远古时期的全球变暖可能预示着我们炎热的未来

曾经有一段时间，鳄鱼在北极附近杂草丛生的沼泽中穿行。大约 5500 万年前——就在霸王龙及其大多数同类灭绝的 1000 万年后——全球平均气温比今天高出 20°F 以上。亚热带森林蔓延到北纬地区，哺乳动物在郁郁葱葱的新栖息地中繁衍生息。

炎热的天气与恐龙灭绝事件无关。气候变化的驱动因素不是来自上方，而是来自下方——地球的海洋。古生物学家和地质学家怀疑，古新世或灭绝之后的时期发生的一定程度的自然变暖导致大量结晶甲烷沉积物转化为气体。海底将过量的甲烷排放到水和空气中，这对地球来说是个坏消息：甲烷是一种比二氧化碳更强大的温室气体。地球因此迅速变暖——在不到 20,000 年的时间里上升了约 10°F——并在开始漫长而缓慢的恢复之前保持了大约 70,000 年的稳定。

古生物学家将这一热点称为古新世-始新世极热事件 (PETM)。这一时期亚热带森林遍布各大洲，新的动物开始在地球上占据一席之地，这一切都要归功于动荡的大气和海洋。这部分化石记录是过去的遗迹，但也可能是我们未来的预兆。

饥饿的昆虫

PETM 时期是昆虫的黄金时代。温暖促使干燥的热带森林向北蔓延，使古老的怀俄明州看起来更像现代的德克萨斯州。由于许多昆虫是外温动物（它们的体温和生理需求与栖息地的气候有关），这一高峰为大量微小生物的迁入打开了大门。

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证据是来自该时期岩石中的化石叶子。来自 PETM 之前、期间和之后的 5,000 多块石化植物样本显示，昆虫破坏的数量和多样性都有所增加。在一项对怀俄明州大角盆地的研究中，来自 PETM 的化石叶子中有一半以上被虫子破坏——比之前或之后多 20%。虫子啃食植物的边缘，在植物上钻孔，并在植物表面留下小痕迹，因为它们正在啃食不断变化的森林。如果食物更好，可能会有更多的生物繁衍生息：在高浓度二氧化碳中生长的植物往往营养价值较低，而这种温室气体在 PETM 期间非常丰富。

虽然一些现代害虫在高温下会受苦——在波多黎各，习惯了稳定温度的昆虫正在危及食物链——但其他害虫，如一些蚊子和蜱虫，正在进入新的领地。一项 2019 年的研究估计，到 2080 年，全球接触蚊媒疾病的人数可能会增加近 10 亿。

海洋灭绝

从某种意义上说，海洋就像一条巨大的传送带。通常情况下，冷空气和咸水在南半球混合，形成致密、凉爽的“深水”，从而使物质保持流动。然而，更为炎热的 PETM 气候导致北极降雨增多，从而削弱了洋流，改变了物质流动方向。在不到 5,000 年的时间里，冷空气和咸水反而在北大西洋混合。流动的变化使海洋温度进一步升高。温度升高增加了当地生物的新陈代谢，从而增加了它们对食物的需求。但更热的海水所含的氧气也更少，因此不难看出 PETM 的条件如何使海洋生物陷入了困境：动物需要更多的食物才能生存，而缺氧使环境变得更加恶劣，营养物质匮乏。

气候效应持续了 10 万年，一些生物无法跟上变化的步伐。深海的所谓“装甲变形虫”（又名底栖有孔虫或有孔虫）因化石记录丰富而成为研究进化和灭绝的古生物学家的最爱，但它们却遭遇了大规模灭绝。超过 35% 的有孔虫物种灭绝，这是它们在过去 9000 万年中唯一一次重大危机。有孔虫长期以来一直是许多小型海洋生物的主食，因此古生物学家怀疑它们的消失造成了巨大影响。

快速进化

新物种不断进化，而其他物种则不断灭绝。古生物学家将新物种取代旧物种的速度称为更替。古新世海洋残余的化石表明，在古新世至上古气候极热期，这一过程以惊人的速度发生——至少从进化的角度来看是如此。

