Полярные леса мелового периода - Polar forests of the Cretaceous - Wikipedia

Дальнейшая информация: Южнополярный регион мелового периода

Меловые полярные леса мы умеренные леса которые выросли в полярных широтах в последний период Мезозойский Эра, известная как Меловой Период 145–66 млн лет.[1] В этот период средняя мировая температура была примерно на 10 ° C (18 ° F) выше и углекислый газ (CO2) уровней были примерно 1000 частей на миллион (ppm), что в 2,5 раза превышает текущую концентрацию в атмосфере Земли.[2] Обилие углекислого газа в атмосфере оказало очень значительное влияние на глобальный климат и природные системы Земли, поскольку его концентрация считается одним из основных факторов в развитии ярко выраженной теплица Земля в течение мелового периода с очень низким средним градиентом глобальной температуры. Как следствие, высокие палеошироты в обоих полушариях были намного теплее, чем в настоящее время. Этот температурный градиент отчасти был причиной отсутствия континентальной кусочки льда в полярных регионах.[2]

В ответ на повышение глобальной температуры земная гидрологический цикл был значительно усилен за счет большего объема испарения влаги с поверхности океана. В свою очередь, абсолютная уровень моря в этот период времени стояла на отметках намного выше нынешнего уровня. Континентальное вторжение морской воды сформировало обширные мелководные моря, в том числе просторы эпейрические моря.

Увеличение площади поверхности между мелкой теплой эпейрической морской водой и атмосферой позволяет увеличить скорость испарения и выпадать больше осадков на различных широтах, что приводит к более умеренному климату на планете. Широко распространенный умеренный климат также оказал значительное влияние на экосистемы высоких широт.

Меловые полярные леса

В меловой период леса умеренного пояса процветали в полярных широтах,[2] поскольку было заметное отличие от нынешних условий в высоких широтах во время полярных сезонов мелового периода.[3] Продолжительность летнего солнечного света и зимней темноты составляла примерно 5 месяцев каждый.[4] Считается, что это изменение света сыграло решающую роль в составе и эволюции полярных лесов. Свидетельства окаменелости флоры свидетельствуют о наличии палеолесов до широты 85 ° как в Северном, так и в Южном полушариях. Доминирующие формы растительности в этих высоких широтах в течение предыдущих 100 миллионов лет быстро развивались и в конечном итоге заменялись в течение времени, известного как Меловая земная революция. Во время меловой земной революции хвойные породы, саговники и папоротники были выборочно заменены покрытосеменные и голосеменные, став основным видом, доминирующим в высоких палеоширотах. В этом тепличном мире мелового периода преимущественно считались арктические хвойные леса. лиственный, в то время как те, что росли в Антарктиде, содержали значительно большую долю вечнозеленые растения.[3]

Исследование 2019 года показало, что первые цветы покрытосеменных достигли Австралии 126 миллионов лет назад, что также изменило дату появления полярных позвоночных южной Австралии на 126-110 миллионов лет назад.[5]

Диверсификация лесов

В раннем меловом периоде, примерно 130 миллионов лет назад, произошла крупная диверсификация покрытосеменных растений, которая привела к значительным эволюционным изменениям в составе лесов на высоких палеоширотах. Разнообразие покрытосеменных растений тесно связано с насекомыми, собирающими пыльцу и нектар. Считается, что диверсификация этих насекомых существенно повлияет на скорость распространения покрытосеменных. видообразование.[6] Каким бы ни был механизм диверсификации, «захват» покрытосеменных в раннем меловом периоде означает важный переход экосистемы. К концу мелового периода состав полярных лесов диверсифицировался примерно на 50-80%.[6] Этот переход от хвойных деревьев, саговников и папоротников к преимущественно покрытосеменным растениям отражает интересную эволюционную адаптацию к региональному полярному климату и, возможно, множество других факторов, таких как скорость распространения морского дна, эвстатический уровень моря и высокие глобальные температуры.

Экологическая продуктивность

Смещение к полюсу умеренного пояса во время мелового периода значительно поднялись наземные леса. первичная продуктивность. На высоких и средних палеоширотах продуктивность лесов была в два раза выше, чем в более низких палеоширотах.[2] Продуктивность суши в высоких палеоширотах тесно связана с повышенными концентрациями углекислого газа в атмосфере.[4] Результаты экспериментов по росту лиственных и вечнозеленых деревьев при различных концентрациях углекислого газа показывают различные воздействия.

