科学家揭示，2.52亿年前极端高温状态为何能持续数百万年

在距今约2.52亿年前，地球经历了一场被称为“二叠纪—三叠纪大灭绝”的全球性浩劫。科学家称之为五大灭绝事件中最惨烈的一次，大约94%的海洋生物、70%的陆地脊椎动物，以及大片森林在短时间内相继消失，整个星球几乎变成了一片生命废墟。

二叠纪—三叠纪大灭绝的几百万年高温示意图（图片来源：作者使用AI生成）

灾难发生的原因，如今已基本确定，位于今天西伯利亚地区的火山群突然喷发，释放出海量二氧化碳，把地球推入了一次急剧的气候变暖事件。但真正让科学家困惑的问题是：火山喷发只持续了几十万年，为什么高温却持续了整整五百万年？

从火山爆发到森林崩溃，一场长达五百万年的温室陷阱

大约2.52亿年前炽热的岩浆喷涌而出，不仅释放了数万亿吨二氧化碳，还灼烧了地下沉积岩中丰富的有机质，进一步将甲烷等温室气体释放到大气中。地球像突然被裹上了一层厚重的棉被，温度迅速飙升，海洋缺氧、气候剧烈波动、生态系统接连崩溃，直接引发了二叠纪-三叠纪大灭绝事件。

一般而言，火山活动停止后，地球的自愈机制应会慢慢恢复气候平衡。比如风化作用和植物的光合作用，能逐渐将大气中的二氧化碳重新固定回土壤或岩石中，温室气体减少，气温也会回落。然而，这一次事情并不如常。火山活动虽然结束了，但地球依然像发烧一样持续高温，超过五百万年。这就是自然界中极为罕见的温室锁定现象。

（图片来源：作者使用AI生成）

研究人员通过分析大量植物化石、地层记录和全球碳同位素数据，逐渐发现关键问题出在碳汇系统的瓦解上。所谓碳汇，就是能够吸收并固定二氧化碳的生态系统，而森林无疑是其中的主力军。在这场大灭绝中，热带和亚热带的低纬度森林被高温、干旱和酸雨彻底摧毁，大片雨林化为乌有，原本郁郁葱葱的森林变成了荒漠或者只剩几十厘米高的小型植物，如草本石松。科学家在地质记录中甚至观察到一个长达数百万年的煤层空白期，没有森林，也就没有形成煤炭的植物遗骸，这在整个地质历史上都是异常的。

热带雨林的消失并不仅仅意味着物种灭绝，它还带走了地球一整套调温系统。植物光合作用大幅减少，意味着大气中的二氧化碳无法被有效吸收。同时，植被覆盖减少也抑制了岩石风化的速度，而风化过程原本可以将二氧化碳转化为碳酸盐并长期储存。

为了验证这一机制，研究团队借助一个名为SCION的气候-生物地球化学耦合模型，将古代植被数据与碳循环系统结合，模拟不同情境下的气候演化。结果显示，在没有森林碳汇的情况下，大气中的二氧化碳浓度可以高达7000 ppm，而当前地球平均为400多ppm，赤道地区的地表平均温度超过34℃。这样的高温不仅让生态系统难以恢复，更会进一步阻止新植物的生长。这就像一个坏掉的空调，无法降温，也无法排风，整个生态系统被困在一场漫长的热浪中。

森林重建之后，地球才开始“慢慢退烧”

在二叠纪末的劫难之后，地球的生态系统并没有一蹶不振，而是经历了一个漫长而缓慢的修复过程。就像烧毁后的森林需要重新生长一样，地球也在等待植被的回归。

最先恢复的是一些生命力较强的小型植物，它们主要分布在高纬度地区或地势较高、气温稍凉的环境中。但相比之前覆盖赤道和亚热带地区的巨型雨林，这些新生的生态系统要矮小、稀疏得多。科学家在南半球和东亚的三叠纪地层中发现了大量石松类和蕨类植物的化石，它们大多不足一米高，组成了一个低矮的草本世界。

这些小型植被虽然不能立刻重建碳汇系统，但它们的存在让有机碳的固定逐步恢复，为更复杂的植物群落提供了基础。到了约2.47亿年前，即中三叠世的安尼期，研究人员在化石记录中首次看到热带森林的回潮迹象——枝叶更大、叶脉更密集的植物重新出现，植物高度和空间结构开始向森林靠近，说明它们的生理功能变得更强，也意味着碳固定能力更高。

配合这些植物化石的复原，科学家利用SCION模型进一步追踪了陆地净初级生产力的变化轨迹。数据显示，在灭绝前的晚二叠世，全球植被每年可固定碳约5.4—6.3千万吨；灭绝后则骤降至1.3–2.0千万吨，接近崩溃；但随着植物的恢复，这一数字在中三叠世重新上升到约5千万吨的水平。正是这股重新启动的碳循环，逐渐将大气中的二氧化碳吸收下来，使气温开始下降，地球终于从超级温室状态中退烧。

不过，这一切并非迅速发生。从灭绝到降温，前后经历了约五百万年。这个时间跨度之所以重要，在于它揭示了一个令人警醒的事实，地球生态系统有恢复力，但是非常缓慢，避免系统崩溃远比修复更容易。

总结

今天我们面对的气候变化，同样牵动着全球植被系统的稳定性。如果热带雨林再次大规模退化，碳汇的能力会下降，风化作用也会减弱，温室气体将更加难以清除。而一旦超过某个生态临界点，植物的消失不仅是结果，也会成为加速气候失控的原因，就像二叠纪末那样，进入一个难以逆转的热室循环。

参考文献：

[1] Xu, Zhen, et al. "Early Triassic super-greenhouse climate driven by vegetation collapse." Nature Communications 16.1 (2025): 5400.

作者丨Denovo科普团队（杨超 博士、中国科普作家协会会员、广东省青年科技创新研究会会员）

审核丨拉萨 北京市气象局高级工程师