在5600万年前的超级变暖事件（古新世-始新世极热事件，PETM）中，地球经历了极端的全球变暖和海洋酸化。由于该事件与当前气候变化存在诸多相似，一直备受科学界关注。然而，其背后的碳循环机制始终是未解之谜。9月25日，中国科学院广州地球化学研究所与国际合作团队在国际学术期刊《自然·地球科学》（NatureGeoscience）发表论文指出，海洋硫酸盐浓度的微妙变化，能够改变甲烷的消耗方式，就像一个控制全球气候的“化学开关”。

甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，而大量的甲烷以水合物“可燃冰”的形式储藏在海底。以往科学家担忧海底甲烷释放后会大量进入大气，直接加剧全球变暖。但近年研究发现，绝大部分海底释放的甲烷都会快速溶解在海水中，然后被各种微生物“消化”掉，很少能直接进入大气。但甲烷被“消化”的方式不同，对海洋和气候的影响也截然不同。

现代海洋中，约90%的甲烷会被沉积物中的微生物在无氧条件下利用，这个过程就像“慢燃发电厂”——以硫酸盐作为“燃料”，高效转化甲烷能源，同时产生碱性物质，缓解海洋酸化。但是，PETM时期北极海水硫酸盐浓度不到现代的三分之一。

PETM时期北极海洋甲烷氧化路径转变概念图（研究团队供图）

“当时因为硫酸盐严重不足，就像燃料短缺一样，发电厂无法正常工作，甲烷只能进入海水。”项目负责人张一歌研究员介绍，“这时候，另一类喜欢氧气的细菌开始‘快速燃烧’甲烷——它们直接消耗氧气，快速释放CO₂，就像高温燃烧释放大量废气一样。”

研究进一步揭示，地质活动，如地壳运动和岩石形成、大陆风化、火山喷发等，会直接影响海洋硫酸盐含量，进而决定了甲烷分解的方式。在数亿年前的中生代（恐龙时代）至数千万年前的新生代早期的远古海洋中，硫酸盐含量长期较低，这一特征可能对全球碳循环和气候产生了重要影响。

随着现代北极海洋快速变暖和淡化，类似的甲烷氧化机制可能被再次激活。该研究提醒我们：当北极海水变淡、化学环境改变时，可能重演5600万年前的故事——甲烷从高效利用转向快速燃烧，需要密切关注这一区域的变化。

该研究得到了中国科学院、中国科学院广州地球化学研究所启动资金，国家自然科学基金委(编号：42220104003、42488201)等项目资助。国际大洋发现计划(IODP)提供了样品及相关的数据。研究团队将继续深入研究地球系统过程对生物地球化学循环的控制机制。

文/广州日报新花城记者：武威通讯员：孔令竹

广州日报新花城