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O Máximo Térmico do Paleoceno-Eoceno (MTPE, PETM em inglês), chamado também de Máximo Térmico do Eoceno Inicial, ou Máximo Térmico do Paleoceno Superior, foi uma brusca mudança do clima que marcou o fim do Paleoceno e o começo do Eoceno, há 55,8 milhões de anos. Trata-se de um dos períodos de mudança do clima mais significativos da era Cenozoica, alterando repentinamente a circulação oceânica e a atmosférica, provocando a extinção de múltiplos foraminíferos bentônicos, e causando grandes mudanças sobre os mamíferos terrestres, marcando assim a aparição das linhagens dos mamíferos atuais.
Em apenas 20 mil anos, a temperatura média terrestre aumentou em 6 ºC, com um correspondente aumento do nível do mar, bem como um aquecimento dos oceanos. Apesar de o aquecimento poder ter sido desencadeado por múltiplas causas, acredita-se que as causas principais foram a forte atividade vulcânica e a emissão de gás metano que se encontrava armazenado nos clatratos dos sedimentos oceânicos, e que puderam intensificar o aquecimento. Além disso, as concentrações de dióxido de carbono (CO2) na atmosfera aumentaram significativamente, perturbando o seu ciclo e causando a elevação da lisoclina e escassez de oxigênio nas profundezas oceânicas, o que provocou a maioria das extinções marinhas.
Apesar do escasso gelo, o nível do mar ascendeu significativamente devido ao acréscimo da temperatura. Prova disso é o deslocamento dos palinomorfos (partículas do tamanho de um grão de pólen) do Oceano Ártico, que refletem uma diminuição da matéria orgânica terrestre em comparação com a matéria orgânica marinha. Em várias partes da maioria dos oceanos, especialmente no norte do Oceano Atlântico, a bioturbação (a reexposição de material, geralmente tóxico, que se encontra armazenado sob os sedimentos) era quase inexistente. Isto poderia dever-se ao câmbio da circulação oceânica, que causou que o fundo oceânico aumentasse a sua temperatura, e com isso que apenas albergara oxigênio (anóxia). Contudo, em alguns lugares dos oceanos a bioturbação não cessou.