原文来源：Gordon N I, Jordon D H, Richard G S, et al., 2026. Enhanced marine burial of terrestrial organic carbon through the Palaeocene-Eocene Thermal Maximum. Nature Geoscience.
https://doi.org/10.1038/s41561-026-02012-2.
研究背景：古新世-始新世极热事件（Palaeocene-Eocene Thermal Maximum, PETM）发生在约56 Ma，是新生代最显著的快速增温事件之一。该事件伴随大规模轻碳输入、大气CO2浓度显著升高、全球温度快速上升以及海洋-陆地环境的系统性响应。PETM期间大气 CO2可能由约1200 ppm 升至约2500 ppm，全球温度在约 1 万年尺度内升高约4-6 °C，并出现约 4 ‰ 的碳同位素负偏移。
在长期碳循环框架中，气候系统从快速增温中恢复通常被认为主要依赖硅酸盐风化反馈和有机碳埋藏。硅酸盐风化通过消耗CO2并最终形成碳酸盐沉积实现长期碳汇，但其作用时间尺度多为105-106年。PETM的恢复过程则要求存在能够在104-105年尺度内发挥作用的碳汇机制，因此仅用传统硅酸盐风化解释可能并不充分。
已有研究表明，PETM期间化学风化和物理侵蚀均可能增强，陆源黏土、营养盐和碎屑物质输入海洋增加。这一过程不仅可能促进海洋初级生产力和海洋有机碳埋藏，也可能把陆地植物和土壤有机碳直接输送到近岸海洋沉积物中保存下来。现代海洋中，陆源有机碳海洋埋藏通量约为41-75 MtC yr-1，与硅酸盐风化耦合碳酸盐沉淀的量（47-72 MtC yr-1）相近。因此，陆源有机碳的海洋埋藏可能是被低估的重要碳汇。
科学问题：过去关于PETM 期间陆源有机碳海洋埋藏到底增强还是减弱存在争议。关键原因在于传统二端元混合模型通常只区分“陆源有机碳”和“海源有机碳”，而把陆源有机碳视为单一均质组分。但事实上，陆源有机碳至少包括维管植物有机碳和土壤有机碳两个性质不同的库。若不能区分这两个陆源端元，就可能低估或误判陆源有机碳在海洋沉积物中的贡献。本文的核心科学问题是：PETM期间陆源有机碳向海洋的输送和埋藏是否显著增强？这种增强是否足以构成气候系统恢复过程中的负反馈？
研究方法
本研究采用“生物标志物—端元混合模型—沉积通量计算—古气候模型解释”的综合思路，试图从源到汇追踪陆源有机碳在PETM 期间的输送和保存过程。研究对象包括五个全球分布的浅海沉积记录：新泽西大陆边缘、坦桑尼亚、丹麦、塔斯曼海和高纬北极地区。这些地点覆盖了不同纬度和不同水文气候背景，能够用于评估PETM 期间陆源有机碳埋藏的空间差异。
作者使用多种脂类生物标志物来识别有机碳来源。长链烷烃主要指示陆相维管植物输入，短链烷烃更多代表海相藻类或浮游生物来源；因此通过长短链烷烃的比值terrestrial-aquatic ratio（TAR，水体中来自陆地的物质占所有物质的百分比）可用于判断陆源植物输入强弱。维管植物的烷烃存在奇数碳优势，而藻类、浮游生物的烷烃奇偶碳数量几乎相等，无明显奇偶优势，故碳优势指数（carbon preference index, CPI，用于量化奇数碳烷烃相对偶数碳的富集程度）接近1时，说明这些烷烃主要来自热成熟度较低的维管植物有机质，接近0时，说明更多的藻类或浮游动物的输入。支链GDGTs（brGDGTs）通常来源于土壤细菌，而奇古菌醇（isoGDGTs）则仅由大多生活在海洋中的氨氧化亚硝化球菌门古菌（Nitrososphaerota）产生，BIT值接近1与土壤有机碳进入海洋有关，而较低的值则反映海洋生物输入的有机碳较多。
