Геологический температурный рекорд - Geologic temperature record

Информацию об изменениях температуры в других временных масштабах см. Глобальный температурный рекорд.

В геологическая запись температуры изменения в земной шар с среда как определено из геологический доказательства от многомиллионности к миллиарду (109) шкалы времени года. Изучение прошлых температур дает важное палеоэкологическое понимание, потому что это компонент климата и океанография времени.

Методология

Смотрите также: Палеоклиматология, Палеотермометр, Морская изотопная стадия, и Хронология оледенения

Доказательства прошлых температур исходят в основном из изотопных соображений (особенно δ18О ); соотношение Mg / Ca в foram тесты, и алкеноны, тоже полезны. Часто многие из них используются вместе для получения оценки температуры с помощью нескольких прокси. Это оказалось решающим в исследованиях ледниковой / межледниковой температуры.[1]

Описание записи температуры

Плейстоцен

Реконструкция последних 5 миллионов лет истории климата на основе фракционирование изотопов кислорода в кернах глубоководных отложений (служащих прокси для общей глобальной массы ледниковых щитов), подогнанных к модели орбитальное форсирование (Лисецки и Раймо, 2005)[2] и температурной шкале, полученной из Восток ледяные керны по Petit et al. (1999).[3]

В последние 3 миллиона лет были охарактеризованы циклами ледников и межледниковья в постепенно углубляющихся Ледниковый период. В настоящее время, Земля находится в межледниковом периоде, начиная примерно с 20000 лет назад (20 тыс. Лет назад).

Циклы оледенения включают рост и отступление континентальных ледяных щитов в Северном полушарии и включают колебания в ряде временных масштабов, особенно в масштабах 21, 41 и 100 тысячелетий. Такие циклы обычно интерпретируются как которую вел предсказуемые изменения на орбите Земли, известные как Циклы Миланковича. В начале Средний плейстоцен (0,8 миллиона лет назад, близко к Брюнес – Матуяма геомагнитная инверсия ) был в значительной степени необъяснимый переключение доминирующей периодичности оледенений с цикла 41 тыс. лет на 100 тыс. лет.

Постепенное усиление этого ледникового периода за последние 3 миллиона лет было связано со снижением концентрации парниковый газ углекислый газ, хотя остается неясным, является ли это изменение достаточно большим, чтобы вызвать изменения в температуры. Понижение температуры может вызвать уменьшение углекислого газа, поскольку Закон Генри углекислый газ более растворим в более холодной воде, что может составлять 30 ppmv из 100 ppmv уменьшения концентрации углекислого газа во время последнего ледникового максимума. [1]

Точно так же начало этой фазы углубления также примерно соответствует закрытию Панамский перешеек действием тектоника плит. Это предотвратило прямой океанский поток между Тихим и Атлантическим океанами, который оказал бы значительное влияние на циркуляцию океана и распределение тепла. Однако исследования по моделированию неоднозначны в отношении того, могло ли это быть прямой причиной усиления нынешнего ледникового периода.

Этот недавний период велосипедного климата является частью более продолжительного ледникового периода, который начался около 40 миллион лет назад с оледенением Антарктида.

Начальные термические максимумы эоцена

Изменение климата за последние 65 миллионов лет. Истинная величина ПЭТМ, вероятно, будет занижена на этом рисунке из-за грубого отбора проб.[4]

В самой ранней части эоцен период наблюдалась серия резких тепловых всплесков продолжительностью не более нескольких сотен тысяч лет. Наиболее ярко выраженный из них Палеоцен-эоценовый термальный максимум (PETM) виден на рисунке справа. Обычно они интерпретируются как вызванные резким выбросом метан из клатраты (замороженные метановые льды, которые накапливаются на дне океана), хотя некоторые ученые спорят, что метана было бы достаточно, чтобы вызвать наблюдаемые изменения.[нужна цитата ] Во время этих событий температура в Арктический океан возможно, достигли уровней, более характерных для современных умеренных (то есть средних широт) океанов.[нужна цитата ] Во время PETM глобальная средняя температура, по-видимому, поднялась на целых 5-8 ° C (9-14 ° F) до средней температуры до 23 ° C (73 ° F), в отличие от среднемировой температура сегодня чуть ниже 15 ° C (60 ° F). Геологи и палеонтологи считают, что на протяжении большей части палеоцена и раннего эоцена полюса не имели ледяных шапок, а пальмы и крокодилы жили за Полярным кругом, в то время как на большей части континентальной части Соединенных Штатов среда была субтропической.[5]

