一個國際科學家小組提出，導致更熱條件的地球軌道變化可能在引發5600萬年前發生的快速全球變暖事件中發揮了作用。這一事件被稱為”古新世-始新世最高溫度”（PETM），被認為是現代氣候變化的一個類似過程。

賓夕法尼亞州立大學地球科學教授Lee Kump說：”古新世-始新世最大熱度是我們在地質記錄中最接近於我們現在和未來可能經歷的氣候變化的部分。人們對更好地解決這段歷史有很大的興趣，我們的工作解決了關於什麼觸發了這個事件和碳排放率的重要問題。”

科學家團隊利用天文年代學研究了馬里蘭州海岸附近的PETM保存完好的記錄中的核心樣本，天文年代學是一種基於長期發生的軌道模式（被稱為米蘭科維奇週期）對沉積層進行測年的方法。

時任賓夕法尼亞州立大學研究生的Victoria Fortiz（右）和美國地質調查局的研究地質學家Jean Self-Trail在馬里蘭州Howards Tract遺址的一個岩心樣品上工作。資料來源：賓夕法尼亞州立大學

他們發現地球軌道的形狀，即偏心率，以及地球自轉中的擺動，即前移，在PETM開始時有利於更熱的條件，這些軌道配置可能在觸發該事件中發揮了作用。

地球和礦物科學學院的約翰-萊昂內院長Kump說：”一個軌道因素的觸發可能導致了碳的釋放，在PETM期間造成了幾度的全球變暖，而不是目前更流行的解釋，即大規模火山活動釋放了碳並觸發了該事件。”

發表在《自然通訊》雜誌上的研究結果還表明，PETM的發生持續了大約6000年。以前的估計從幾年到幾萬年不等。科學家們說，這個時間對於理解碳釋放到大氣中的速度很重要。

北京大學地球與空間科學學院助理教授、賓夕法尼亞州立大學前地球科學助理研究教授李明松說：”這項研究使我們能夠完善我們的碳循環模型，以更好地了解地球在這些時間尺度上對碳注入的反應，並縮小驅動PETM的碳來源的可能性。”

持續6000年的時間，加上估計有1萬千兆噸的碳作為溫室氣體二氧化碳或甲烷注入大氣，表明每年有大約1.5千兆噸的碳被釋放。

“這些速度比今天的碳排放速度慢了接近一個數量級，所以這引起了一些關注，”Kump說。”我們現在的碳排放率比我們對5600萬年前在地球上留下不可磨滅的印記的這一地質事件期間的排放量的估計要高5到10倍。”

科學家們對在岩心中發現的鈣含量和磁感應強度進行了時間序列分析，這些是軌道周期變化的代用指標。他們利用這些信息來估計PETM的節奏。

由於與太陽和太陽系中其他行星的引力相互作用，地球的軌道以可預測、可計算的方式變化。這些變化影響了到達地球的陽光數量及其地理分佈，因此影響了氣候。

“地質記錄中之所以有這些軌道變化的表達，是因為它們影響氣候，”Kump說。”而這影響了海洋和陸地生物的生產力，有多少降雨量，大陸上有多少侵蝕，因此有多少沉積物被帶入海洋環境。”

來自古波托馬克河和薩斯奎漢納河的侵蝕，在PETM開始時可能與亞馬遜河的排放相媲美，將沉積物帶到海洋中，在那裡沉積在大陸架上。這個被稱為馬爾伯勒粘土的地層現在在內陸，提供了PETM保存最好的例子之一。

Kump說：”我們可以通過在沉積物層中取芯，提取創造這個故事的特定週期來發展歷史，就像你可以從一首歌中提取每個音符一樣。當然，有些記錄是扭曲的，而且有差距–但是我們可以使用同樣類型的統計方法，這些方法在應用程序中使用，可以確定你想唱的是什麼歌曲。你可以唱一首歌，如果你忘記了一半的歌詞，跳過了一個副歌，它仍然能夠確定這首歌，我們可以使用同樣的方法來重建這些記錄。”