Палеотермометр - Paleothermometer

А палеотермометр это методика определения прошлого температуры используя доверенное лицо найдены в естественных записях, таких как осадок, ледяной керн, годичные кольца или же TEX86.

Все palaeotemps.svg

Общие палеотермометры

δ18О

Основная статья: δ18О

В изотопное соотношение из 18О, чтобы 16O, как правило, в виде проб или ледяных кернов. Высокие значения означают низкие температуры. Смущает объем льда - больше льда - выше δ18О значения.

Вода в океане в основном состоит из H216O, с небольшим количеством HD16O и H218О. В Стандартная средняя океанская вода (SMOW) отношение D к H равно 155.8×10−6 и 18O /16О это 2005×10−6. Фракционирование происходит во время переходов между конденсированной и паровой фазами: давление пара более тяжелых изотопов ниже, поэтому пар содержит относительно больше легких изотопов, а когда пар конденсируется, осадки преимущественно содержат более тяжелые изотопы. Отличие от SMOW выражается как

;

и аналогичная формула для δD. δ18О значения осадков всегда отрицательны. Основное влияние на δ18О это разница между температурой океана, в которой испарилась влага, и местом, где выпали последние осадки; поскольку температура океана относительно стабильна, δ18О значение в основном отражает температуру, при которой выпадают осадки. Учитывая, что осадки образуются выше инверсионный слой, остается линейная зависимость:

который эмпирически откалиброван на основе измерений температуры и δ18О как a = 0,67 ‰ / ° С за Гренландия и 0,76 ‰ / ° С для востока Антарктида. Изначально калибровка проводилась на основе пространственный изменения температуры, и предполагалось, что это соответствует временный вариации (Jouzel, Merlivat, 1984). В последнее время, скважинная термометрия показал, что для ледниково-межледниковых вариаций a = 0,33 ‰ / ° С (Cuffey et al., 1995), подразумевая, что межледниково-ледниковые изменения температуры были в два раза больше, чем считалось ранее.

Mg / Ca и Sr / Ca

Магний (Mg) входит в состав кальцитовых панцирей (проб) планктона и бентоса. фораминиферы как микроэлемент.[1] Поскольку включение Mg в качестве примеси в кальцит является эндотермическим,[2] больше включается в растущий кристалл при более высоких температурах. Следовательно, высокое отношение Mg / Ca подразумевает высокую температуру, хотя экологические факторы могут искажать сигнал. Mg имеет долгую Время жительства в океане, и поэтому можно в значительной степени игнорировать влияние изменений Mg / Ca в морской воде на сигнал.[3]

Стронций (Sr) входит в состав кораллового арагонита,[4][5] и точно установлено, что точное соотношение Sr / Ca в скелете коралла показывает обратную корреляцию с температурой морской воды во время ее биоминерализации.[6][7]

Алкеноны

Дальнейшая информация: Алкенон, Индекс ненасыщенности алкенона, и TEX86

Распределение органических молекул в морских отложениях отражает температуру.

Физиогномика листа

Характерные размеры листа, формы и распространенность таких особенностей, как наконечники капель («физиогномика листьев или листвы»), различается между тропические леса (многие виды с крупными листьями с гладкими краями и кончиками капель) и лиственными лесами умеренного пояса (часто встречаются более мелкие классы размеров листьев, часто имеют зубчатые края), и часто он постоянно меняется между участками в зависимости от климатических градиентов, например от жаркого климата к холодному или высокого к малому количеству осадков.[8] Этот разброс между участками в зависимости от градиентов окружающей среды отражает адаптивные компромиссы присутствующих видов, чтобы сбалансировать потребность в улавливании световой энергии, управлять притоком и потерей тепла, одновременно максимизируя эффективность газообмена, испарение и фотосинтез. Количественный анализ современной физиогномики листьев растительности и реакции климата на градиенты окружающей среды в основном проводился. одномерный, но многомерный подходы объединяют множественные признаки листьев и климатические параметры. Температура была оценена (с разной степенью точности) с использованием физиогномики листьев для Поздний мел и Кайнозойский листовые флоры, в основном используя два основных подхода:[9]

Анализ маржи листа

А одномерный подход, основанный на наблюдении, что доля древесных двудомный виды с гладкими (т.е. беззубыми) поля листа (0 ≤ пполе ≤ 1) в растительности изменяется пропорционально средней годовой температуре (MAT[10]).[11] Требует разделения ископаемой флоры на морфотипы (то есть «виды»), но не требует их идентификации. Исходное уравнение регрессии LMA было получено для лесов Восточной Азии,[12] и является:

МАТ = 1,141 + (0,306 × пполе), стандартная ошибка ± 2,0 ° C

 

 

 

 

(1)

Ошибка оценки LMA выражается как ошибка биномиальной выборки:[13]

 

 

 

 

(2)

