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根据一项新的研究，大气二氧化碳是持续了40万年的全球变暖事件（称为始新世中期气候适宜期 (MECO)）的主要驱动因素。这项发现有助于气候学家更好地理解当今二氧化碳浓度与气候变化之间的精确关系，并在11月5日出版的《科学》杂志上进行了描述。
整个始新世（一个介于5500万年前至3400万年前的地质时代）的气候趋势实际上以长期和逐渐降温为特征。大部分活动发生在始新世中期，当时地球从较温暖的气候过渡到较凉爽的气候。但MECO（大约在4000万年前）中断了这一趋势，代表了该时代结束前的最后一次重大温度升高，该时代的结束以南极冰川作用为标志。为了研究二氧化碳在这次变暖事件中的作用，研究人员分析了从塔斯马尼亚岛东海岸外海底深处采集的沉积物。岩芯包含跨越相关时间间隔的化石记录。
研究人员依靠两种独立的有机代用指标，也称为古温度计，来重建MECO期间海面温度的变化。两者都基于特定微生物分子残骸结构特征的变化（由于温度变化而产生）。换句话说，该团队分析了特定分子，其中某些变化已知能反映温度变化。
荷兰乌得勒支大学的古生态学家、研究合著者 Alexander Houben 说，长期以来，MECO 对气候研究人员来说一直是个谜。尽管有很多证据表明在此期间发生了大规模的温度升高，但到目前为止，所有证据都基于不同的代用指标：古代碳酸盐样品中特定氧同位素的出现。然而，氧同位素值不仅受温度影响，还受海水成分和海洋冰流变化的影响。Houben 说，这项研究首次采用了两种独立的代用指标，“可以清楚地区分温度变化和其他因素”。作者报告称，古温度计表明，至少在西南太平洋地区，MECO 期间海面温度升高了 3 到 6 摄氏度。
为了弄清楚 MECO 期间大气二氧化碳增加了多少，研究人员通过确定称为烯酮的有机分子中稳定碳同位素的比率，重建了其浓度的变化。这些分子（由藻类产生）的组成变化可以作为大气二氧化碳的指标。同位素比例也受藻类生长速率的影响，而藻类生长速率与水中可用的食物和营养物质成正比。因此，作者考虑了多种情景来解释营养物质可用性的变化，最终得出结论，MECO 期间二氧化碳浓度增加了两到三倍。
加州大学圣克鲁兹分校地球和行星科学教授 James Zachos 专门研究该研究中使用的时间段和方法，他在给《大众科学》的电子邮件中表示，除了可能高估了二氧化碳的平均分压及其上升幅度外，“数据看起来是合理的”。他说，这项研究增加了价值，因为“在一个岩芯中应用多个代用指标记录来重建气候是独特的，至少对于这个时间间隔而言是这样。”
Houben 说，MECO 提供了一个有用的“历史实验室”，与气候研究人员感兴趣的其他历史性变暖事件相比，可以在更长的时间尺度内研究气候动力学。通过研究更长时期内的二氧化碳变化和温度动态，研究人员可以更清楚地了解长期气候反馈（例如海洋碳化学变化和/或植被大规模变化）所发挥的仍然部分未知的作用。
目前，气候学家对短期反馈（如水蒸气或海冰变化）的作用有了更好的理解。 顺便说一下，MECO 时期没有冰川，因此 Hoeben 的小组可以专门研究二氧化碳与温度之间的关系，而无需考虑海冰量的变化也会升高温度这一事实。 “我们已经表明，如果将这些长期因素考虑在内，那么二氧化碳很可能成为温度升高的主要因素，尤其是在没有大型冰盖的世界中，”Houben 说。
他说，这一结果将帮助气候学家更好地掌握气候敏感性的概念——全球温度升高在多大程度上完全取决于二氧化碳的相应升高。作者得出结论，MECO 期间的气候敏感性导致大气二氧化碳每增加一倍，温度升高 2 至 5 摄氏度。
这项研究确实留下了一个悬而未决的大问题：所有 MECO 二氧化碳从何而来？ Houben 说，这仍然是一个推测领域，尽管科学家们相当确定来源不是有机的。 无论二氧化碳是如何到达那里的，这项研究的结论都很简单：“过去，”Zachos 说，“每当大气中二氧化碳水平升高时，气候就会变暖。”