近日，中国科学院青藏高原研究所环境变化与多圈层过程团队魏强、新生代环境团队张健与国内外科研人员合作，首次系统揭示了一次与现代地球类似的冰室气候态下快速升温事件的完整过程、环境效应及其潜在触发机制。研究显示，在约3亿年前的晚古生代大冰期，地球曾经历一次显著的极热事件：大气CO2浓度由约300 ppm升至约700ppm，全球平均地表温度升高约7.5 ℃（图1）。相关成果于2026年8月11日在线发表于国际知名期刊《美国科学院院刊》（PNAS）。
图1 晚古生代卡西莫夫期-格舍尔期之交极热事件（Kasimovian-Gzhelian Thermal Maximum/KGTM）的升温过程与机制示意图
当今地球仍处于冰室气候背景，大气CO2浓度持续上升并推动全球变暖，伴随海洋酸化、缺氧加剧、珊瑚礁生态系统衰退和生物多样性下降。《巴黎协定》提出将全球平均气温升幅控制在较工业化前水平远低于2 ℃，并努力限制在1.5 ℃以内。持续升温将增加跨越气候临界点及生态系统发生重大变化的风险。
虽然地质历史上也发生过多次快速升温，但以往报道的极热事件大多出现在两极无冰的温室气候时期，与今天的冰室边界条件差异较大。晚古生代大冰期（距今约3.6至2.6亿年）则与现代一样具有高纬冰盖，且大气CO2浓度和全球平均温度处于相近量级，因此为认识冰冻圈参与下的快速变暖和地球系统响应提供了宝贵的地质参照。此前研究提示宾夕法尼亚纪卡西莫夫期与格舍尔期之交（Kasimovian-Gzhelian Boundary/KGB）可能存在一次气候变暖，但受数据时间分辨率和区域差异限制，其升温过程和驱动机制一直缺乏清晰约束。
研究团队对我国及俄罗斯三个剖面开展综合研究，通过古生物学与地层学、沉积地球化学、地球系统模拟等方法识别出KGB转折期的这次快速全球变暖事件，命名为卡西莫夫期与格舍尔期之交极热事件（Kasimovian-Gzhelian Thermal Maximum/KGTM），并揭示了KGTM并非一次均匀升温，而是包括初始缓慢升温和随后的快速主升温阶段。与地质历史上的其他极热事件相比，KGTM主阶段的升温速率接近二叠纪末和三叠纪末两次生物大灭绝时期，但升温幅度明显较小；其升温幅度和速率又与侏罗纪-白垩纪极热事件较为接近，并伴随较低的生物灭绝率。这表明生物多样性的响应可能同时受到升温幅度和升温速率的影响。
研究提出，火山活动可能首先触发气候变暖；随后在高偏心率背景下，高纬冰盖退缩和冻土碳释放等过程可能放大初始扰动，形成冰冻圈-碳循环正反馈，并推动气候系统跨越阈值，进入更快速的主升温阶段（图1）。
团队利用地球系统模式（Community Earth System Model/CESM），重建了快速升温事件中不同大气CO2浓度下全球气候状态（图2）。通过与牙形刺氧同位素记录对比（图3），约束了全球平均地表温度的升高幅度，并表明冰盖退缩及相关慢反馈可显著放大地球系统敏感性，使长时间尺度上的变暖幅度和风险超过常规认知，为评估当今变暖背景下冰川和冰盖变化、冻土碳释放与气候临界风险之间的联系提供了参照。
图2 基于CESM地球系统模拟和牙形刺SIMS氧同位素重建的海水表层温度对比，不同pCO2状态下全球海水表层温度分布图
相关成果以“A transient global warming event during Earth’s penultimate icehouse”为题，发表于《美国科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）。中国科学院青藏高原研究所魏强副研究员负责研究中的地球系统模拟工作，与南京地质古生物研究所要乐、王秋来副研究员共同担任通讯作者。合作者包括中国科学院地质与地球物理研究所李献华院士团队、中国地质大学（武汉）谢树成院士团队、天津大学郑旺教授、美国辛辛那提大学Thomas J. Algeo、内华达州立大学蒋干清教授、俄罗斯喀山联邦大学Guzel M. Sungatullina等。
论文信息：Le Yao*, Thomas J. Algeo, Qiulai Wang*, Wang Zheng, Qiang Wei*, Yu-ping Qi, Guzel M. Sungatullina, Genming Luo, Ganqing Jiang, Guoqiang Tang, Jian Zhang, Hui Wang, Yaqiu Zhao, Xing Huang, Qiu-Li Li, Xiang-dong Wang, Shucheng Xie, and Xian-Hua Li, 2026. A transient global warming event during Earth’s penultimate icehouse. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. https://doi.org/10.1073/pnas.2601643123.
图3 碳同位素、牙形刺SIMS氧同位素、古海水温度、以及牙形刺大小的变化曲线。橘色条带和粉色条带分别代表KGTM的初始阶段和主阶段升温
图4 汞同位素、汞含量、总有机碳、以及Hg/TOC的变化曲线
橘色条带和粉色条带分别代表KGTM的初始升温阶段的火山作用和主升温阶段的海水硫化
