大約56 Ma年之前，地球經歷了一次快速升溫。全球溫度在大約5萬年之內上升了至少4-5攝氏度。這個快速升溫事件被稱爲Paleocene-Eocene Thermal Maximum(PETM，古新世-始新世極熱事件)。伴隨着這次升溫事件，大量的輕碳從岩石圈內釋放到了大氣-海洋圈內，使地球表層碳庫發生了2-7‰的碳同位素負向漂移（CIE）。PETM和CIE在時間上的一致性暗示這次升溫可能是由大量碳釋放所觸發的。這個PETM-CIE事件和人們目前所面臨的碳釋放—溫度上升具有一定的相似性。因而，研究PETM事件能夠幫助人們更好地瞭解未來的氣候、環境和生物變化。

　　在PETM期間，地球上的大氣圈、水圈和生物圈都發生了重大的變化。比如：大氣二氧化碳的濃度發生了快速的上升；陸地風化作用和季節性的降水大大增強；大洋深部環流發生了反轉；大洋海水發生了強烈的酸化和分層；在PETM之前，裸子植物和被子植物共存於陸地上。而在PETM期間，陸地上的植物則主要由被子植物所統治；哺乳動物體型逐漸變小並且開始從亞洲向北美遷移；在熱帶的表層海洋中，珊瑚逐漸向中緯度地區撤退；浮游有孔蟲發生了快速的演化；鈣質超微浮游生物經歷了滅絕和再生；在深海中，底棲小有孔蟲發生了新生代以來最大的一次絕滅，造成了大約30%-50%物種的消失。

　　在特提斯海域內，淺水底棲大有孔蟲對PETM有何響應？有些學者認爲在PETM期間發生了一個larger foraminiferal turnover（LFT）事件，並推測這個LFT的形成可能與PETM有關。然而，另外一些學者則認爲LFT事件要早於PETM，因而和PETM沒有因果關係。LFT事件是由瑞士巴塞爾大學教授Hottinger提出的，他定義LFT爲有孔蟲開始具有雙型現象併發育有較大的殼體。同時，他解釋LFT爲大有孔蟲在貧營養環境中長期進化的結果，代表了一次進化上的成功。由於大有孔蟲普遍含有共生藻，它們通常生活在貧營養的溫暖淺海環境中，海水的富營養化會對大有孔蟲造成致命的影響。在PETM期間，增強了的陸地風化剝蝕作用會造成大量陸源碎屑輸入到淺海中，導致（至少部分）陸表海海水發生富營養化。爲什麼代表了大有孔蟲進化成功的LFT會發生在沉積環境不穩定的PETM期間？這個觀點很令人困惑，因而需要對其進行仔細的探討研究。

　　與PETM期間大有孔蟲演化相關的另外一個科學問題是：在古近紀的大有孔蟲生物區中（SBZ），古新世-始新世（P/E）界限位於哪裏？基於埃及、西班牙和斯洛文尼亞的一些地質剖面，一些學者認爲P/E界限位於SBZ4/5的交界處。然而，另外一些學者則認爲P/E界限位於SBZ5的內部或者SBZ5-7之間。根據國際地質大會的定義，PETM期間碳漂移的開始（CIE onset）代表了P/E界限，而CIE onset持續了大約1000-5000年。因而，解決這個科學問題需要以下三個前提條件：（1）被研究的沉積剖面必須完全形成於淺海環境中；（2）剖面中需要包含有原地沉積的大有孔蟲標準化石；（3）在最晚古新世至最早始新世期間，沉積剖面需要在千年時間尺度上完整，並保存了持續時間小於5000年的CIE onset。遺憾的是，以前研究的所有剖面均不能滿足以上三個前提條件。

　　爲了解決以上兩個科學問題，中國科學院青藏高原研究所研究人員研究了藏南定日和崗巴地區的兩個碳酸鹽巖剖面。他們2017年發現定日的13ZS剖面中保存有階梯狀碳同位素漂移的特徵，這個階梯狀的CIE可以和來自PETM經典剖面ODP 690上的階梯狀CIE進行對比。在階梯狀CIE的記錄中，我們能夠確認持續時間小於5000年的碳同位素負向漂移開始（CIE onset）和持續時間爲50,000年的碳同位素漂移主體（main CIE）也被完整地保存了下來。基於岩石薄片，研究人員在13ZS剖面上進行了詳細的大有孔蟲生物地層工作。結合CIE的記錄和大有孔蟲的生物地層，研究人員確認了P/E界限位於SBZ5的內部（圖1）。

　　此外，研究人員還發現在PETM期間的CIE onset階段，大有孔蟲沒有發生明顯的組分上的變化。然而在碳同位素回返階段（CIE recovery），大有孔蟲的組成發生了明顯的變化。一些代表性的晚古新世大有孔蟲發生了絕滅（Miscellanea, Ranikothalia, Setia, Orbitosiphon等），取而代之的是Alveolina、Orbitolites和一些小的miliolids和rotaliids（圖1和圖2）。與定日的13ZS剖面相比，崗巴地區的剖面相對不完整。儘管如此，研究人員在崗巴的剖面上也同樣發現了P/E界限位於SBZ5的內部以及在CIE recovery階段發生了這個有孔蟲突變事件。這個大有孔蟲事件代表了一次災變事件。這和代表了大有孔蟲進化成功的LFT有着本質的不同。研究人員定義這個事件爲larger foraminiferal extinction and origination（LFEO）。這個LFEO事件不僅僅發生在西藏，可能也發生在印度、巴基斯坦和中東等地區，代表了英國古生物學家Davies在80年前提出的、存在於古新世期間、在始新世早期消失了的“Ranikot Sea”。這個LFEO事件有可能是由PETM晚期增強了的陸地風化剝蝕導致的海水富營養化有關，同時也不能排除PETM期間極端高溫對其可能的影響。

　　該研究成果由青藏高原所大陸碰撞與高原隆升重點實驗室副研究員張清海、研究員丁林和德國不來梅大學的學者們共同合作完成，發表於Geological Society of America Bulletin。該研究得到國家重點研發計劃“深地資源勘查開採”（2016YFC0600303）、國家自然科學基金（41490615）、德國自然科學基金（DFG）和中科院“率先行動百人計劃”的資助。

　　論文鏈接

　　圖1 定日地區13ZS剖面中的巖性、全巖碳同位素記錄和大有孔蟲的分佈特徵。剖面中的碳同位素數據完整地記錄了古新世-始新世極熱事件期間碳同位素負向漂移的全過程。但是，該剖面未能完整記錄碳同位素回返（CIE recovery）的全過程。圖中的虛線界定了碳同位素負向漂移的開始（CIE onset）和碳同位素負向漂移的主體（main CIE）。碳漂移的開始被定義爲古新世-始新世的界限。

　　圖2 來自不同層位灰巖的岩石薄片顯微照片展示PETM期間大有孔蟲組分的變化。這些灰巖樣品在剖面中的位置見圖1。照片A-C顯示了在CIE onset和main CIE過程中，大有孔蟲組分並未發生明顯的變化。照片C和D顯示在CIE recovery階段，大有孔蟲發生了一次明顯的突變。這個大有孔蟲事件被定義爲larger foraminiferal extinction and origination。