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根據一項新的研究，大氣二氧化碳是持續了40萬年的全球變暖事件（稱為始新世中期氣候適宜期 (MECO)）的主要驅動因素。這項發現有助於氣候學家更好地理解當今二氧化碳濃度與氣候變化之間的精確關係，並在11月5日出版的《科學》雜誌上進行了描述。
整個始新世（一個介於5500萬年前至3400萬年前的地質時代）的氣候趨勢實際上以長期和逐漸降溫為特徵。大部分活動發生在始新世中期，當時地球從較溫暖的氣候過渡到較涼爽的氣候。但MECO（大約在4000萬年前）中斷了這一趨勢，代表了該時代結束前的最後一次重大溫度升高，該時代的結束以南極冰川作用為標誌。為了研究二氧化碳在這次變暖事件中的作用，研究人員分析了從塔斯馬尼亞島東海岸外海底深處採集的沉積物。巖芯包含跨越相關時間間隔的化石記錄。
研究人員依靠兩種獨立的有機代用指標，也稱為古溫度計，來重建MECO期間海面溫度的變化。兩者都基於特定微生物分子殘骸結構特徵的變化（由於溫度變化而產生）。換句話說，該團隊分析了特定分子，其中某些變化已知能反映溫度變化。
荷蘭烏得勒支大學的古生態學家、研究合著者 Alexander Houben 說，長期以來，MECO 對氣候研究人員來說一直是個謎。儘管有很多證據表明在此期間發生了大規模的溫度升高，但到目前為止，所有證據都基於不同的代用指標：古代碳酸鹽樣品中特定氧同位素的出現。然而，氧同位素值不僅受溫度影響，還受海水成分和海洋冰流變化的影響。Houben 說，這項研究首次採用了兩種獨立的代用指標，“可以清楚地區分溫度變化和其他因素”。作者報告稱，古溫度計表明，至少在西南太平洋地區，MECO 期間海面溫度升高了 3 到 6 攝氏度。
為了弄清楚 MECO 期間大氣二氧化碳增加了多少，研究人員透過確定稱為烯酮的有機分子中穩定碳同位素的比率，重建了其濃度的變化。這些分子（由藻類產生）的組成變化可以作為大氣二氧化碳的指標。同位素比例也受藻類生長速率的影響，而藻類生長速率與水中可用的食物和營養物質成正比。因此，作者考慮了多種情景來解釋營養物質可用性的變化，最終得出結論，MECO 期間二氧化碳濃度增加了兩到三倍。
加州大學聖克魯茲分校地球和行星科學教授 James Zachos 專門研究該研究中使用的時間段和方法，他在給《大眾科學》的電子郵件中表示，除了可能高估了二氧化碳的平均分壓及其上升幅度外，“資料看起來是合理的”。他說，這項研究增加了價值，因為“在一個巖芯中應用多個代用指標記錄來重建氣候是獨特的，至少對於這個時間間隔而言是這樣。”
Houben 說，MECO 提供了一個有用的“歷史實驗室”，與氣候研究人員感興趣的其他歷史性變暖事件相比，可以在更長的時間尺度內研究氣候動力學。透過研究更長時期內的二氧化碳變化和溫度動態，研究人員可以更清楚地瞭解長期氣候反饋（例如海洋碳化學變化和/或植被大規模變化）所發揮的仍然部分未知的作用。
目前，氣候學家對短期反饋（如水蒸氣或海冰變化）的作用有了更好的理解。 順便說一下，MECO 時期沒有冰川，因此 Hoeben 的小組可以專門研究二氧化碳與溫度之間的關係，而無需考慮海冰量的變化也會升高溫度這一事實。 “我們已經表明，如果將這些長期因素考慮在內，那麼二氧化碳很可能成為溫度升高的主要因素，尤其是在沒有大型冰蓋的世界中，”Houben 說。
他說，這一結果將幫助氣候學家更好地掌握氣候敏感性的概念——全球溫度升高在多大程度上完全取決於二氧化碳的相應升高。作者得出結論，MECO 期間的氣候敏感性導致大氣二氧化碳每增加一倍，溫度升高 2 至 5 攝氏度。
這項研究確實留下了一個懸而未決的大問題：所有 MECO 二氧化碳從何而來？ Houben 說，這仍然是一個推測領域，儘管科學家們相當確定來源不是有機的。 無論二氧化碳是如何到達那裡的，這項研究的結論都很簡單：“過去，”Zachos 說，“每當大氣中二氧化碳水平升高時，氣候就會變暖。”