地球的气候曾经历过冰封纪元、温室酷热以及介于两者之间的漫长时期。一项新研究认为，这段历史并非随机游走。一个包括新墨西哥大学古生物学家科琳·“科里”·迈尔斯在内的国际研究团队指出，在过去5.39亿年间，地球的碳循环与温度倾向于稳定在少数几种反复出现的构型中。
同一项分析还发现，当地球从其中一种构型转变为另一种构型时，地球上的生命更有可能遭受重创。灭绝率升高的时期——包括化石记录中全部五次大灭绝事件——都集中在这些转换点附近，而非均匀分布在时间轴上。
这些发现发表在《自然-通讯》上，标题为“持久气候-碳体制之间的转换与显生宙生物圈脆弱性升高相吻合”。该论文已按照Science X编辑流程进行审阅和事实核查，该流程将其认定为来自可信来源的同行评审出版物。
显生宙期间的五种“巨型气候”状态
这项研究聚焦于显生宙，即地球历史上约5.39亿年的时间跨度，在此期间复杂生命多样化并遍布全球。研究人员没有将气候记录视为一条温度升降的连续曲线，而是追问：该系统是否大部分时间都处于有限几种偏好模式之中。
确实如此。迈尔斯说：“我们的分析识别出五种主要的‘巨型气候’状态，它们之间的转换相对突然。显生宙期间CO2和温度的行为可以近似为在这些已识别状态之间的转换。”
这种框架对于解读远古历史至关重要。渐变论图景意味着缓慢、渐进的漂移，地球从一种状态平滑滑向另一种状态。而基于状态的图景则意味着，气候与碳系统在相对持久的长期状态之间，穿插着相对快速的重组。迈尔斯是新墨西哥大学地球与行星科学系古生物学与古生态学副教授。
团队为何称它们为“哈吉斯箱”
这五种状态有一个非正式昵称：“哈吉斯箱”。团队选择这个标签，既是为了致敬项目启动地苏格兰，也是因为气候数据在图形表示中会直观地分离成不同分组。这个昵称虽然随意，但其背后的分类并非仅凭肉眼得出——它源自应用于长期记录的多种定量技术。
在处理庞大数据集的领域中，用非正式简称指代科学体制很常见，一个易记的标签能让合作者更容易讨论那些否则难以用一句话描述的规律。在这里，这些“箱”代表了地球反复回归的碳循环与温度行为的组合。
研究人员如何识别这些状态
为了区分持久体制与普通波动，团队结合了多种分析方法，而非依赖单一统计检验：
- 递归分析，用于寻找长时间序列中的重复模式，并识别系统何时重回早先条件。
- 动态数学建模，用于描述气候与碳系统如何在状态之间移动，而非连续漂移。
- 早期预警信号分析，用于寻找系统从一个体制转向另一个体制之前往往出现的统计前兆。
将这些方法结合起来，描绘出一个气候系统的图景：它会在某一模式中停留，然后相对突然地重组。作者将这些转换描述为相对突然而非瞬时发生，这一区别在底层记录被压缩在数亿年时间尺度上时尤为重要。
灭绝与“生物圈脆弱性”同步
故事的后半部分关乎生命。研究人员将宏观演化脆弱性与时间对应绘制，得出一种度量：得分大于零表示生物圈处于压力之下。五次大灭绝全部落在图中这一受压区域内。
换言之，地球在巨型气候状态之间移动的时刻，也正是生物记录变得严峻的时刻。这种关联并不能证明任何单次气候转变导致了任何单次灭绝事件，但它确实表明，这两种现象以惊人的规律性占据着地球历史上相同的时间窗口。
这项工作的图形摘要由《自然-通讯》于2026年提供，展示了脆弱性得分与五个哈吉斯箱并列绘制，后者以背景中的灰色和白色条带呈现。大灭绝事件则以骷髅标记，代表记录中最严重的生物危机。
该研究主张什么、不主张什么
论文的核心主张是描述性和结构性的：显生宙期间的CO2和温度行为可以近似为在五种持久状态之间的移动，而生物圈脆弱性升高与这些转换相吻合。这与说地球被锁定在固定循环中，或未来转变可以提前安排，是截然不同的陈述。
它还重新框定了一个更早的假设。地球气候在其整个历史中发生过剧烈变化，但新研究提示，这些变化可能并不像此前认为的那样随机。如果系统倾向于占据少数几种反复出现的构型，那么有趣的问题就变成：是什么将它推出一个箱，又是什么决定它接下来落入哪个箱。
对于古生物学家和气候科学家而言，这项工作提供了一个共享框架。气候研究者获得了一种以体制和转换来描述深时碳与温度行为的方式。生物学家则获得了一张生物圈最脆弱时期的地图，可与化石记录中多样化、灭绝和恢复的时间进行比对。
关键要点
- 一个国际团队分析了5.39亿年显生宙期间的气候与碳行为，团队成员包括新墨西哥大学古生物学家科琳·“科里”·迈尔斯。
- 分析识别出五种主要的“巨型气候”状态，它们之间的转换相对突然。
- 灭绝率升高的时期，包括全部五次大灭绝，常常发生在地球于这些状态之间移动之时。
- 脆弱性得分高于零表明生物圈处于压力之下，而大灭绝都落在数据中的这一区域。
- 研究方法结合了递归分析、动态数学建模和早期预警信号分析。
- 研究结果发表在《自然-通讯》（DOI: 10.1038/s41467-026-75655-9）。
这项研究并未终结关于这些转换为会何发生、或气候变化与灭绝耦合有多紧密的讨论。但它确实表明，地球的长期习性是持久后重组——而生命最糟糕的一些时刻正出现在重组期间。
本文基于Phys.org的报道。阅读原文。
Originally published on phys.org
