研究人员在实验室文化中生长的一种活有孔虫，一种海洋浮游生物。为了重建过去的气候，从深海沉积物中收集了化石标本。
研究发现，与现代最接近的模拟不再是非常接近的。
一项关于古代的新研究被认为是与现代人类碳排放时代最接近的自然类似物，发现大规模的火山活动在数千年中将大量的碳浪涌入了海洋，但这种自然并没有接近与之相匹配的东西。人类今天正在做。该研究估计，人类现在将这种元素的引入速度提高了三到八倍，甚至可能更高。无论是在水中还是在陆地上，对生命的后果都可能是灾难性的。研究结果发表在本周的《美国国家科学院院刊》上。
哥伦比亚大学Lamont-Doherty地球观测站的研究人员检查了5560万年前的海洋状况，这一时期被称为古新世-始新世热最大值（PETM）。在此之前，地球已经比今天温暖得多，并且PETM的CO2飙升使温度又升高了5到8摄氏度（9到14华氏度）。海洋吸收了大量的碳，刺激了化学反应，使水变得高度酸性，并杀死或损害了许多海洋生物。
研究合著者贝贝尔·霍尼施（BärbelHönisch）在海面附近的波多黎各（Puerto Rico）八英里处捕获有孔虫。将标本带回实验室，在受控条件下进行培养。
多年来，科学家们都知道PETM碳的激增，但是直到现在，人们才对造成这种现象的原因持怀疑态度。除火山作用外，假说还包括从海底泥浆中突然溶解冻结的甲烷（其中包含碳），甚至与彗星碰撞。研究人员还不确定空气中有多少二氧化碳，以及海洋中有多少二氧化碳。这项新研究巩固了火山学理论以及释放到空气中的碳量。
主要研究作者劳拉·海恩斯（Laura Haynes）说，这项研究与今天息息相关。她说：“我们想了解地球系统现在将如何应对快速的二氧化碳排放。”“ PETM并不是完美的模拟，但它是我们拥有的最接近的东西。今天，事情发展得更快了。”Haynes现在是Vassar学院的助理教授。
到目前为止，PETM的海洋研究都依赖于海洋中很少的化学数据，以及基于研究人员输入计算机模型的一定程度的猜测而得出的假设。
这项新研究的作者更直接地提出了这些问题。为此，他们在海水中培养了微小的带壳海洋生物，称为有孔虫，其配方类似于PETM的高酸性条件。他们记录了生物在生长过程中如何将硼元素吸收到壳中。然后，他们将这些数据与横跨PETM的太平洋和大西洋海底岩心中化石有孔虫中硼的分析结果进行了比较。这使他们能够确定与特定碳源相关的碳同位素特征。这表明火山是主要来源，可能是由于北大西洋开放，北美洲北部和格陵兰与北欧分离而围绕现在冰岛的大规模喷发造成的。
研究人员说，碳脉冲持续了至少4000至5,000年，其他人估计，它们向海洋增加了多达14.9万亿吨碳，比以前的碳含量增加了三分之二。碳将来自火山喷发直接排放的二氧化碳，周围沉积岩的燃烧以及一些从深处涌出的甲烷。随着海洋从空气中吸收碳，水变得高度酸性，并且保持这种状态长达数万年。有证据表明，这杀死了许多深海生物，也可能杀死了其他海洋生物。
如今，人类排放物使大气中的二氧化碳猛增，海洋再次吸收了其中的大部分。不同之处在于，我们推出火山的速度比火山快得多-在几十年而不是几千年的时间内。大气水平已从1700年代的约百万分之280上升到今天的约415，并且正处于持续快速增长的道路上。如果海洋不吸收那么多，大气水平将已经高得多。就像他们所做的那样，快速酸化开始给海洋生物带来压力。
“如果缓慢添加碳，生物就会适应。如果您做得很快，那将是一个很大的问题，”该研究的合著者，Lamont-Doherty的地球化学家BärbelHönisch说。她指出，即使在PETM的发展速度非常慢的情况下，海洋生物也面临重大死亡。她说：“过去看到了一些非常可怕的后果，但这对未来并不乐观。”“我们超越了过去，后果可能会非常严重。”
参考：劳拉·海恩斯（Laura L. Haynes）和贝尔·霍尼施（BärbelHönisch）撰写的“古新世-始新世热最大值的海水碳清单”，2020年9月14日，美国国家科学院学报。
10.1073 / pnas.2003197117
