大約5600萬年前，在古新世和始新世過渡時期，地球發起了“高燒”。在短短2萬年內——在地質時間尺度上幾乎微不足道——大量的二氧化碳湧入大氣層，平均氣溫上升了五到八攝氏度。地球發生了鉅變。鱷魚在北極海灘上享受日光浴，海灘邊排列著棕櫚樹，蒸汽騰騰的沼澤和叢林遍佈大部分中緯度地區。這種“高溫事件”在地球歷史上週期性地出現和消失，但這一次的強度尤其大，原因尚不清楚。幾十年來，研究人員一直在思考是什麼引發了古新世-始新世極熱事件（PETM），他們透過歷史的鏡頭，以便更好地理解我們星球當前的變暖。 火山爆發的激增可能發揮了作用，也許還受到了 彗星撞擊的輔助。但一項新的研究表明，PETM可能是由地球繞太陽軌道中細微的變化引發的。
確定數千萬年前地球的位置是一個出乎意料的棘手問題，因為太陽及其行星形成了一個混沌系統，其中微小的軌道變化隨著時間的推移會放大成巨大的影響。天文學家對行星運動的最佳模型無法追溯到大約5000萬年前。地質學家可以透過在古代海底沉積物中尋找地球古代氣候的線索，並利用這些資料推斷出地球相對於太陽的過去位置的資訊，從而提供幫助。在發表於 科學 雜誌上的一項新研究中，夏威夷大學馬諾阿分校的古海洋學家理查德·澤貝和荷蘭烏得勒支大學的地球科學家盧卡斯·勞倫斯結合了天文和地質資料，將我們對地球位置的詳細瞭解向前推進了800萬年，將PETM的開始與更大的軌道變化週期聯絡起來。
澤貝說：“鑑於PETM的軌道觸發因素以及隨後的高溫事件軌道調步的有力證據，沒有其他觸發因素是必要的。”
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40.5萬年的時鐘
地球的軌道是偏心的，這意味著它隨著時間的推移不斷變化。在木星、火星、金星和其他行星引力的推動下，我們世界的軸向傾斜和歲差總是在緩慢地變化。它的軌道在數千年的複雜週期中，在圓形和橢圓形路徑之間滑動。其中一個週期，持續時間為40.5萬年，幫助地質學家使用沉積物記錄校準行星動力學：就像時鐘一樣，當這個週期使地球更接近太陽時，氣候變暖，在岩石中留下了證據。
在他們的研究中，澤貝和勞倫斯檢查了地質記錄，以識別軌道偏心率週期，計算了過去行星的位置和速度的新的天文解決方案，並將其與來自大西洋海底的沉積物進行了核對。“我們得出了驚人的匹配，”澤貝說。“地質記錄和我們的計算結果似乎在5800萬年前之前非常吻合。” 最重要的是，澤貝和勞倫斯的計算表明，PETM也始於40.5萬年週期中的一個週期附近，這與過去的高溫事件相符，表明是行星動力學引發了它。
喬治梅森大學的古氣候學家琳達·希諾夫說：“我們已經等了一段時間，希望有人做類似的事情了。”她沒有參與這項研究。她說，弄清楚眾多提出的行星動力學天文解決方案中哪一個與地質資料相符，是揭示5000多萬年前地球位置的關鍵。她補充說，這項新研究可以為將這個視窗進一步推回過去提供一個錨點。
高溫事件的辯論升溫
哥倫比亞大學的古生物學家保羅·奧爾森沒有參與這項工作，他說將PETM與軌道動力學聯絡起來的結論是有充分根據的。他說：“長期以來，PETM看起來像是非常特別的東西，不屬於受天體力學支配的範疇，因為它看起來不屬於這些[40.5萬年]峰值之一。” 但奧爾森還沒有準備好就什麼引發了PETM下定論。他說，與同樣發生在40.5萬年週期中的其他高溫事件相比，PETM的嚴重程度引發了一個問題，即為什麼這次事件如此極端。“是什麼讓它與眾不同？” 他說，並指出彗星和火山假說仍然是相關的。英國南安普頓大學的分子古生物學家傑西卡·懷特塞德也沒有參與這項研究，她說古新世-始新世邊界地球上多種條件的匯合可能使條件成熟，從而使軌道動力學將PETM的變暖推向如此極端的程度。“我認為[是什麼原因導致]最初的二氧化碳脈衝仍然值得商榷，”她說。
無論是什麼原因導致了PETM之前的二氧化碳激增，該事件——以及隨之而來的全球氣溫上升——都是岩石記錄中與當前人為造成的全球變暖的最佳類比。澤貝說，這並不意味著軌道強迫在人為氣候變化中發揮作用。事實上，人類向大氣中釋放碳的速度遠遠快於PETM時期，這意味著其影響可能更為嚴重。“顯然，今天的軌道結構與5600萬年前大不相同，”他說。“就未來的氣候變化而言，我們幾乎不期望軌道強迫會減少或緩解[它]。”