地球历史的暖期，如古新世始新世极热事件，最热的南北回归线之间会不会突破一个阈值，变得不适宜生物生存？
地球历史上的暖期，特别是古新世始新世极热事件（PETM），确实是一个令人着迷且引发深刻思考的时期。在探讨其最热时南北回归线之间是否存在一个不适宜生物生存的阈值时，我们需要深入了解当时的环境以及生命演化的适应能力。
首先，我们要理解PETM是什么。这个事件发生在距今约5600万年前，是新生代地质时期一个相对短暂（几万年到几十万年）的地球快速升温事件。在这段时间里，全球平均气温飙升了约58摄氏度，并且这个升温是前所未有的快速。海洋的酸度也显著增加，这对海洋生物造成了巨大打击。那么，为什么会发生如此剧烈的升温呢？目前最被广泛接受的理论认为是由于大量的碳以二氧化碳或甲烷的形式被释放到大气中，极有可能与海底沉积物中储存的甲烷水合物（可燃冰）的快速分解有关，而这一过程的触发机制可能与火山活动或地质构造有关。
现在让我们聚焦到南北回归线之间，也就是我们通常理解的赤道和热带区域。在PETM的峰值时期，这些区域的温度会比全球平均温度更高。根据古气候重建的研究，当时赤道地区的温度可能已经达到了一个非常高的水平。一些研究表明，赤道海洋的表层水温可能高达3035摄氏度，甚至更高。如果我们将地球的当前状况作为一个参考点，那么这样的温度已经超过了许多海洋生物，尤其是需要稳定生存环境的珊瑚礁等生态系统的耐受极限。
那么，是否存在一个“不适宜生存的阈值”呢？
答案是：是的，很可能存在，并且在PETM期间，这个阈值很可能在南北回归线之间的某些区域被突破了。
这里的“不适宜生存”并非指完全的灭绝，而是指生命的正常活动、繁殖和生存将变得极其困难，甚至只能由那些对极端高温有特殊适应能力的生物所占据，而大多数物种将无法在此生存。
我们可以从几个方面来深入分析：
1. 生理极限： 生物体，特别是温血动物和许多海洋生物，都有其生理上的温度耐受范围。当温度超过这个范围，蛋白质会变性，细胞功能紊乱，最终导致死亡。即使是那些能适应较高温的生物，在极端条件下，其代谢效率、生长速度、繁殖能力都会大打折扣。在PETM时期，赤道区域的持续高温可能会让许多生物超过其能够忍受的生理极限。
2. 氧气溶解度下降： 这是一个至关重要的因素。随着水温升高，海水吸收氧气的能力会显著下降。这意味着在炎热的赤道区域，海水中的溶解氧含量会变得非常低。对于需要消耗氧气来维持生命的海洋生物来说，这是一个致命的打击。特别是在人口密集、生产力高的海洋生态系统中，低氧环境会引发大规模的死亡事件，也就是我们常说的“缺氧事件”或“死亡区”。
3. 海洋酸化： PETM伴随的巨大碳排放不仅导致了升温，也引发了严重的海洋酸化。当二氧化碳溶解在海水中时，会形成碳酸，降低海水的pH值。pH值的下降会影响许多海洋生物，尤其是那些依赖碳酸钙来构建外壳或骨骼的生物，例如贝类、珊瑚、浮游生物等。在高温和酸化的双重打击下，海洋生物的生存压力剧增。
4. 食物链的崩溃： 如果底层生产者（如浮游植物）因为高温或缺氧而大量死亡，那么整个食物链都会受到影响。食草动物、食肉动物，乃至更高级别的捕食者都会面临食物短缺的困境，这会进一步加剧生态系统的崩溃。
5. 热胁迫与干旱（陆地）： 在陆地上，回归线之间的热带和亚热带地区，持续的高温也会带来严峻的挑战。除了直接的热应激，干旱也可能随之而来，水源的匮乏会进一步限制植物的生长和动物的生存。一些适应干旱环境的生物或许能勉强维持，但整体生物多样性必然会大幅下降。
那么，PETM时期的生物是如何应对的呢？
尽管如此严峻，生命展现出了惊人的韧性，并且也存在一些适应策略：
迁移： 一部分生物可能会尝试向更凉爽的高纬度地区迁移。然而，PETM升温的速度可能非常快，使得迁移的有效性受到限制，而且并非所有物种都有能力或机会进行长距离迁徙。
季节性适应与休眠： 一些生物可能会利用相对较短的凉爽季节进行繁殖和活动，而在最热的时期进入休眠状态。