где c - наклон уравнения регрессии LMA, пполе как используется в (1), и р - это количество видов, оцененных по типу края листа для отдельной ископаемой листовой флоры. Калибровки LMA были получены для основных регионов мира, включая Северную Америку,[14] Европа,[15] Южная Америка,[16] и Австралия.[17] Прибрежные и водно-болотные угодья имеют несколько иное уравнение регрессии, поскольку в них пропорционально меньше растений с гладкими краями. это[18]

МАТ = 2,223 + (0,363 × пполе), стандартная ошибка ± 2,0 ° C

 

 

 

 

(1′)

CLAMP (многомерная программа климатического анализа листьев)

CLAMP - это многомерный подход, в значительной степени основанный на наборе данных о растительности преимущественно западного полушария,[19] впоследствии добавлены наборы данных по дополнительной региональной растительности мира.[20][21] Канонический корреляционный анализ используется комбинация 31 символа листа, но тип края листа представляет собой важную составляющую взаимосвязи между физиогномическими состояниями и температурой. Используя CLAMP, MAT оценивается с небольшими стандартными ошибками (например, CCA ± 0,7–1,0 ° C). С помощью CLAMP можно оценить дополнительные температурные параметры, такие как средняя температура самого холодного месяца (CMMT) и средняя температура самого теплого месяца (WMMT), которые дают оценки для средних зимних и летних условий соответственно.

Анализ аналогии / сосуществования ближайших живых родственников

Некоторые растения предпочитают определенные температуры; если их пыльца будет найдена, можно определить приблизительную температуру.