研究使用三端元混合模型，将沉积有机碳划分为维管植物有机碳、土壤有机碳和海源有机碳三个部分。这个方法是文章最关键的技术改进，因为它避免了把所有陆源有机碳合并为一个端元所造成的偏差。随后，作者结合总有机碳含量、干容重和沉积速率，进一步计算不同来源有机碳的质量累积速率（MAR）和埋藏通量，并比较pre-PETM、PETM onset/body 和PETM recovery 阶段的变化。
作者使用两类古气候模型解释驱动机制。一类是DeepMIP 早始新世多模式集合模拟，用于评估 CO2升高对各研究区平均年降水量（MAP）的影响；另一类是HadCM3BL-M2.1 Da 全耦合大气-海洋-植被模型，结合动态植被模块TRIFFID 和陆地碳循环模块 MOSES2.1，用来估算PETM 前后陆地植物碳库和土壤碳库的变化。
科学认识
古新世晚期和PETM期间近岸浅海沉积物中陆源有机碳贡献显著偏高。研究结果显示（图1），维管植物有机碳和土壤有机碳合计约占总有机碳的40 % 至 95 % 以上，明显高于现代普通大陆边缘沉积物中陆源有机碳约12-20 % 的比例，而更接近现代三角洲沉积体系中 43-91 % 的陆源有机碳贡献。这说明在温暖气候和增强水文循环背景下，陆源有机碳向近岸海洋的输送可以显著增强。
图1 古新世-始新世极热事件期间近岸海洋沉积物中的有机碳分布。本研究统计了晚古新世、古新世-始新世极热事件（包含爆发期onset、鼎盛期body与恢复期recovery）以及早始新世近岸海洋沉积物中维管植物源、土壤源与海洋自生有机碳的相对占比。各采样点位的地理位置标注于一张距今 5500 万年的早始新世古地理图上。
维管植物有机碳是PETM 近岸有机碳库中的主导陆源组分。三端元混合模型显示，不同站点沉积有机碳中维管植物来源最高可达约90 %，土壤有机碳通常约为 5-15 %，海源有机碳多为5-20 % (图2)。这一结果说明PETM 期间被输送到海洋并被保存的陆源有机碳并不只是土壤碳，还包括大量植物碎屑或植物蜡等高等植物来源组分。PETM期间陆源有机碳埋藏通量在部分地区出现数量级增强。与pre-PETM 相比，高北极地区的维管植物有机碳埋藏通量增加约1.7 倍，新泽西大陆边缘增加约 13.3 倍，丹麦从PETM onset 到body 阶段的维管植物有机碳埋藏通量甚至增加约 50 倍。土壤有机碳埋藏在新泽西大陆边缘增加约3.8 倍，在丹麦增加约 3 倍（图2）。虽然塔斯曼海部分组分有所下降，但总体上在许多近岸沉积环境中，PETM期间陆源有机碳的海洋埋藏明显增强。
图2 古新世-始新世极热事件（PETM）期间近岸海洋沉积物中维管植物源与土壤源有机碳埋藏通量。a 图：依据专属生源生物标志物记录计算得到的 PETM 时期海洋沉积物内维管植物有机碳埋藏量（绿色实心柱）、土壤有机碳埋藏量（橙色条纹柱）的倍数变化。纵轴为伪对数坐标轴；数值大于 1 代表有机碳埋藏量高于 PETM 之前背景阶段，数值小于 1 则代表埋藏量低于 PETM 前背景值。b、c 图：PETM 恢复期内，高北极区域（b 图）与新泽西大陆边缘（c 图）的维管植物源、土壤源有机碳质量堆积速率（MARs）均出现升高。
