在海洋沉積物中記錄的古新世-始新世極熱時期 ， 氮同位素和微體化石的體型揭示了熱帶海洋含氧量的增加 。放大鏡顯示有孔蟲化石 。鳴謝:國際海洋探索計劃/西蒙·莫雷蒂
據馬克斯·普朗克學會：氧氣是維持地球生命的基礎 。海洋從與大氣接觸的最上層獲取氧氣 。隨著我們的星球持續變暖，海洋正在逐漸失去吸收氧氣的能力 ， 這對海洋生態系統和依賴海洋生態系統的人類活動造成了嚴重后果 。雖然這些趨勢可能會在未來繼續下去，但仍不清楚海洋氧氣將如何在海洋內部重新分布，在海洋內部 ， 洋流和生物量的生物降解主導了大氣擴散 。
“海洋沉積物是海洋的歷史書 。通過研究過去溫度快速上升的時間間隔，我們可以獲得關于海洋氧氣和生物如何應對氣候變化的寶貴見解，”西蒙娜·莫雷蒂說 ， 她是《科學》雜志上一項研究的主要作者 。
馬克斯·普朗克化學研究所與普林斯頓大學合作，通過對海洋沉積物中保存了數百萬年的有孔蟲顯微化石進行化學和形態學測量，一組研究人員重建了古新世-始新世極熱時期（PETM）熱帶海洋氧氣的反應 。
氮同位素和化石大小揭示了海水的含氧量
有孔蟲化石中保存的氮同位素使科學家們能夠追蹤水中柱狀反硝化作用的過去變化 。硝酸鹽被細菌轉化為分子氮（N2）的過程只發生在海洋中氧氣消耗最嚴重的水域:缺氧區 。
MPIC實驗室負責人阿爾弗雷多·馬丁內斯-加西亞說:“我們的測量結果表明 ， 與大多數預期相反，在PETM期間，脫氮作用下降了，這意味著在全球突然變暖的這段時間里 ， 海洋缺氧區收縮了 。”



地球科學家Simone Moretti（左）和Alfredo Martínez-García在馬克斯·普朗克化學研究所氮實驗室 。學分:化學的MPI
此外，有孔蟲化石的大小被證明是一個基本難題 。描述海洋生物新陳代謝的模型允許將它們的身體大小與它們生活的環境溫度和水中的含氧量聯系起來 。體型的縮小是對氣候變暖的有效適應，因為它允許生物體在壓力下降低新陳代謝 。
普林斯頓大學地球科學教授柯蒂斯·多伊奇評論說:“令人驚訝和出乎意料的是，證據顯示，在PETM變暖期間 ， 來自熱帶太平洋中部的浮游有孔蟲變得更大了，這意味著海洋上層的熱帶氧氣增加了 。”浮游有孔蟲生活在海洋上層，與海底的有孔蟲形成對比 。
氧氣的增加可能緩解了上層海洋的生物大滅絕
在PETM變暖期間，熱帶海洋中的氧氣水平增加而不是減少的發現也為研究人員提供了另一個謎題的線索，即海洋生物多樣性的變化 。PETM是新生代深海生物中最大的滅絕事件，跨越了過去6600萬年 。與PETM有關的許多謎團之一是，盡管這次大滅絕事件發生在更深的深度，但生活在海洋最上層的生物受到的影響較小 。
莫雷蒂說:“盡管溫度壓力很大，但我們的研究揭示的短暫熱帶充氧可能有助于保持可居住性 ?！薄叭欢?，在PETM期間，海洋表面的動物仍然受到了嚴重影響，這些生態系統花了十萬多年才恢復到原始狀態，這在人類文明的時間尺度上是永恒的 ?！?br/>

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