13C-18О связи в карбонатах

Существует небольшая термодинамическая тенденция тяжелых изотопов к образованию связей друг с другом, что превышает то, что можно было бы ожидать от стохастический или случайное распределение одинаковой концентрации изотопов. Избыток максимален при низкой температуре (см. Уравнение Ван 'т Гоффа ), причем распределение изотопов становится более рандомизированным при более высокой температуре. Наряду с тесно связанным феноменом равновесное фракционирование изотопов, этот эффект возникает из-за различий в энергия нулевой точки среди изотопологи. Карбонатные минералы, такие как кальцит, содержат CO32− группы, которые могут быть преобразованы в CO2 газ путем реакции с концентрированной фосфорной кислотой. Сотрудничество2 газ анализируется с помощью масс-спектрометра для определения содержания изотопологов. Параметр Δ47 измеренная разница в концентрации между изотопологи массой 47 ты (по сравнению с 44) в образце и гипотетическом образце с одинаковым объемным изотопным составом, но стохастический распределение тяжелых изотопов. Лабораторные эксперименты, квантово-механические расчеты и природные образцы (с известными температурами кристаллизации) показывают, что Δ47 соотносится с обратным квадратом температура. Таким образом, Δ47 измерения позволяют оценить температуру, при которой образовался карбонат. 13C-18O палеотермометрия не требует предварительных знаний о концентрации 18O в воде (что δ18O метод). Это позволяет 13C-18Палеотермометр, который будет применяться к некоторым образцам, включая пресноводные карбонаты и очень старые породы, с меньшей неоднозначностью, чем другие методы, основанные на изотопах. В настоящее время этот метод ограничен очень низкой концентрацией изотопологов с массой 47 и выше в CO.2 производятся из природных карбонатов, а также из-за нехватки инструментов с соответствующими матрицами детекторов и чувствительностью. Изучение этих типов реакций изотопного упорядочения в природе часто называют геохимия "слипшихся изотопов".[22][23]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Брэнсон, Оскар; Редферн, Саймон А.Т .; Тылищак, Толек; Садеков Алексей; Лангер, Джеральд; Кимото, Кацунори; Элдерфилд, Генри (1 декабря 2013 г.). «Координация Mg в кальците фораминифер». Письма по науке о Земле и планетах. 383: 134–141. Bibcode:2013E и PSL.383..134B. Дои:10.1016 / j.epsl.2013.09.037.
  2. ^ Кац, Амитаи (июнь 1973 г.). «Взаимодействие магния с кальцитом при росте кристаллов при 25–90 ° C и одной атмосфере». Geochimica et Cosmochimica Acta. 37 (6): 1563–1586. Bibcode:1973GeCoA..37.1563K. Дои:10.1016/0016-7037(73)90091-4.
  3. ^ Лир, Ч.; Rosenthal, Y .; Слоуи, Н. (2002). «Mg / Ca-палеотермометрия бентосных фораминифер: пересмотренная калибровка керна». Geochimica et Cosmochimica Acta. 66 (19): 3375–3387. Bibcode:2002GeCoA..66.3375L. Дои:10.1016 / S0016-7037 (02) 00941-9.
  4. ^ Casey, W.H .; Rock P. A .; Chung J. B .; Уоллинг Э. М .; МакБит М. К. (1996). «Энергии Гиббса образования твердых растворов карбонатов металлов - 2». Являюсь. J. Sci. 296 (1): 1–22. Bibcode:1996AmJS..296 .... 1С. Дои:10.2475 / ajs.296.1.1.
  5. ^ Ruiz-Hernandez, S.E .; Grau-Crespo, R .; Ruiz-Salvador, A.R .; Де Леу, Н.Х. (2010). «Термохимия включения стронция в арагонит из атомистического моделирования». Geochimica et Cosmochimica Acta. 74 (4): 1320–1328. Bibcode:2010GeCoA..74.1320R. Дои:10.1016 / j.gca.2009.10.049.
  6. ^ Вебер, Дж. (1973). «Включение стронция в карбонат скелета рифовых кораллов». Геохим. Cosmochim. Acta. 37 (9): 2173–2190. Bibcode:1973GeCoA..37.2173W. Дои:10.1016 / 0016-7037 (73) 90015-Х.
  7. ^ De Villiers, S .; Шен, Г. Т .; Нельсон, Б.К. (1994). «Температурное соотношение Sr / Ca в коралловом арагоните - влияние изменчивости (Sr / Ca) морской воды и параметров роста скелета». Геохим. Cosmochim. Acta. 58 (1): 197–208. Bibcode:1994GeCoA..58..197D. Дои:10.1016 / 0016-7037 (94) 90457-X.
  8. ^ Бейли И. В. и Синнотт Е. В. 1916. Климатическое распределение некоторых видов листьев покрытосеменных. Американский журнал ботаники 3, 24 - 39.
  9. ^ Гринвуд, Д. 2007. Листья и климат североамериканского эоцена: от Вульфа и Дилчера до Бернхема и Уилфа. В: Джарзен, Д., Реталлак, Г., Джарзен, С. и Манчестер, С. (ред.) «Достижения мезозойской и кайнозойской палеоботаники: исследования в честь Дэвида Л. Дилчера и Джека А. Вулфа». Курьер Forschungsinstitut Senckenberg 258: 95 – 108.
  10. ^ часто обозначается как «среднегодовая температура»; среднее значение среднемесячной дневной температуры воздуха для определенного места.
  11. ^ Вулф, Дж. 1979. Температурные параметры влажных и мезических лесов Восточной Азии и их связь с лесами других регионов Северного полушария и Австралазии. Геологическая служба США Проф. Пейпер 1106, 1 - 37.
  12. ^ Wing, S.L. И Гринвуд, Д. 1993. Ископаемые и ископаемый климат: случай равномерных континентальных интерьеров эоцена. Философские труды Королевского общества, Лондон B 341, 243-252.
  13. ^ Wilf, P. 1997. Когда листья хорошие термометры? Новый пример анализа маржи листа. Палеобиология 23, 373-90.
  14. ^ Миллер И.М., Брэндон М.Т. & Hickey, L.J. 2006. Использование анализа границ листа для оценки средне-меловой (альбской) палеошироты блока Баха до н. Э. Письма о Земле и планетологии 245: 95–114.
  15. ^ Трейзер, С., Клотц, С., Уль, Д., и Мосбруггер, В. 2005. Экологические сигналы от листьев - физиогномический анализ европейской растительности. Новый Фитолог 166: 465–484.
  16. ^ Ковальский, Е.А., 2002. Оценка среднегодовой температуры на основе морфологии листьев: тест из тропической Южной Америки. Палеогеография, палеоклиматология, палеоэкология 188: 141-165.
  17. ^ Гринвуд, Д.Р., Уилф, П., Винг, С.Л. И Кристофель, округ Колумбия, 2004. Палеотемпературные оценки с использованием анализа границ листа: Австралия отличается? ПАЛАИ 19(2), 129-142.
  18. ^ СУНДЕРЛИН, Д .; LOOPE, G .; PARKER, N.E .; УИЛЬЯМС, К. Дж. (01.06.2011). "Палеоклиматические и палеоэкологические последствия палеоцен-эоценового комплекса ископаемых листьев, формация Чикалун, Аляска". ПАЛАИ. 26 (6): 335–345. Bibcode:2011Палай..26..335S. Дои:10.2110 / palo.2010.p10-077r. ISSN  0883-1351.
  19. ^ Вулф, Дж. 1993. Метод получения климатических параметров по группам листьев. Бюллетень геологической службы США, 2040, 73с.
  20. ^ Спайсер, Р.А., 2008. ЗАЖИМ. В: В. Горниц (редактор), Энциклопедия палеоклиматологии и древних сред. Springer, Dordrecht, стр. 156-158.
  21. ^ ЗАЖИМ онлайн. «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2011-08-13. Получено 2011-05-18.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  22. ^ Эйлер Дж. М. (2007). ""Сгруппированные изотопы «Геохимия - изучение встречающихся в природе многократно замещенных изотопологов». Письма по науке о Земле и планетах. 262 (3–4): 309–327. Bibcode:2007E и PSL.262..309E. Дои:10.1016 / j.epsl.2007.08.020.
  23. ^ Бернаскони, Стефано М .; Schmid, Thomas W .; Грауэль, Анна-Лена; Муттерлозе, Йорг (июнь 2011 г.). «Сгруппированная изотопная геохимия карбонатов: новый инструмент для реконструкции температуры и изотопного состава кислорода морской воды». Прикладная геохимия. 26: S279-S280. Дои:10.1016 / j.apgeochem.2011.03.080.