水文气候变化是陆源有机碳输出增强的重要背景。DeepMIP模拟显示，CO2升高对各地点降水的影响具有区域差异：塔斯曼海、高北极地区、新泽西大陆边缘和丹麦的平均年降水量随CO2升高而增加，而坦桑尼亚的平均年降水量反而下降（图3）。不过坦桑尼亚在PETM 期间极端降雨事件可能增强至约70 %，说明平均降水量并不能完全解释陆源有机碳输入，极端降雨、洪水和坡面侵蚀等事件性过程同样可能使得坦桑尼亚陆源有机碳输出增强。
图3 早始新世多区域气候模拟中大气二氧化碳浓度与年均降水量（MAP）的相关关系。每个数据点均为 DeepMIP 多模式集合模拟结果的集合平均值，全部结果均相对于工业化前 1 倍二氧化碳基准模拟做归一化处理。不同颜色代表本研究代用指标数据库中各个独立研究点位；针对每个点位的数据分别开展线性回归拟合，图中展示 68 % 置信区间。
真正驱动陆源有机碳埋藏通量增强的关键不是陆地生态系统碳库的简单扩大，而是物理侵蚀和沉积输送能力的增强。HadCM3BL-M2.1 Da 模拟显示，从古新世晚期的 2 倍工业前CO2 到PETM 的 4 倍工业前CO2 ，全球陆地生物圈碳库仅增加约6 %，即约 150 PgC (图4)；而PETM 释放到海洋-大气系统中的碳通常估计为约3000至10000 PgC。因此，陆地碳库的小幅增加不足以解释陆源有机碳埋藏通量10–50 倍的增强，主要原因应是增强的物理侵蚀、高沉积速率、矿物颗粒保护以及低氧条件共同提高了有机碳保存效率。现有古气候和生物地球化学模型可能低估了过去温暖气候中的有机碳埋藏。文章指出，许多模型虽然考虑了海洋生产力、磷循环和氧化还原控制下的海洋有机碳埋藏，但并未显式加入陆源有机碳从陆地向海洋的输送和埋藏过程。若PETM 海洋有机碳总埋藏通量约为 40–86 MtC yr-1，且其中40-95 % 来自陆源有机碳，则陆源贡献最高可达约 81 MtC yr-1。因此，本文提出了一个重要认识：PETM期间增强的水文循环和物理侵蚀不仅会加速硅酸盐风化，也会通过把陆地植物和土壤有机碳输送到近岸海洋并快速埋藏，形成一个较快响应的负反馈机制。这个机制可能有助于解释PETM 以及其他早始新世超热状况的长期恢复过程。
图4 基于海-气-植被耦合模式重建的古新世-始新世时期陆地土壤与植物有机碳储量。a-d 图：利用 HadCM3BL-M2.1 Da 模式模拟得到的晚古新世（大气 CO2为工业化前 2 倍）与 PETM 时期（大气 CO2为工业化前 4 倍）陆地植物有机碳储量（a、b）和土壤有机碳储量（c、d）。e 图：对比晚古新世（2 倍工业化前 CO2）与 PETM（4 倍工业化前 CO2）两组模拟结果，土壤有机碳储量差值（红色柱）、植物有机碳储量差值（橙色柱）以及陆地总有机碳储量差值（灰色柱）。
重要启示
启示一：海洋沉积物中的有机碳不能简单等同于海洋自生有机碳，必须考虑陆源有机碳贡献。文章指出，PETM期间浅海沉积物中，维管植物和土壤来源的有机碳可占总有机碳的约40 %-95 %，陆源有机碳埋藏通量在部分地区可增加约 10-50倍。因此，我们通过有机碳和沉积物质量累积速率计算得到的有机碳堆积速率，本质上是海洋自生、陆源生物有机碳以及潜在岩石有机碳的综合结果。这意味着未来解释全球海洋有机碳埋藏时，不能把海洋有机碳埋藏的增强完全归因于海洋生产力增强或缺氧保存，还应考虑大陆侵蚀和陆源有机碳输入。
启示二：热室气候时期有机碳埋藏的陆海耦合控制。热室气候状态下有机碳埋藏增强的关键控制因素可能是“侵蚀-输送-沉积保存”，而不只是海洋生产力。PETM 期间陆地碳库只小幅增加，但陆源有机碳埋藏通量却可增加 10-50 倍，说明物理侵蚀、河流输送、近岸沉积速率、细粒矿物保护和底水低氧环境共同决定了陆源有机碳是否能够被高效埋藏。
——解读人：张航、高远
——责任编辑：高远
