麻省理工学院研究预测第六次灭绝的阈值

根据麻省理工学院的新出版的研究，地球的海洋可能持有足够的碳，以在未来千年中发射物种的大规模灭绝。

在过去的5.4亿年里，地球已经持续了五项大规模灭绝事件，每次涉及通过大气和海洋抵销正常碳循环的流程。这些全球碳癌的碳遗嘱每年都展开了数千到数百万年，并且与世界各地的海洋物种的广泛消灭是一致的。

许多科学家的问题是碳循环是否正在经历一个重要的颠簸，可以将地球倾向于第六批次灭绝。在现代时代，自19世纪以来，二氧化碳排放量稳步上升，但是解读这一最近碳的穗可能导致大规模灭绝一直在具有挑战性。这主要是因为难以联系古代碳异常，发生在数千到数百万年，到今天的中断，这已经超过了一个多世纪。

现在，丹尼尔罗斯曼，地球部队，大气和行星科学系的地球理教授，麻省理工学院洛伦茨中心的联合主任，在过去5.4万年中，在碳循环中分析了碳循环的重大变化，包括五项大规模灭绝事件。他在碳循环中确定了“灾难阈值”，如果超过，则会导致不稳定的环境，最终灭绝。

在今天发表于科学的纸张上，他提出了如果两个门槛中的一个交叉发生了大规模灭绝：对于长时间尺寸发生的碳循环的变化，如果这些变化更快地比全球生态系统更快地进行速度，将遵循灭绝。对于缩短时间尺度的碳扰动，碳循环变化的速度无关紧要;相反，变化的大小或大小将决定灭绝事件的可能性。

Rothman预测，鉴于近期在相对较短的时间尺度上的二氧化碳排放量近期，六灭绝将取决于临时碳是否被添加到海洋中的临时碳。他计算的金额大约是310个千兆峡谷，他估计大致相当于人类活动将在2100年增加到世界海洋的碳。

这是否意味着大规模灭绝很快就会在世纪之交遵循？Rothman说，这需要一些时间 - 约有10,000年 - 对于这种生态灾难来说起来。然而，他说，到2100世界可能已经倾向于“未知的领土”。

“这并不是说灾难发生在第二天，”Rothman说。“这就是说，如果没有选中，碳循环将移入一个不再稳定的领域，并且会以难以预测的方式行事。在地质过去，这种行为与大规模灭绝相关联。“

历史遵循理论

Rothman先前已经完成了最终 - 二叠纪灭绝的工作，地球历史中最严重的灭绝，其中通过地球系统的大规模碳碳脉冲涉及全世界95％以上的海洋物种。从那以后，与同事的对话激励他考虑第六次灭绝的可能性，提高了重要问题：

“你怎么能真正比较在地质过去的这些伟大的事件，这发生了如此庞大的时间表，今天发生了什么，这是最长的几个世纪？”罗斯曼说。“所以我坐下了一个夏日，试图考虑如何系统地解决这个问题。”

他最终根据基本物理原则派生了简单的数学公式，这些原则将碳循环变化的临界率和大小与速度快速变化分开。他假设这种公式应该预测是否应发生大规模灭绝或其他一些全球灾难。

Rothman然后询问历史是否遵循他的假设。通过搜索数百篇发布的地球化学论文，他在过去542万年中确定了31个事件，其中地球碳周期发生了重大变化。对于每个事件，包括五个大规模灭绝，Rothman注意到在地球化学记录中表达的碳的变化，作为两个同位素，碳-12和碳-13的相对丰度的变化。他还注意到发生变化发生的持续时间。

然后，他设计了数学转变，将这些数量转化为在每次事件中加入海洋的总质量。最后，他绘制了每次活动的质量和时间表。

“很明显，系统基本上不喜欢过去的变化率是有特色的变化率，”Rothman说。

换句话说，他观察了一个常见的门槛，即大多数31个事件似乎留下来。虽然这些事件涉及碳的显着变化，但它们相对良性 - 不足以使系统朝向灾难的破坏。相比之下，五个大规模消灭事件中的四个铺设了阈值，最常见的最终 - 二叠纪灭绝是最远的线。

“那么它成了一个问题，弄清楚它的意思，”罗斯曼说。

隐藏的泄漏

在进一步分析时，Rothman发现灾难的临界率与地球天然碳循环内的隐藏过程有关。该循环基本上是光合作用和呼吸之间的环。通常，循环中存在“泄漏”，其中少量的有机碳汇在海底，随着时间的推移被埋入沉淀物并从碳循环的其余部分隔离。

Rothman发现，临界率相当于堵塞泄漏的二氧化碳的过量生产速率。环本身不能描述注入循环中的任何额外的二氧化碳。相反，一个或多个其他过程将碳循环取入不稳定的领域。

然后，他确定临界率仅适用于海洋碳循环在扰乱后重新建立其平衡的时间率。今天，这个时间尺度约为10,000年。对于更短的事件，临界阈值不再与碳添加到海洋的速率，而是纳入碳的总质量。这两种情景都会留下过量的碳，通过海洋和大气循环，可能导致全球变暖和海洋酸化。

世纪的极限

从临界率和均衡时间尺度，Rothman计算了现代日的临界碳，是大约310个千兆。

然后，他将他的预测与在2100年增加到地球海洋中增加的碳总量的预测，如政府间气候变化委员会的最新报告中所预期的。IPCC投影​​考虑有四种可能的二氧化碳排放途径，范围与严格策略相关的一种，以限制二氧化碳排放，与没有限制的高范围情景相关的另一种情况。

人类将在2100划分的最佳情况下将300个碳添加到海洋的最佳情况下，虽然在最差的情况下，将增加500多个千吨的千吨，但远远超过临界阈值。在所有场景中，Rothman都表明，到2100，碳循环将靠近或远远超出灾难的阈值。

“应该有抽出的方法[二氧化碳排放]，”Rothman说。“但是这项工作指出了我们需要小心的原因，它会给研究过去通知现在的更多原因。”

这项研究部分得到了NASA和国家科学基金会的支持。

出版物：Daniel H. Rothman，等。“地球系统灾难阈值，”2017年9月20日科学推进：卷。 3，不。 9，e1700906; DOI：10.1126 / SCIADV.1700906