研究发现在古新世-始新世极热时期热带上层海洋氧气含量上升 _古新世

在海洋沉积物中记录的古新世-始新世极热时期，氮同位素和微体化石的体型揭示了热带海洋含氧量的增加。放大镜显示有孔虫化石。鸣谢:国际海洋探索计划/西蒙·莫雷蒂
据马克斯·普朗克学会：氧气是维持地球生命的基础。海洋从与大气接触的最上层获取氧气。随着我们的星球持续变暖，海洋正在逐渐失去吸收氧气的能力，这对海洋生态系统和依赖海洋生态系统的人类活动造成了严重后果。虽然这些趋势可能会在未来继续下去，但仍不清楚海洋氧气将如何在海洋内部重新分布，在海洋内部，洋流和生物量的生物降解主导了大气扩散。
“海洋沉积物是海洋的历史书。通过研究过去温度快速上升的时间间隔，我们可以获得关于海洋氧气和生物如何应对气候变化的宝贵见解，”西蒙娜·莫雷蒂说，她是《科学》杂志上一项研究的主要作者。
马克斯·普朗克化学研究所与普林斯顿大学合作，通过对海洋沉积物中保存了数百万年的有孔虫显微化石进行化学和形态学测量，一组研究人员重建了古新世-始新世极热时期（PETM）热带海洋氧气的反应。
氮同位素和化石大小揭示了海水的含氧量
有孔虫化石中保存的氮同位素使科学家们能够追踪水中柱状反硝化作用的过去变化。硝酸盐被细菌转化为分子氮（N2）的过程只发生在海洋中氧气消耗最严重的水域:缺氧区。
MPIC实验室负责人阿尔弗雷多·马丁内斯-加西亚说:“我们的测量结果表明，与大多数预期相反，在PETM期间，脱氮作用下降了，这意味着在全球突然变暖的这段时间里，海洋缺氧区收缩了。”

地球科学家Simone Moretti（左）和Alfredo Martínez-García在马克斯·普朗克化学研究所氮实验室。学分:化学的MPI
此外，有孔虫化石的大小被证明是一个基本难题。描述海洋生物新陈代谢的模型允许将它们的身体大小与它们生活的环境温度和水中的含氧量联系起来。体型的缩小是对气候变暖的有效适应，因为它允许生物体在压力下降低新陈代谢。
普林斯顿大学地球科学教授柯蒂斯·多伊奇评论说:“令人惊讶和出乎意料的是，证据显示，在PETM变暖期间，来自热带太平洋中部的浮游有孔虫变得更大了，这意味着海洋上层的热带氧气增加了。”浮游有孔虫生活在海洋上层，与海底的有孔虫形成对比。
氧气的增加可能缓解了上层海洋的生物大灭绝
在PETM变暖期间，热带海洋中的氧气水平增加而不是减少的发现也为研究人员提供了另一个谜题的线索，即海洋生物多样性的变化。PETM是新生代深海生物中最大的灭绝事件，跨越了过去6600万年。与PETM有关的许多谜团之一是，尽管这次大灭绝事件发生在更深的深度，但生活在海洋最上层的生物受到的影响较小。
莫雷蒂说:“尽管温度压力很大，但我们的研究揭示的短暂热带充氧可能有助于保持可居住性。”“然而，在PETM期间，海洋表面的动物仍然受到了严重影响，这些生态系统花了十万多年才恢复到原始状态，这在人类文明的时间尺度上是永恒的。”