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在靠近海岸的浅水区，现存的蜗牛和蛤蜊种类灭绝了，但很快被类似的软体动物所取代，它们承担着同样的生态角色——筛选沙子和吃藻类。其他变化更为剧烈。鳞鲀和河豚遭受了大规模灭绝，这些游泳者花了近 2000 万年才进化出足够多的新物种来恢复它们失去的多样性。在赤道附近，与今天活着的珊瑚相似的珊瑚退化了，被称为较大有孔虫的盘状生物填补了它们作为珊瑚礁建造者的空缺，直到几百万年后海水终于冷却下来。

体型缩小的哺乳动物

6600 万年前，一颗小行星摧毁了地球上所有的非鸟类恐龙，在此之前，地球上最大的毛皮动物重约 11 磅，相当于一只美洲獾的大小。大约一百万年后，随着大规模灭绝清除出新的生态位，最大的动物体型超过了一只德国牧羊犬。野兽在世界温暖的森林中繁衍生息，分化为食草动物、食肉动物和杂食动物等新物种。然后，在古新世至上古热时期的高温下，一些动物开始萎缩。

生物学家在当今的哺乳动物中也看到了同样的现象。例如，在较冷的气候下，驼鹿通常比它们的南方同胞重 80 磅左右。体型较大的动物更善于保持体内热量：相对于整体质量，暴露在外界的体表面积较小，这意味着动物散热较慢。但在炎热时期，保持温暖就变得不那么重要，而能够排出多余的热量则更为重要——对于体型较小的动物来说，排出热量更容易，因为体表面积与身体质量的比值较大。例如，一种名为Sifrhippus sandrae的早期马在 PETM 期间缩小了近三分之一，一种名为Cantius abditus的早期灵长类动物在 PETM 中期到结束期间体型缩小了约 10%。

奇怪的新雨

极地沼泽森林并非在古新世至上古热时期气温跃升时自行出现。植物毕竟需要水分，而全球雨水循环的变化为亚热带林冠的扩散提供了重要助力。

地球上的天气模式（空气和水在海洋和天空中循环的方式）大部分都受到炎热赤道和寒冷两极温度差异的影响。在 PETM 之前，地球中部附近蒸发的水形成了_雨云，将水降落在热带和极地。但气候变暖对气流的改变导致更多的赤道水分传播到极地，然后再回落。这也是巨大的山核桃树和柏树在古代北极生长的原因之一，为狐猴类灵长类动物提供了攀爬的地方。

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但雨水总有来处；世界某些地区潮湿天气的激增意味着干旱地区的水分蒸发量更大。现代气候变化可能产生类似的影响。潮湿的冬季已经增加了欧洲西北部发生破坏性洪水的频率。与此同时，美国西南部正变得比现在更加干旱。研究表明，到本世纪末，该地区的土壤将比现在干燥 10% 到 20%，干旱风险至少增加 20%。

危险区域

到古新世极热事件开始时，海洋已经很热了。例如，古大西洋在升温脉冲之前赤道处的温度为 92°F，比现在高出近 10°F。古新世极热事件将温度提升至 98°F 以上，比现代赤道大西洋平均温度高出 16°F 以上。海洋很快就变得热应激。由于表面水温如此之高，深海失去了冷却源。冷水更善于保留氧气，因此深海的 O2 水平急剧下降。全球变暖导致二氧化碳的涌入也导致海洋酸度急剧上升。

很少有生命形式能在如此令人窒息的水域中生存。古生物学家在古新世至上古热时期的化石沉积物中发现，甲藻（一种会分泌毒素并能产生致命藻华的微小生物，被称为“赤潮”）在赤道近 100°F 的表层水中繁衍生息。这些藻华会扼杀海洋中的氧气，这就是它们如此致命的原因。我们现代的水域正在应对类似的情况：世界各地记录了数百个所谓的“死区”，包括墨西哥湾和波罗的海的多个地点，我们有可能将时光倒流到古新世至上古热时期。

这个故事最初刊登在 PopSci 2021 年夏季热刊上。阅读更多 PopSci+ 故事。