На чистую продуктивность леса влияют четыре основных фактора: концентрация углекислого газа, скорость дыхания корней, температура и фотосинтез. Один только углекислый газ снижает дыхание листьев и корней за счет понижения точки компенсации света при фотосинтезе, что позволяет получить чистый положительный прирост потребления углерода в течение дня.[4] Уменьшение корневого дыхания способствует росту корней и, в конечном итоге, приводит к повышению эффективности поглощения питательных веществ и воды. Когда фотосинтез добавляется к воздействию углекислого газа, в зависимости от региональной температуры, продуктивность леса резко возрастает. Сочетание всех четырех физиологических факторов приводит к значительному чистому увеличению продуктивности леса. Согласно экспериментальным результатам, древесные породы с долгоживущей вечнозеленой листвой, как правило, больше всего выигрывают в среде, богатой углекислым газом из-за их более длительного вегетационного периода и таких приспособлений, как развитие полога, которые позволяют им процветать в умеренных полярных палеоширотах мелового периода.[4]

Ископаемый лес

Состав и структура высокоширотных меловых лесов состояла в основном из лиственных хвойных пород, папоротников, покрытосеменных и голосеменных растений. Самыми многочисленными и широко распространенными в мире таксонами растений были араукариоидные и подокарпоидные хвойные деревья, простирающиеся примерно на 80 ° в оба полушария и составляющие более 90% полога, образующего вечнозеленую растительность.[2][7] Другие типы хвойных деревьев, хотя и широко распространены, были ограничены средними и низкими широтами в обоих полушариях, в основном ограниченными региональным климатом. По мере развития глобального климата рост покрытосеменных растений начал оказывать давление на хвойные породы в более высоких широтах, становясь выше и в конечном итоге выиграв битву за солнечный свет.[2] Быстрая эволюция разнообразных видов покрытосеменных через 25 миллионов лет в конечном итоге стала доминирующим типом деревьев к середине мелового периода. К концу мелового периода умеренный климат как в северном, так и в южном полушарии был идеальным для быстрой диверсификации и распространения различных покрытосеменных растений и, в меньшей степени, хвойных растений. Исследования палеорекордных периодов среднего мела показывают, что состав лесов в высоких палеоширотах Северного полушария в основном заселен смешанными типами вечнозеленых и лиственных деревьев. Напротив, южное полушарие состоит в основном из вечнозеленых растений.[7]

Музейный выступ - известное место окаменелости древесины на юго-западном уступе Гора Глоссоптерис.[8]

Палеоклиматические прокси

А палеоклимат индикатор, также известный как палеоклимат доверенное лицо, может раскрыть важную информацию о том, каким мог быть глобальный климат в прошлом. Палеоклиматические исследования годичных колец деревьев, глубоководных кернов, ледяных кернов и палеопочв - это лишь некоторые из многих распространенных косвенных показателей, используемых для оценки основных воздействий на палеоклимат.[9]

Палеотермометрия

Одним из наиболее важных и ценных инструментов реконструкции палеотермометрии является анализ масс-спектрометрия изотопного отношения данные о стабильных изотопах, таких как водород и кислород. Исследования морских (планктонных / бентических) фораминиферы соотношение изотопов карбонатов в среднем и меловом периоде указывает на непрерывный период потепления от ~ 100 до 66 млн лет.[10] В этот период в южных высоких широтах было прохладно до 16 ° C (61 ° F) и было жарко до 32 ° C (90 ° F).[11] Палеотемпературы меловых северных высоких широт были определены на основе изотопного анализа кислорода хорошо сохранившихся брахиопод и моллюск снаряды. Результаты исследований показывают колебания температуры, соответствующие сезонным колебаниям, в диапазоне от 10 до 22 ° C (от 50 до 72 ° F).[12]

Дендрохронология меловой древесины

Окаменелые годичные кольца деревьев

Измерения кольца роста в меловом периоде также могут предоставить подробную информацию о том, каким мог быть климат в различных географических точках на Земле. Анализ структуры годичных колец или годичных колец из ископаемых лесов мелового периода в основном используется для определения палеоклимата и продуктивности лесов. Один очень полезный научный метод, используемый для датировки годичных колец деревьев: дендрохронология.[13] Однако большинство исследований, проведенных на окаменелой древесине, основано на идее, что процессы, связанные со скоростью роста деревьев, которые действовали в прошлом, идентичны процессам, которые действуют в настоящее время, униформизм.[14] Исходя из этого, можно сделать вывод о продуктивности леса на основе анализа годичных колец на деревьях мелового периода. Анализ продуктивности лесов в меловом периоде показывает, что годовые темпы роста деревьев в низких палеоширотах были значительно выше, чем в настоящее время. В полярных палеоширотах анализ скорости роста также указывает на повышенную продуктивность, но даже более значительную по сравнению с сегодняшним днем.[2] Дендрохронология годичных колец окаменевшей древесины из высоких палеоширот предполагает наличие тепличных климатических условий в глобальном масштабе в этот период времени.[15]

