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5.4億年來首次：科學家重建地球海平面「瞬間變化」完整歷史

 

古地理重建 (Scotese et al., 2024; Scotese and Wright, 2018). 
(上圖) 末次盛冰期（約 2 萬年前），冰河範圍最大、全球平均海平面較低、大陸棚更加暴露的例子。由於大陸冰蓋的變化，冰川海平面變化導致大陸海平面變化和洪水氾濫。 (下圖) 現今，海平面相對較高的間冰期的例子。長期海平面重建未考慮軌道尺度變化所造成的短期海平面變化。

 

圖靈學院
科楠偵碳事務所
2025-7-18

 

全球暖化時代的古氣候新發現

 

    荷蘭烏特勒支大學地球科學系研究團隊發表突破性研究，首次重建過去5.4億年間地球海平面的短期變化歷史。這項發表在《地球與行星科學通訊》期刊的研究，揭示冰河時期海平面可瞬間上升或下降超過100公尺，而溫室氣候時期變化幅度僅10-40公尺。

 

研究主持人范德米爾博士表示：「我們提供了顯生宙時期海平面變化的連續量化數據。這是科學界首次計算出千年到十萬年尺度的海平面變化幅度。」

 

冰河與溫室時期差異驚人

 

    研究團隊分析顯示，地球歷史上三大冰河時期：晚奧陶紀、二疊-石炭紀、新生代晚期，海平面變化幅度超過100公尺。這些劇烈變化源於軌道週期驅動的溫度變化，導致極地冰蓋快速擴張或收縮。

 

相比之下，中生代溫室氣候時期海平面變化僅20-40公尺。寒武紀早期、三疊紀中期、白堊紀中期等極端溫室時期，短期海平面變化更微乎其微，僅數公尺範圍。

 

研究發現，長期冰量與短期溫度變化存在多項式關係。當長期平均冰量較大時，軌道週期引起的短期變化幅度顯著增加。這種現象稱為「極地放大效應」：極地冰蓋面積越大，短期變化幅度越劇烈。

 

米蘭科維奇週期的威力

 

    地球軌道參數的週期性變化：歲差週期（約2萬年）、傾斜週期（約4.1萬年）、偏心率週期（約10萬年和40萬年），驅動這些海平面變化。

 

研究團隊使用高解析度新生代氣候模型，發現過去3800萬年間軌道尺度溫度變化平均為±0.9°C。在更新世冰河時期，這個變化幅度擴大至±2.5°C，甚至可能達到±4.5°C。

 

有趣的是，即使在功能性無冰的始新世晚期，深海溫度仍出現±1°C的軌道尺度變化。這表明即便沒有大規模冰蓋，軌道週期仍能影響全球氣候。

 

地質證據驗證模型預測

 

    研究團隊將模型預測與地質記錄對比，發現高度一致性。計算出的永久冰前緣古緯度與三大冰河時期的冰川沉積記錄吻合。

 

志留紀編譯研究顯示，海平面上升幅度可達70公尺。泥盆紀研究發現，短期海平面變化超過35公尺。二疊-石炭紀晚期，海平面變化幅度達120公尺，與阿爾卑斯山脈和新墨西哥州的地質證據相符。

 

白堊紀編譯分析160項地層研究，發現除阿爾比-土崙溫室期（海平面變化<10公尺）外，軌道尺度海平面變化可達50公尺。

 

挑戰現有海平面重建

 

    研究結果對現有層序地層學方法提出質疑。哈克等人的海平面曲線顯示，中生代平均海平面變化幅度約80公尺，古生代約65公尺。這些數值遠超新研究對溫室時期的預測。

 

范德米爾指出：「層序地層學方法可能高估了軌道尺度海平面變化，或者這些變化由含水層海平面變化等其他因素造成。我們的分析僅考慮構造和冰川海平面變化，不包括可能具有10-100公尺振幅的其他因素。」

 

研究團隊承認，基礎數據的可得性限制了分析精度。許多海平面重建基於專有地震和井資料，科學界無法獨立驗證。

 

氣候變化研究新工具

 

    這項研究為古氣候學、古地理學、古生物學提供重要約束條件。研究團隊建立的溫度-冰量-海平面變化關係，可用於評估不同地質時期的氣候敏感性。

 

研究顯示，低二氧化碳氣候（如新生代晚期）對給定二氧化碳變化的敏感性，遠超高二氧化碳氣候（如始新世早期）。這種非線性關係解釋了新生代晚期更大的溫度變化幅度。

 

研究之未來改進方向

 

    研究團隊建議採用非線性方法改進模型。當前研究假設全球平均溫度與緯度呈線性關係，但實際關係可能更複雜，取決於大陸配置、造山運動、海洋-大氣環流等因素。

 

蒙地卡羅誤差分析可提供更統計化的誤差評估方法。結合顯生宙氣候模型輸出的多種非線性方法實驗，將進一步提升預測精度。

 

對抗暖化的關鍵啟發

 

    這項研究為當前全球暖化危機提供重要警示。研究發現，當前地球正處於新生代晚期冰河時期，現有極地冰蓋使海平面變化特別敏感。南極洲和格陵蘭島冰蓋完全融化將導致海平面上升57-68公尺，影響全球數十億人口。

 

更重要的是，研究揭示氣候系統存在「極地放大效應」和非線性反應。當全球升溫超過臨界值時，冰蓋融化將加速進行，海平面上升速度可能遠超線性預期。地質歷史顯示，溫室氣候轉換期間，海平面變化往往發生在千年時間尺度內。

 

研究團隊強調，人類活動正將地球推向類似始新世早期的高溫狀態。雖然溫室時期海平面變化幅度較小，但轉換過程中的劇烈變化仍可能對人類文明造成毀滅性衝擊。這提醒我們必須在達到氣候臨界點前，大幅削減溫室氣體排放。

 

「地質歷史告訴我們，氣候系統具有強烈的慣性和不可逆性。」范德米爾警告：「一旦觸發大規模冰蓋融化，即使停止排放也無法在人類時間尺度內恢復。預防永遠比治療更有效。」

 

這項5.4億年的氣候歷史重建不僅擴展了科學認知，更為人類應對氣候變化提供寶貴的時間視角。面對前所未有的暖化速度，地質歷史的教訓提醒我們：現在就是行動的最後機會。

 

 

參考文獻
van der Meer, D. G., Stap, L. B., Scotese, C. R., Mills, B. J. W., Sluijs, A., & van Hinsbergen, D. J. J. (2025). Phanerozoic orbital-scale glacio-eustatic variability. *Earth and Planetary Science Letters*, *667*, 119526. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119526