Меловой термический оптимум

Основная статья: Температурный максимум мелового периода

Во время более поздней части Меловой, из 66 к 100 миллион лет назад, средние глобальные температуры достигли самого высокого уровня за последние ~ 200 миллионов лет.[6] Это, вероятно, является результатом благоприятной конфигурации континентов в этот период, которая позволила улучшить циркуляцию в океанах и препятствовала образованию крупномасштабного ледяного покрова.[нужна цитата ]

Колебания в течение оставшейся части фанерозоя

500 миллионов лет изменения климата[7]

В Фанерозой эон, охватывающий последние 542 миллиона лет и почти все время с момента возникновения сложной многоклеточной жизни, в более общем плане был периодом колебаний температуры между ледниковыми периодами, такими как нынешний возраст, и "Оптимальный климат ", аналогично тому, что происходило в меловом периоде. За это время произошло примерно 4 таких цикла с интервалом примерно 140 миллионов лет между климатическими оптимумами. Помимо настоящего, ледниковые периоды имели место во время Пермский период -Каменноугольный интервал и поздно Ордовик -рано Силурийский. Также есть "более прохладный" интервал во время Юрский и ранний меловой период, с признаками увеличения морского льда, но отсутствие континентов на обоих полюсах в течение этого интервала предотвратило образование континентальных ледяных щитов, и, следовательно, это обычно не рассматривается как полноценный ледниковый период. Между этими холодными периодами были более теплые условия, которые часто назывались климатическими оптимумами. Однако было трудно определить, были ли эти более теплые интервалы на самом деле более горячими или холодными, чем во время оптимумов мелового периода.

Позднепротерозойские ледниковые периоды

В Неопротерозойский эпоха (От 1000 до 541 миллион лет назад), свидетельствует как минимум о двух, а возможно, и более крупных оледенениях. Более поздний из этих ледниковых периодов, охватывающий мариноские и варяжские ледниковые максимумы (около От 560 до 650 миллион лет назад), был предложен в качестве снежный ком Земля событие с непрерывным морским льдом, достигающим почти экватора. Это значительно более сурово, чем ледниковый период фанерозоя. Поскольку этот ледниковый период закончился лишь немного раньше, чем быстрое разнообразие жизни во время Кембрийский взрыв Было высказано предположение, что этот ледниковый период (или, по крайней мере, его конец) создал условия, благоприятные для эволюции. Более ранние ледниковые максимумы Стурта (~ 730 миллионов лет) также могли быть снежным комом Земли, хотя это не доказано.

Изменения, которые приводят к возникновению земных событий как снежный ком, не очень хорошо известны, но утверждалось, что они обязательно привели к своему собственному концу. Широко распространенный морской лед предотвращает отложение свежих карбонатов в океанических отложениях. Поскольку такие карбонаты являются частью естественного процесса рециркуляции диоксида углерода, короткое замыкание этого процесса позволяет диоксиду углерода накапливаться в атмосфере. Это увеличивает парниковый эффект и в конечном итоге приводит к повышению температуры и отступлению морского льда.[8]

Общий вид

Прямая комбинация этих интерпретированных геологических температурных данных не обязательно действительна, равно как и их комбинация с другими более свежие записи температуры, которые могут использовать разные определения. Тем не менее, общая перспектива полезна, даже если она неточна. В этом представлении время отображается в обратном направлении от настоящего, взятого за 2015 г. н.э. Это масштабируется линейный в пяти отдельных сегментах, расширяющихся примерно на порядок на каждом вертикальном изломе. Температуры на левой панели очень приблизительны и лучше всего рассматриваются как качественные показатели.[9] Дополнительная информация приведена на страница описания графика.

