

研究團隊成功“復原”了5600萬年前的甲烷氧化過程，並發現在PETM事件後期，進行“快速燃燒”的甲烷分解細菌活動顯著增強並達到高峯。“因為海水變淡、硫酸鹽減少，甲烷只能通過‘快速燃燒’的方式分解，直接製造了大量二氧化碳。”論文合作作者沈佳恆研究員表示，“這從根本上改變了北極在全球碳循環中的角色，變成温室氣體排放源。”

研究進一步揭示，地質活動，如地殼運動和岩石形成、大陸風化、火山噴發等，會直接影響海洋硫酸鹽含量，進而決定了甲烷分解的方式。“這就像地球系統過程控制着海洋的‘燃料供應系統’，進而影響甲烷能源的利用方式和整個氣候系統。”張一歌強調，該研究提醒人們：當北極海水變淡、化學環境改變時，可能重演5600萬年前的故事——甲烷從高效利用轉向快速燃燒，需要密切關注這一區域的變化。