特殊生理适应： 少数能够承受极端高温和低氧环境的生物可能会在这些区域繁衍。例如，一些极端微生物或具有特殊代谢途径的生物。
物种层面的选择压力： PETM事件无疑是一个强大的自然选择过程。那些能够适应高温、低氧和酸化环境的基因型或物种，才有可能在这样的条件下生存下来并继续演化。这也可能是许多现存生物对高温或缺氧具有一定耐受性的演化根源之一。
总结来说， 在地球历史上的暖期，尤其是像PETM这样剧烈的升温事件中，南北回归线之间的区域（热带和亚热带）确实很可能经历了远超大多数生物生理耐受极限的极端高温。伴随而来的低氧和海洋酸化更是雪上加霜。这意味着，这些区域很可能成为了生物生存的“禁区”或“高压区”，只有极少数具有特殊适应能力的生物才能勉强在此生存，而绝大多数生物则可能已经灭绝或被迫迁徙。这种极端环境下的筛选作用，也为地球生命的演化留下了深刻的烙印。
我们现在所做的古气候研究，正是通过分析沉积岩中的古生物遗迹、同位素组成等，来“阅读”地球的过去，试图还原这些早已逝去的极端气候事件的细节，并从中吸取教训，以更好地理解我们当下所面临的气候变化。PETM的极端性，为我们提供了一个窗口，去窥视当全球平均气温显著升高时，地球生态系统可能面临的严峻挑战。
首先，我们要理解PETM是什么。这个事件发生在距今约5600万年前，是新生代地质时期一个相对短暂（几万年到几十万年）的地球快速升温事件。在这段时间里，全球平均气温飙升了约58摄氏度，并且这个升温是前所未有的快速。海洋的酸度也显著增加，这对海洋生物造成了巨大打击。那么，为什么会发生如此剧烈的升温呢？目前最被广泛接受的理论认为是由于大量的碳以二氧化碳或甲烷的形式被释放到大气中，极有可能与海底沉积物中储存的甲烷水合物（可燃冰）的快速分解有关，而这一过程的触发机制可能与火山活动或地质构造有关。
现在让我们聚焦到南北回归线之间，也就是我们通常理解的赤道和热带区域。在PETM的峰值时期，这些区域的温度会比全球平均温度更高。根据古气候重建的研究，当时赤道地区的温度可能已经达到了一个非常高的水平。一些研究表明，赤道海洋的表层水温可能高达3035摄氏度，甚至更高。如果我们将地球的当前状况作为一个参考点，那么这样的温度已经超过了许多海洋生物，尤其是需要稳定生存环境的珊瑚礁等生态系统的耐受极限。
那么，是否存在一个“不适宜生存的阈值”呢？
答案是：是的，很可能存在，并且在PETM期间，这个阈值很可能在南北回归线之间的某些区域被突破了。
这里的“不适宜生存”并非指完全的灭绝，而是指生命的正常活动、繁殖和生存将变得极其困难，甚至只能由那些对极端高温有特殊适应能力的生物所占据，而大多数物种将无法在此生存。
我们可以从几个方面来深入分析：
1. 生理极限： 生物体，特别是温血动物和许多海洋生物，都有其生理上的温度耐受范围。当温度超过这个范围，蛋白质会变性，细胞功能紊乱，最终导致死亡。即使是那些能适应较高温的生物，在极端条件下，其代谢效率、生长速度、繁殖能力都会大打折扣。在PETM时期，赤道区域的持续高温可能会让许多生物超过其能够忍受的生理极限。
2. 氧气溶解度下降： 这是一个至关重要的因素。随着水温升高，海水吸收氧气的能力会显著下降。这意味着在炎热的赤道区域，海水中的溶解氧含量会变得非常低。对于需要消耗氧气来维持生命的海洋生物来说，这是一个致命的打击。特别是在人口密集、生产力高的海洋生态系统中，低氧环境会引发大规模的死亡事件，也就是我们常说的“缺氧事件”或“死亡区”。
3. 海洋酸化： PETM伴随的巨大碳排放不仅导致了升温，也引发了严重的海洋酸化。当二氧化碳溶解在海水中时，会形成碳酸，降低海水的pH值。pH值的下降会影响许多海洋生物，尤其是那些依赖碳酸钙来构建外壳或骨骼的生物，例如贝类、珊瑚、浮游生物等。在高温和酸化的双重打击下，海洋生物的生存压力剧增。
4. 食物链的崩溃： 如果底层生产者（如浮游植物）因为高温或缺氧而大量死亡，那么整个食物链都会受到影响。食草动物、食肉动物，乃至更高级别的捕食者都会面临食物短缺的困境，这会进一步加剧生态系统的崩溃。
