PNAS封面报道！SCNet共创者魏强副研究员首次揭示3亿年前地球极热事件机制

当全球变暖成为人类共同面对的难题，3 亿年前的地球或许藏着答案！

近日，中国科学院青藏高原研究所魏强与南京地质古生物研究所要乐、王秋来等国内外科研人员合作，首次系统揭示了一次与现代地球类似的冰室气候态下快速升温事件的完整过程、环境效应及其潜在触发机制。

研究显示，在约 3 亿年前的晚古生代大冰期，地球曾经历一次显著的极热事件：大气 CO₂浓度由约 300 ppm 升至约 700 ppm，全球平均地表温度升高约 7.5 ℃。

相关成果发表于《美国科学院院刊》（PNAS），并入选期刊封面文章。央视新闻、新华社、中新社、光明日报、科技日报等主流媒体先后报道。论文致谢部分特别鸣谢了国家超算互联网，国产算力成为这次"以史为鉴"地球系统模拟的坚实底座。

中国科学院青藏高原研究所副研究员魏强表示：

经典研究方法擅长从化石等有限的地质样本中提取地球历史的离散记录；今天，借助超级计算，我们可以把这些局地证据扩展到全球气候场，进一步还原解译地球演化历史和关键事件，评估不同驱动机制对当今气候变化的影响和重要性。超算互联网提供的国产算力，为长时间模拟和海量数据分析提供了稳定、高效的支撑，成为了连接地球历史与现代地球科学的重要工具。

论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2601643123

3 亿年前的极热事件

当今地球仍处于冰室气候背景，大气 CO₂ 浓度持续上升并推动全球变暖，伴随海洋酸化、缺氧加剧、珊瑚礁生态系统衰退和生物多样性下降。

以往报道的地质历史上的极热事件大多出现在两极无冰的温室气候时期，与今天的冰室边界条件差异较大。晚古生代大冰期（距今约 3.6 至 2.6 亿年）则与现代一样具有高纬冰盖，且大气 CO₂ 浓度和全球平均温度处于相近量级，因此为认识冰冻圈参与下的快速变暖和地球系统响应提供了宝贵的地质参照。此前研究提示宾夕法尼亚亚纪卡西莫夫期与格舍尔期之交可能存在一次气候变暖，但受数据分辨率和区域差异限制，其升温过程和驱动机制尚缺乏清晰约束。

图示：卡西莫夫期-格舍尔期之交极热事件（Kasimovian-Gzhelian Thermal Maximum/KGTM）的升温过程与机制示意图

多学科证据揭示晚古生代大冰期极热事件过程与机制

研究团队对我国及俄罗斯三个剖面开展综合研究，通过古生物学与地层学、沉积地球化学、地球系统模拟等方法识别出这次快速全球变暖事件，命名为卡西莫夫期与格舍尔期之交极热事件（Kasimovian-Gzhelian Thermal Maximum，KGTM），并揭示其并非一次均匀升温，而是包括初始缓慢升温和随后的快速主升温阶段。与其他极热事件对比，团队指出生物多样性的响应可能同时受到升温幅度和升温速率的影响。

 CESM 地球系统模拟和牙形刺 SIMS 氧同位素重建的海水表层温度对比，不同 pCO₂ 状态下全球海水表层温度分布图

研究提出，火山活动可能首先触发气候变暖；随后在高偏心率背景下，高纬冰盖退缩和冻土碳释放等过程可能放大初始扰动，形成冰冻圈-碳循环正反馈，并推动气候系统跨越阈值，进入更快速的主升温阶段。

团队利用地球系统模式（Community Earth System Model，CESM），重建了不同大气 CO₂ 浓度下全球气候状态和快速升温事件中地表温度的升高幅度，并表明冰盖退缩及相关慢反馈可显著放大地球系统敏感性，使长时间尺度上的变暖幅度和风险超过常规认知，为评估当今变暖背景下冰川和冰盖变化、冻土碳释放与气候临界风险之间的联系提供了参照。

图示：宾夕法尼亚亚纪卡西莫夫期-格舍尔期汞同位素、汞含量、总有机碳、以及 Hg/TOC 的变化曲线。橘色条带和粉色条带分别代表 KGTM 的初始升温阶段的火山作用和主升温阶段的海水透光带硫化

国产算力让“远古模拟”成为可能

要完成跨越3 亿年时空的研究，除了依靠地质证据，团队还需借助地球系统模式，重建不同 CO₂ 浓度下的全球气候状态，此类模拟涉及规模网格数值求解和长时间耦合积分，对高性能计算资源要求极高。支撑这次“古气候复原”的关键底座，正是论文致谢中特别感谢的合肥先进计算中心。

作为国家超算互联网平台的关键枢纽节点，合肥先进计算中心的“巢湖明月”算力集群已构建起通算、超算、智算、量子计算、星算“五算融合”的多元异构算力体系。对于古气候这类“高时空分辨率、多情景长积分周期”的任务，国产算力不仅“算得快”，更“算得稳、调得灵”。化石提供“证词”，超算“还原现场”，二者印证才让 KGTM 事件呈现完整图景。

从3 亿年前的化石与地球化学记录到今天的超级计算机，多学科交叉方法与国产算力相结合，为我们读懂地球的过去、应对当下的挑战提供了宝贵的历史参照。