人为碳排放正在引发全球快速变暖及伴随的降雨模式改变，这一过程预计将加剧陆地生态系统CH₄排放，进而导致未来的额外升温。因此，准确理解陆地CH₄循环对快速升温的响应机制，对精准预测未来气候变化趋势至关重要。然而，由于地球系统的复杂性和现代观测记录的时间跨度有限，科学界对全球变暖背景下生物地球化学正反馈机制的科学认知仍存在局限。在此背景下，研究地质历史暖期陆地CH₄循环过程，对预判未来气候演变趋势具有重要启示意义。

始新世早期（56~48 Ma）发生了一系列快速全球增温事件（即极热事件），包括古新世-始新世极热事件（PETM）、H1、H2、I1和I2。这些极热事件普遍伴随着剧烈的碳循环扰动和水循环增强，为研究地球系统对突发性增温的生物地球化学响应——特别是陆地CH₄循环的扰动机制——提供了独特的天然实验场。目前，学术界针对PETM时期甲烷循环已开展相关研究，发现PETM期间陆地CH₄循环显著增强；然而，由于缺乏连续的高分辨率沉积记录，后续较小规模的极热事件中陆地CH₄循环是否发生类似扰动仍缺乏证据。因此，CH₄循环对不同强度增温事件的响应机制尚未明晰。

针对这一问题，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室陈祚伶副研究员、杨石岭研究员和丁仲礼研究员团队，对东北抚顺盆地一套早始新世湿地沉积物开展了多指标生物标志化合物及同位素分析（图1），系统揭示早始新世极热事件发生时期甲烷循环过程及机理。由于湿地在发育过程中，会有大量细菌参与活动，而其中有一类比较特殊的细菌（甲烷营养菌）与湿地甲烷循环密切相关。湿地甲烷循环加快或甲烷通量增加时，甲烷营养菌含量会显著增加，最终导致沉积物中3β-甲基藿烷含量异常增加和藿烷δ¹³C的异常偏负。通过对抚顺盆地煤层3β-甲基藿烷含量和藿烷δ¹³C的分析发现，极热事件发生时期，3β-甲基藿烷指数值显著升高（4–6 vs. 基线值~2），藿烷δ¹³C值大幅负偏（<−45‰）（图2），且藿烷与正构烷烃单体碳同位素差值（Δ¹³C_hop-alk）明显低于当今湿地范围值（-10~10‰）。这些观察结果说明，湿地甲烷循环加快是极热事件发生时期的一个普适现象，暗示湿地甲烷排放可能是极热事件发生的一个重要正反馈机制，即增温导致湿地甲烷排放，加剧全球变暖。

图1 研究区地质背景。（A）抚顺盆地地质概况；（B）研究剖面露头照片

图2 抚顺盆地煤层生标重建结果。（A）总有机碳含量和碳同位素组成；（B）姥鲛烷与植烷的比值；（C）藿烷含量；（D）3β-甲基藿烷指数；（E）正构烷烃单体碳同位素组成；（F）藿烷碳同位素组成；（G）藿烷与正构烷烃单体碳同位素差值。黄色条带分别代表了PETM、H1、H2和I1四次极热事件

进一步分析显示，甲烷-气候反馈强度与碳同位素偏移（CIE）幅度呈正相关——碳循环扰动越剧烈，增温幅度越大，甲烷循环强度及通量增幅越大（图3）。这些观察事实可能归因于三个方面：（1）大气pCO₂越高，湿地初级生产力也越高，提供更多的有机碳供甲烷细菌利用；（2）水循环增强导致水位上升，改变湿地氧化还原界面，导致甲烷细菌的繁盛；（3）微生物产甲烷作用具有温度依赖性，温度升高会加速产甲烷速率。因此，升温可能通过增加甲烷基质的供应量，促进甲烷营养菌的活动，最终导致藿烷δ¹³C值的显著负偏。甲烷反馈强度与CIE幅度正相关的这一发现尤为关键，表明碳循环扰动程度可能通过调控湿地甲烷通量放大气候变暖。

图3 湿地甲烷循环与碳循环扰动/增温强度的关系。（A）和（B）甲烷循环强度指标（3β-甲基藿烷指数和Δ¹³C_hop-alk）与碳同位素负漂幅度（指示碳排放量）关系图；（C）湿地甲烷排放示意图

该研究强调，陆地甲烷循环对快速变暖的敏感性可能构成不可逆的正反馈，加剧人为气候变暖。这一发现警示，若当前CO₂排放持续失控，类似极热事件的甲烷释放机制可能被激活，进一步放大温室效应。因此，该研究为国际气候政策提供了关键科学依据，强调亟需通过减排行动避免碳循环扰动突破临界阈值。

研究成果发表于国际学术期刊Geology （陈祚伶^*, 吕沛宗, 唐自华, 杨石岭, 王旭, 崔琳琳, 方琳浩, 丁仲礼. Wetland methane feedback during the early Eocene hyperthermals [J]. Geology, 2025, 53 (5): 404-408. DOI: 10 .1130/G52899.1.）。研究受国家重点研发计划（2022YFF0800800）、中科院战略性先导科技专项（B类）（XDB0710000）、国家自然科学基金(41772175)和岩石圈演化重点实验室开放基金（SKL‐K202301）共同资助。