Рекомендации

  1. ^ «Международная хроностратиграфическая карта». Международная комиссия по стратиграфии. Январь 2013. Получено 5 июня, 2013.
  2. ^ а б c d е ж грамм Эмилиано Перальта-Медина и Говард Дж. Фалькон-Ланг (2012). «Состав и продуктивность меловых лесов по данным глобальной базы данных по ископаемой древесине». Геология. 40 (3): 219–222. Bibcode:2012Гео .... 40..219P. Дои:10.1130 / G32733.1.
  3. ^ а б С. Дж. Брентналл; Д. Дж. Бирлинг; К. П. Осборн; М. Харланд; и другие. (2005). «Климатические и экологические детерминанты продолжительности жизни листьев в полярных лесах с высоким содержанием CO2 Меловой «тепличный» мир ». Биология глобальных изменений. 11 (12): 2177–2195. Bibcode:2005GCBio..11.2177B. Дои:10.1111 / j.1365-2486.2005.001068.x.
  4. ^ а б c d Д. Дж. Бирлинг И К. П. Осборн (2002). «Физиологическая экология мезозойских полярных лесов в условиях повышенного CO.2 среда". Анналы ботаники. 89 (3): 329–339. Дои:10.1093 / aob / mcf045. ЧВК  4233824. PMID  12096745.
  5. ^ «Когда цветы достигли Австралии: первые цветы достигли Австралии 126 миллионов лет назад». ScienceDaily. Получено 2019-12-21.
  6. ^ а б Питер Р. Крейн; Эльза Мари Фриис И Кай Раунсгаард Педерсен (1995). «Происхождение и раннее разнообразие покрытосеменных растений». Природа. 374 (6517): 27–33. Bibcode:1995 Натур 374 ... 27C. Дои:10.1038 / 374027a0.
  7. ^ а б Х. Дж. Фалькон-Лэнг и Д. Дж. Кантрилл (2001). «Фенология листьев некоторых полярных лесов среднего мелового периода, остров Александр, Антарктида». Геологический журнал. 138 (1): 39–52. Bibcode:2001ГеоМ..138 ... 39F. Дои:10,1017 / с0016756801004927.
  8. ^ «Музейный выступ». geonames.usgs.gov.
  9. ^ О. Нехза; К. С. Ву и К. К. Ли (2009). «Комбинированные текстурные и стабильные изотопные данные в качестве прокси для палеоклимата среднего мела: тематическое исследование озерных строматолитов в бассейне Кёнсан, Южная Корея». Осадочная геология. 214 (1–4): 85–99. Bibcode:2007AGUFMPP11A0241N. Дои:10.1016 / j.sedgeo.2008.03.012.
  10. ^ К. Л. Байс; Т. Дж. Бралоуэр; Р. А. Дункан; Б. Т. Хубер; и другие. (14–17 июля 2002 г.). Меловой климат – динамика океана: будущие направления IODP. Флориссан, Колорадо.
  11. ^ Цзин Чжоу (2012). Тепличный климат среднего мела и морской стабильный изотоп: выводы из экспериментов с моделями общей циркуляции (кандидат наук Тезис). университет Мичигана. HDL:2027.42/91495.
  12. ^ Юрий Д. Захаров; Ольга Петровна Смышляева; Казусигэ Танабэ; Ясунари Шигета; и другие. (2005). «Сезонные колебания температуры в высоких северных широтах в меловой период: изотопные данные по мелководным беспозвоночным альба и коньяка в бассейне реки Таловка, Корякская возвышенность, Дальний Восток России». Меловые исследования. 26 (1): 113–132. Дои:10.1016 / j.cretres.2004.11.005.
  13. ^ Джейн Э. Фрэнсис (1986). «Кольца роста в меловой и третичной древесине Антарктиды и их палеоклиматические последствия» (PDF). Палеонтология. 29 (4): 665–684.[постоянная мертвая ссылка ]
  14. ^ Анн-Лиз Брисон; Марк Филипп и Фредерик Тевенар (2001). «Вызваны ли климатом кольца роста древесины мезозоя?». Палеобиология. 27 (3): 531–538. Дои:10.1666 / 0094-8373 (2001) 027 <0531: AMWGRC> 2.0.CO; 2. JSTOR  1558086.
  15. ^ Beerling и другие., 1999[нужна цитата ]

дальнейшее чтение