Все palaeotemps.svg

Другие температурные изменения в прошлом Земли

До неопротерозоя свидетельства изменений температуры и оледенения обычно слишком разрозненные и спорадические, чтобы делать твердые выводы, хотя кажется вероятным, что колебания температуры также были существенными в этот период.[нужна цитата ]

Реконструкция температуры на основе изотопов кислорода и кремния из образцов горных пород предсказала гораздо более высокие температуры докембрийского моря.[10][11] Эти прогнозы предполагают температуру океана 55–85 ° C в период От 2000 до 3500 миллион лет назадс последующим охлаждением до более мягких температур от 10 до 40 ° C 1,000 миллион лет назад. Реконструированные белки из докембрийских организмов также предоставили доказательства того, что древний мир был намного теплее, чем сегодня.[12][13]

Однако другие данные свидетельствуют о том, что период От 2000 до 3000 миллион лет назад в целом был более холодным и более ледниковым, чем последние 500 миллионов лет.[нужна цитата ] Считается, что это результат солнечный радиация примерно на 20% ниже, чем сегодня. Солнечная светимость была на 30% тусклее, когда Земля сформировалась 4,5 миллиарда лет назад,[14] и ожидается, что в будущем его яркость будет увеличиваться примерно на 10% за миллиард лет.[15]