5. 热胁迫与干旱（陆地）： 在陆地上，回归线之间的热带和亚热带地区，持续的高温也会带来严峻的挑战。除了直接的热应激，干旱也可能随之而来，水源的匮乏会进一步限制植物的生长和动物的生存。一些适应干旱环境的生物或许能勉强维持，但整体生物多样性必然会大幅下降。
那么，PETM时期的生物是如何应对的呢？
尽管如此严峻，生命展现出了惊人的韧性，并且也存在一些适应策略：
迁移： 一部分生物可能会尝试向更凉爽的高纬度地区迁移。然而，PETM升温的速度可能非常快，使得迁移的有效性受到限制，而且并非所有物种都有能力或机会进行长距离迁徙。
季节性适应与休眠： 一些生物可能会利用相对较短的凉爽季节进行繁殖和活动，而在最热的时期进入休眠状态。
特殊生理适应： 少数能够承受极端高温和低氧环境的生物可能会在这些区域繁衍。例如，一些极端微生物或具有特殊代谢途径的生物。
物种层面的选择压力： PETM事件无疑是一个强大的自然选择过程。那些能够适应高温、低氧和酸化环境的基因型或物种，才有可能在这样的条件下生存下来并继续演化。这也可能是许多现存生物对高温或缺氧具有一定耐受性的演化根源之一。
总结来说， 在地球历史上的暖期，尤其是像PETM这样剧烈的升温事件中，南北回归线之间的区域（热带和亚热带）确实很可能经历了远超大多数生物生理耐受极限的极端高温。伴随而来的低氧和海洋酸化更是雪上加霜。这意味着，这些区域很可能成为了生物生存的“禁区”或“高压区”，只有极少数具有特殊适应能力的生物才能勉强在此生存，而绝大多数生物则可能已经灭绝或被迫迁徙。这种极端环境下的筛选作用，也为地球生命的演化留下了深刻的烙印。
我们现在所做的古气候研究，正是通过分析沉积岩中的古生物遗迹、同位素组成等，来“阅读”地球的过去，试图还原这些早已逝去的极端气候事件的细节，并从中吸取教训，以更好地理解我们当下所面临的气候变化。PETM的极端性，为我们提供了一个窗口，去窥视当全球平均气温显著升高时，地球生态系统可能面临的严峻挑战。
网友意见
靠过去几亿年里的气温，想要“不适合所有地球生物”是白日做梦，想要不适合大部分动植物生活还是可以实现的。
大部分陆地动物不能忍受 50 摄氏度以上的气温或 35 摄氏度以上的湿球温度，大部分海洋动物要更菜一些。呼吸水中溶解氧的海洋动物需要一定的溶解氧水平，还不能承受太高的海水酸度。植物在气温达到一定水平后光合效率下降、呼吸作用增强。古新世-始新世极热事件期间的气温和海洋酸化程度，当然可能让赤道附近的多种真核生物抱头鼠窜、热死或窒息，降低那里的真核生物多样性。当时形成的一部分沉积物里是没有生物扰动痕迹的。
至于古新世-始新世极热事件期间的赤道原核生物多样性，目前还没有好的办法去研究。
真核生物的高物种多样性是这么一种玩意：
- 当今地球上物种多样性最高的生态系统，是在任何形式的气候变化和物种入侵下表现得最脆弱的生态系统——热带森林和珊瑚礁。你不觉得这多样性有些菜么。
- 在狭小的、热力学自由能较多的环境里，中性突变偶然产生的、彼此有生殖隔离的玩意被视为独立的物种。完全不考虑适应力的模型就能充分预言这些物种的出现[1]——那么，它也能预言它们的灭亡。
- 许多“雨林特有物种”的全部个体生活在一棵树上，会被巴西伐木工人的电锯批量灭绝。
- 气候变化当然可以做到同样的事。
顺便说，现在亚马逊雨林、大堡礁之类就在走向崩溃。
参考
- ^ Penn State. (2007, November 6). Why Do So Many Species Live In Tropical Forests And Coral Reefs?. ScienceDaily. Retrieved January 28, 2022 from www.sciencedaily.com/releases/2007/10/071031152950.htm
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