从寒武纪（Cambrian）至今，地球经历了沧海桑田，环境发生了巨大的变化，其中地球表面平均温度（GMST，以下简称温度）也发生了极热到极寒，又到极热的多次变换。
本研究综合了之前关于地球温度变化的研究方法，估计了对自奥陶纪（Ordovician）以来4.85亿年的地球温度变化。
【自奥陶纪始4.85亿年地球表面温度变化（黑曲线），以及地球南北极冰盖的覆盖范围（顶部绿色条形图）】
研究显示，奥陶纪以来，最低的温度为11℃，出现在更新世（Pleistocene）晚期，即1.17-12.9万年以前；最高温度出现为36℃，出现在白垩纪（Cretaceous）中晚期，距今约8900-9400万年前。
整个奥陶纪温度整体偏高，但是在逐渐降低；特别是奥陶纪末，温度骤降，加之冈瓦纳超大陆的扩大，使得地球从中高纬度到两极出现了冰盖。这时正好和地球第一次物种大灭绝（晚奥陶纪物种大灭绝）重合。志留纪（Silurian）时期温度相对较低；但是其到泥盆纪（Devonian）的转变也伴随着气温骤升；在泥盆纪的中晚期（距今3.7亿年前），伴随着大量的火山活动，气温再度升高，导致了第二次的物种大灭绝。其后整个古生代都保持了较低的温度，包括石炭纪（Carboniferous）和二叠纪（Permian），地球中高纬度存在大量冰盖。特别是石炭纪，空气中二氧化碳减少，大量氧气的存在，使得气温长期保持较低水平。二叠纪末随着西伯利亚火山的大爆发，地球温度急剧升高，造成了第三次物种大灭绝，也是最严重的一次物种大灭绝，有超过95%的物种从地球上消失。随后开始了中生代（Mesozoic）。
【地球陆地面积的变化。整个古生代陆地面积均比现在小很多；三叠纪的时期陆地面积比现在较大。】
在中生代三叠纪（Triassic）早期，地球保持了长期的干旱炎热。到了三叠纪中期，地球经历了百万年的暴雨阶段，即卡尼期洪积期Carnian pluvial episode， 导致了气温骤降。其后整个中生代整体维持了温度逐步升高的趋势，直到中生代末期，气温出现了下降的趋势。到6600万年前，恐龙灭绝，中生代结束。
卡尼期洪积期：发生在中生代三叠纪的卡尼期，距今2.3亿年。大量的降雨，使得气候变得湿润，这大大促进了恐龙的分化和演化，也对四足类的演化产生了重大影响。这一时期也发现了最古老的琥珀。
新生代（Cenozoic）早期出现了温度急剧升高的情况，特别是5600万年前的古新世-始新世极热事件（Paleocene–Eocene Thermal Maximum），导致全球平均气温升高了5-8℃，极端的高温，地球冰盖融化，海平面大幅升高。其后，地球温度持续下降，冰盖再次在两极和中高纬度形成，进入第四纪（Quaternary）冰川时代。
新世-始新世极热事件：大约5600万年前的古新世和始新世，持续了20万年，伴随着大量的碳进入海洋和大气，这些碳的来源还不得而知，推测可能是剧烈的火山活动以及大量生物沉积碳的释放造成的。这一时期也伴随着大量的降水和一些地区的严重干旱。冰盖融化，大量淡水进入海洋，一些地区海平面上升了20-50米；海洋出现了大缺氧事件和海水酸化，大量物种灭亡。
【新生代全球气温变化和氧同位素变化】
纵观整个4.85亿年的地球史，高温和相对高温占了41%的时间，而31%的时间是相对较冷的时期。像我们今天所处的极寒状态，在地球最近数亿年上并不常见（13%的时间）。
那么地球生物能否忍受地球上长期的高温状态。对于多细胞生物，现在的生物学研究显示，绝大多数物种能够忍受上限35-40℃的温度，一些适应沙漠环境的植物或许还能忍受更高的温度，但是超过45℃时，光合作用强度会骤降。当然，对于远古物种，经历千百万年的演化，特别是经历了多次物种大灭绝的情况下，物种有可能进化出适应更高温度的能力。
什么原因导致了地球气温的大幅波动？或许有很多原因，但是地球大气中的二氧化碳浓度和温度高低有显著的相关性。而其他影响因素，比如日照强度、非二氧化碳气体浓度等对地球温度影响没有预期的那么大。也就是说，在百万年的大时间尺度上，我们可以根据二氧化碳浓度来精确预测地球温度高低。
【大气二氧化碳浓度变化和地球表面温度变化趋势（A）和相关性（B）】
本研究显示，地球气温的变动比我们之前估计的要大，随着气温的变化，地球高纬度的冰盖反复出现消融，低纬度地区气温在22-42℃之间振荡。我们今天虽然面临着全球气温升高的压力，但是从地球数亿年的温度变化看，我们仍然处于地球的极寒时期。
【THE END】
附：地球分期：
资料来源：
Judd, E. J., Tierney, J. E., Lunt, D. J., Montañez, I. P., Huber, B. T., Wing, S. L., & Valdes, P. J. (2024). A 485-million-year history of Earth’s surface temperature. Science, 385(6715), eadk3705.
https://en.wikipedia.org/wiki/Paleocene%E2%80%93Eocene_Thermal_Maximum
https://en.wikipedia.org/wiki/Carnian_pluvial_episode
