近日，中国科学院广州地球化学研究所携手国际合作团队，在古气候研究领域取得重大突破。他们针对5600万年前的极热事件——古新世 - 始新世极热事件（PETM）展开深入研究，发现海水硫酸盐浓度是控制甲烷氧化路径的关键“化学开关”，这一发现对理解地质历史时期的碳循环突变以及应对现代气候挑战具有深远意义，相关研究成果已发表于国际学术期刊《自然·地球科学》。
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甲烷“慢燃发电厂”：现代海洋的稳定机制
甲烷作为仅次于二氧化碳的第二大温室气体，其大量以水合物“可燃冰”形式储藏在海底。在现代海洋环境里，约90%的甲烷会在沉积物中的微生物无氧作用下被利用。这一过程犹如一个高效的“慢燃发电厂”，以硫酸盐作为“燃料”。微生物在无氧条件下分解甲烷，不仅实现了甲烷能源的高效转化，还会产生碱性物质，对缓解海洋酸化起到积极作用，维持着海洋生态系统的相对稳定。
PETM时期：硫酸盐短缺引发甲烷“快速燃烧”
然而，在PETM时期，北极地区的海水硫酸盐浓度却不到现代的三分之一。项目负责人张一歌研究员形象地比喻：“这就如同燃料严重短缺，‘慢燃发电厂’无法正常运转，甲烷只能另寻出路进入海水。”此时，另一类喜好氧气的细菌开始活跃，它们如同“快速燃烧”的引擎，直接消耗氧气来分解甲烷，并释放出大量二氧化碳。这一过程与现代海洋中甲烷的缓慢分解形成鲜明对比，就像高温燃烧会释放大量废气一样，对气候产生了显著影响。
研究团队通过不懈努力，成功“复原”了5600万年前的甲烷氧化过程。他们发现，在PETM事件后期，进行“快速燃烧”的甲烷分解细菌活动显著增强并达到高峰。论文合作作者沈佳恒研究员指出：“由于海水变淡、硫酸盐减少，甲烷只能通过这种‘快速燃烧’的方式分解，从而直接制造了大量二氧化碳。”这一变化从根本上改变了北极在全球碳循环中的角色，使其从原本相对稳定的碳储存区域转变为温室气体排放源。
地质活动“调控”：海洋“燃料供应系统”的背后推手
研究进一步深入揭示，地质活动对海洋硫酸盐含量有着直接影响，进而决定了甲烷的分解方式。地壳运动、岩石形成、大陆风化以及火山喷发等地质过程，就像一双无形的大手，控制着海洋的“燃料供应系统”。当这些地质活动发生变化时，海洋中的硫酸盐含量也会随之改变，从而影响甲烷能源的利用方式和整个气候系统。
张一歌研究员强调，该研究为人类敲响了警钟。在现代社会，随着全球气候变暖，北极海水变淡、化学环境改变的情况日益加剧。这意味着5600万年前甲烷从高效利用转向快速燃烧的故事可能再次上演。因此，我们需要密切关注北极区域的变化，提前做好应对准备，以降低潜在的温室气体排放风险。
此次研究成果不仅让我们对5600万年前的极热事件有了更深入的认识，也为应对现代气候变化提供了重要的科学依据。在未来的研究中，科学家们将继续探索地球系统的奥秘，为人类守护地球家园贡献更多的智慧和力量。