В очень долгих временных масштабах эволюция Солнца также является важным фактором в определении климата Земли. Согласно стандартным солнечным теориям, Солнце будет постепенно увеличиваться в яркости как естественная часть его эволюции после того, как началось с интенсивности примерно 70% от его современного значения. Первоначально низкая солнечная радиация в сочетании с современными значениями парниковых газов была бы недостаточной для того, чтобы на поверхности Земли оставались жидкие океаны. Однако доказательства наличия жидкой воды на поверхности были продемонстрированы еще в 4,400 миллион лет назад. Это известно как слабый парадокс молодого солнца и обычно объясняется ссылками на гораздо более высокие концентрации парниковых газов в ранней истории Земли, хотя такие предложения плохо ограничиваются существующими экспериментальными данными.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Sigman, D.M .; E.A. Бойл (октябрь 2000 г.). «Ледниковые / межледниковые вариации содержания двуокиси углерода в атмосфере» (PDF). Природа. 407 (6806): 859–869. Bibcode:2000Натура.407..859С. Дои:10.1038/35038000. PMID  11057657. S2CID  7136822. Архивировано из оригинал (PDF) 24 февраля 2012 г.
  2. ^ Lisiecki, Lorraine E .; Раймо, Морин Э. (январь 2005 г.). "Плиоцен-плейстоценовый стек 57 глобально распространенных бентосных d18O записи " (PDF). Палеоокеанография. 20 (1): PA1003. Bibcode:2005PalOc..20.1003L. Дои:10.1029 / 2004PA001071. HDL:2027.42/149224.
    • Добавка: Lisiecki, L.E .; Раймо, М. Э. (2005). «Плиоцен-плейстоценовый набор глобально распределенных бентосных записей стабильных изотопов кислорода». Пангея. Дои:10.1594 / PANGAEA.704257.
    Lisiecki, L.E .; Раймо, М. Э. (май 2005 г.). "Поправка" к плиоцен-плейстоценовой сумке 57 глобально распространенных бентосных δ18O записи"". Палеоокеанография. 20 (2): PA2007. Bibcode:2005PalOc..20.2007L. Дои:10.1029 / 2005PA001164.
    данные: Дои:10.1594 / PANGAEA.704257.
  3. ^ Petit, J. R .; Jouzel, J .; Raynaud, D .; Барков, Н. И .; Barnola, J.M .; Basile, I .; Бендер, М .; Chappellaz, J .; Дэвис, Дж .; Delaygue, G .; Delmotte, M .; Котляков, В. М .; Legrand, M .; Липенков, В .; Lorius, C .; Pépin, L .; Ritz, C .; Saltzman, E .; Стивенард, М. (1999). «История климата и атмосферы за последние 420 000 лет из ледяного ядра Востока в Антарктиде». Природа. 399 (6735): 429–436. Bibcode:1999Натура.399..429P. Дои:10.1038/20859. S2CID  204993577.
  4. ^ Zachos, J .; Pagani, M .; Sloan, L .; Thomas, E .; Биллапс, К. (2001). «Тенденции, ритмы и аберрации глобального климата с 65 млн лет по настоящее время». Наука. 292 (5517): 686–693. Bibcode:2001Sci ... 292..686Z. Дои:10.1126 / science.1059412. PMID  11326091. S2CID  2365991.
  5. ^ NOAA. "Что на Земле было самой горячей?". Climate.gov. Национальное управление океанических и атмосферных исследований. Получено 19 февраля 2015.
  6. ^ Renne, Paul R .; Дейно, Алан Л .; Hilgen, Frederik J .; Kuiper, Klaudia F .; Марк, Даррен Ф .; Митчелл, Уильям С .; Morgan, Leah E .; Мундил, Роланд; Смит, янв (7 февраля 2013 г.). "Временные рамки критических событий на границе мела и палеогена". Наука. 339 (6120): 684–687. Bibcode:2013Научный ... 339..684R. Дои:10.1126 / science.1230492. PMID  23393261. S2CID  6112274.
  7. ^ Вейзер, Дж. (1999). "87Sr /86Sr, δ13C и δ18О эволюции фанерозойской морской воды ». Химическая геология. 161 (1–3): 59–88. Bibcode:1999ЧГео.161 ... 59В. Дои:10.1016 / S0009-2541 (99) 00081-9.
  8. ^ Eyles, N .; Янущак, Н. (2004). "'Зиппер-рифт »: тектоническая модель неопротерозойских оледенений во время распада Родинии после 750 млн лет назад». Обзоры наук о Земле. 65 (1–2): 1–73. Bibcode:2004ESRv ... 65 .... 1E. Дои:10.1016 / S0012-8252 (03) 00080-1.
  9. ^ Ройер, Дана (23 марта 2014 г.). "Комментарий Даны Ройер в RealClimate". RealClimate. Получено 26 марта 2014.
  10. ^ Кнаут, Л. Пол (2005). «История температуры и солености Докембрийского океана: последствия для хода микробной эволюции». Палеогеография, палеоклиматология, палеоэкология. 219 (1–2): 53–69. Bibcode:2005ППП ... 219 ... 53К. Дои:10.1016 / j.palaeo.2004.10.014.
  11. ^ Шилдс, Грэм А .; Кастинг, Джеймс Ф. (2006). «Палеотемпературная кривая для докембрийских океанов на основе изотопов кремния в кремнях». Природа. 443 (7114): 969–972. Bibcode:2006Натура.443..969р. Дои:10.1038 / природа05239. PMID  17066030. S2CID  4417157.
  12. ^ Гоше, EA; Говиндараджан, S; Ганеш, ОК (2008). «Палеотемпературный тренд докембрийской жизни по воскресшим белкам». Природа. 451 (7179): 704–707. Bibcode:2008Натура.451..704Г. Дои:10.1038 / природа06510. PMID  18256669. S2CID  4311053.
  13. ^ Риссо, Вирджиния; Gavira, JA; Мехиа-Кармона, Д.Ф. (2013). «Гиперстабильность и субстратная неразборчивость в лабораторных воскрешениях докембрийских b-лактамаз». J Am Chem Soc. 135 (8): 2899–2902. Дои:10.1021 / ja311630a. PMID  23394108.
  14. ^ "Эволюция Солнца".
  15. ^ «Каков жизненный цикл Солнца? - Вселенная сегодня». Universetoday.com. 22 декабря 2015 г.. Получено 7 апреля 2018.