謝樹成等：如何打通時間隧道實現古今全球變化的對比 | 科學通報

板塊構造理論、生物演化理論等新理論的出現極大地推動了地球科學的轉型發展。當前地球系統科學的快速發展給中國科學家提供了難得的機遇，一大核心在于我們能否解決地球系統的跨越圈層整合、貫穿古今融合這些根本性難題。謝樹成等人提出地質事件的變化速率（變率）是打通時間隧道進行古今融合的一大關鍵抓手。

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當今地球系統變化極快，碳變率或成生物危機推手

當今地球系統變化的一個很重要特征是速度非常快，也就是事件的變率大。一場因CO2等環境變化所引發的生物危機正向人類走來，而促發這場危機的關鍵是環境變率。但由于已有觀測數據資料的時間序列很短，人們很難預測碳變率引發的地球系統這些快速變化到底是一個長期趨勢還是短期的擾動，也不清楚碳變率不斷升高最終會對生物多樣性造成怎樣的影響。

要回答當今與碳變率有關的這些挑戰性難題，必須回到深時記錄里尋找答案，因為深時記錄保存了各種變率場景下碳和生物的關系。然而，過去人們對深時碳和生物事件的研究更多的是變幅，而不是變率。

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突破深時變率研究，需跨學科技術融合攻堅

要突破碳和生物事件的深時變率，需要多方面技術的融合創新（圖1）。

• 首先需要利用多學科交叉技術攻克深時的高精度和高分辨率的地質時間框架，因為近代生物多樣性、全球環境變化的分辨率一般在千年級水平以上，而深時研究的時間精度通常在百萬年級以下。

• 其次，要定量評估深時環境變率與生物多樣性演化速率之間是否存在因果關系，建立可靠的環境代用指標、構建適合深時研究的數值模型是關鍵。

圖1 突破深時變率的技術方法體系

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聚焦兩大關鍵轉折期：同樣的變暖，為何結局截然不同？

解決碳和生物的深時變率需要聚焦在元古宙和顯生宙之交、古生代和中生代之交這些關鍵轉折期（圖2）。這兩大時期同樣都經歷了變暖過程，但卻出現了截然不同的生物演化現象：一個以大滅絕為特征，一個以大爆發為特征。

生物的一個很重要特征是具有很好的環境適應能力和生態緩沖能力。只有當環境的變率超過生態系統承受的臨界點時，才會導致生物危機，也就是說事件的變率是理解生物與環境之間因果關系的一大關鍵所在，因而需要實現深時事件研究在變幅和變率上的雙突破。

圖2 突破深時變率的關鍵地質時期。溫度和生物曲線分別據Scotese et al. (2021)和Sepkoski (2002)

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邁向雙突破：深時研究正迎來從“變幅”到“變率”的新范式

從幅度到速率，從現象到機制——解開碳變率與生物演化的深時謎題，不僅有助于預測未來，更可能推動地球系統科學形成新的認知范式。中國科學家能否在這一跨越億年的“速率競賽”中取得關鍵突破？我們拭目以待。

原文信息

謝樹成, 沈樹忠, 李獻華, 宋海軍, 張飛飛. 碳和生物的深時變率: 挑戰與進展. 科學通報, 2026, 71(5-6): 1230–1239

Xie S, Shen S, Li X, Song H J, Zhang F F. Variation rates of carbon- and biota-related events in deep time: challenges and progress (in Chinese). Chin Sci Bull, 2026, 71(5-6): 1230–1239, doi: 10.1360/CSB-2025-5228

https://doi.org/10.1360/CSB-2025-5228

演化：微生物如何塑造地球

謝樹成 等 著

ISBN 978-7-03-084146-9

出版時間：2026.03

烴源巖地球生物學

謝樹成 等 著

ISBN 978-7-03-045837-7

出版時間：2016.01

（本文編輯：劉四旦）

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