对太平洋沉积物的分析表明，大气中二氧化碳含量加倍可能会使地球温度上升高达14度，这超出了IPCC的预测，并且历史数据表明，未来气候将会受到严重影响。

根据荷兰皇家海洋研究所 (NIOZ) 和乌得勒支大学及布里斯托尔大学的研究人员对加利福尼亚附近太平洋海底沉积物的分析，大气中的二氧化碳浓度加倍，可能会使地球的平均气温上升 7 至 14 摄氏度（13 至 25.2 华氏度）。

这些结果最近发表在《自然通讯》杂志上。

第一作者凯特琳·威特科夫斯基说：“我们发现的温度上升幅度远大于联合国气候小组IPCC迄今为止估计的2.3至4.5摄氏度（4.1至8.1华氏度）。”

45岁的钻芯

研究人员使用了从太平洋底部提取出的、已有45年历史的岩芯。“我意识到，这个岩芯对研究人员来说非常有吸引力，因为那个地点的海底已经处于无氧状态数百万年了，”荷兰皇家海洋研究所 (NIOZ) 高级科学家兼乌得勒支大学有机地球化学教授雅普·辛宁赫·丹姆斯特 (Jaap Sinninghe Damsté) 说道。

“因此，有机物不会被微生物快速分解，从而保存了更多的碳”，达姆斯特说。他同时也是维特科夫斯基的导师，维氏的博士论文中包含了这项研究。

独特的时间序列

维特科夫斯基说：“过去 1500 万年来的二氧化碳含量从未在单个地点进行过检测。” 钻芯的上 1000 米对应着过去 1800 万年。

利用这一记录，研究人员能够采用一种新方法，提取出过去海水温度和古代大气二氧化碳水平的指标。

衍生温度

研究人员使用20年前在NIOZ开发的一种方法——TEX86方法，得出了温度。“该方法使用了古菌细胞膜中存在的特定物质，古菌是一种独特的微生物类别，”Damsté解释道。

“这些古菌会根据海洋上200米水层的温度优化其膜的化学组成。这些膜中的物质可以作为分子化石在海洋沉积物中找到，并且至今仍在进行分析。”

叶绿素和胆固醇中的二氧化碳

研究人员开发了一种新方法，通过利用藻类中常见的两种特定物质的化学成分——叶绿素和胆固醇，来推导出过去的大气中二氧化碳的含量。这是首次使用胆固醇进行二氧化碳的定量分析，也是首次在这个时间段内使用叶绿素进行此类分析。为了制造这些物质，藻类必须从水中吸收二氧化碳并通过光合作用将其固定下来。

达姆斯特：“地球上仅有极小部分的碳以‘重碳’的形式存在，即13C，而不是常见的12C。藻类对12C有明显的偏好。然而：水中的二氧化碳浓度越低，藻类就会更多地使用稀有的13C。因此，这两种物质的13C含量是衡量海水中二氧化碳含量的指标。根据溶解性定律，这又与大气中的二氧化碳含量相关。”

利用这种新方法，二氧化碳浓度似乎从 1500 万年前的每百万份约 650 份降至工业革命前的 280 份。

更牢固的关系

当研究人员将过去1500万年的衍生温度和大气二氧化碳水平绘制成图表时，他们发现两者之间存在很强的关系。1500万年前的平均气温超过18摄氏度（64.4华氏度）：比今天高4摄氏度（7.2华氏度），与联合国气候小组（IPCC）在最极端情况下预测的2100年的水平相当。

“因此，这项研究让我们一窥未来可能的情况，即如果我们不采取足够的措施来减少二氧化碳排放，同时也不实施多少技术创新来抵消排放，”达姆斯特说。“这项研究发出的明确警告是：二氧化碳浓度对温度的影响可能比我们现在所考虑的要大得多！”

参考：“自中新世中期以来，持续的甾烷和植烷δ¹³C记录揭示了pCO₂的大幅下降”，作者：凯特琳·R·威特科夫斯基、安娜·S·冯德·海德特、保罗·J·瓦尔迪斯、马塞尔·T·J·范德梅尔、斯特凡·舒滕和雅普·S·辛宁赫·达姆斯特，2024年6月18日，《自然通讯》。DOI：10.1038/s41467-024-47676-9