Ancient Climate Events: Paleocene Eocene Thermal maksimum

Paleocene-Eocene Thermal maksimum (PETM) 56 millioner år før nutid er uden tvivl den bedste gamle analog af moderne klimaændringer. PETM involverede mere end 5oC opvarmning på 15-20 tusind år (faktisk lidt langsommere end opvarmningshastighederne i løbet af de sidste 50 år), drevet af input på mere end 2000 gigaton (en gigaton er en milliard tons!) af kulstof i atmosfæren. PETM var forbundet med den største dybhavsmasseudryddelsesbegivenhed i det sidste 93 millioner år og bemærkelsesværdig diversificering af livet i overfladehavet og på land. På grund af dets potentielle betydning har geologer sværmet for at studere begivenheden, og det har været emnet af stor interesse og mere end en lille kontrovers i de sidste 25 år. Af denne grund lægger vi også stor vægt på begivenheden her.

bevis for global opvarmning ved Paleocene Eocene termisk maksimum fra en kerne beliggende ud for Antarktis kyst.

Klik for en tekstbeskrivelse af evidens for Global opvarmning billede.

den bentiske foraminifera udryddelse er illustreret af den røde pil. Faldende iltisotopværdier indikerer opvarmning af overfladehavet (planktoniske foraminiferale isotopværdier) og dybt hav (bentiske foraminiferale isotopværdier). Faldende kulstofisotopværdier indikerer input af drivhusgas fra enten organisk (dvs. biologiske) eller vulkanske reservoirer. I løbet af 170k år spidsede C-niveauer, faldt, men ikke til det foregående niveau, o spiked og faldt tilbage.

kredit: Kurt Kennett & Stott (1991). Brugt med tilladelse.

beviset for opvarmning kommer fra en række kilder, hvoraf den mest overbevisende er iltisotoperne af planktoniske og bentiske foramer i dybhavskerner. Disse data antyder betydelig opvarmning af 6-8o C af havets overfladevand på en række breddegrader såvel som af dybe farvande. Vi behøver ikke at gå i detaljer her, men dette konverterer til 4-5 oC af den gennemsnitlige jordtemperatur, hvilket er ret signifikant. Til sammenligning er den globale opvarmning siden den industrielle revolution omkring 1,2 oC. I dag er opvarmning et resultat af menneskelige aktiviteter, men kun meget primitive primater var omkring på PETM-tidspunktet, og de kørte ikke biler (!), så hvad forårsagede opvarmningen dengang?

svarende til iltisotopskiftet er en stor og negativ 4 til 5 pr.mil ændring i kulstofisotoper, der bruges til at definere begivenhedens geologiske omfang. Isotopudflugten er blevet identificeret i sedimenter deponeret i havet og dem, der er fastlagt i terrestriske miljøer såsom søer og floder. Det kaldes en gylden spike, fordi den kan korreleres rundt om i verden, og den markerer en præcis tidshorisont, faktisk er udflugten nu den formelle definition af grænsen mellem Paleocene og Eocene epoker. Desuden giver udflugten i jordbaserede sedimenter os mulighed for at korrelere de ændringer, der opstod på land under PETM med dem, der fandt sted i havet. Nedenfor er, hvordan PETM ser ud i Big Horn Basin.

foto af PETM i det store Hornbassin. Disse klipper blev deponeret af floder og på flodsletter. De indeholder en fantastisk fossil rekord, herunder tidlige primater og blade.

kredit: Peter Vilf. Brugt med tilladelse.

Indholdet af CO2 i atmosfæren steg 3-4 gange under PETM. Uanset om det kommer fra biler, fabrikker eller fra ikke-menneskelige kilder, er CO2 en drivhusgas, og det får atmosfæren til at varme. Som en konsekvens var overfladetemperaturer på toppen af begivenheden ekstremt varme, især i de høje breddegrader. Ud for Antarktis kyst, et sted i dag, der er tæt på frysning, var oceanerne omkring 20oC (68 af) på toppen af PETM! Forestil dig at hoppe i havet fra Antarktis i dag! Tropiske havtemperaturer var virkelig varme. En nylig artikel viser, at temperaturer ud for Vestafrikas kyst var 36 o C som er 97 af! Nu har jeg svømmet i Miami i August, og det føles som et badekar kl 88 af, men 97 af er næsten ubeboelig! PETM var også forbundet med store ændringer i egenskaberne af det dybe hav. I modsætning til i dag, når dybe havvand er kendetegnet ved temperaturer tæt på frysning, PETM dybe farvande var 10-15o C. Dette ser måske ikke så varmt ud, men der er ingen tvivl om, at der er forårsaget en grundlæggende ændring i den måde, cirkulationen i havet fungerede på. Havniveauet var ganske lidt højere under PETM, og kontinenterne var i forskellige positioner som vist på kortet nedenfor.

kort, der viser fordelingen af kontinenter omkring Atlanterhavet under PETM. Kortet viser, at havniveauet var højere.

kredit: Kristian Chris Scotese. Brugt med tilladelse.

sandsynligvis var årsagen til disse varme dybe farvande, at de kom fra forskellige overfladehav steder end de gør i dag (se Modul 6 for flere detaljer om kilderne til moderne dybe farvande) kombineret med den opvarmning, der fandt sted i overfladehavet. Da varmere farvande indeholder mindre ilt end koldt vand, var PETM dybt vand mange steder sandsynligvis muligvis tæt på en tilstand, der er kendt som hypoksi (vi lærer mere om dette i Modul 6). Ordet hypoksi lyder ikke for foruroligende, men forestil dig et øjeblik, at du er en fisk, og at du havde brug for ilt til åndedræt. Hypoksi ville have været virkelig forfærdeligt for sådan en skabning! Endelig fik tilførslen af så meget CO2 i havet havvand til at blive surere og førte til en tilstand kendt som havforsuring (undskyld at fortsætte med at hoppe fremad, men vi vil lære meget mere om dette i Modul 7!). Forsuring af det dybe hav under PETM accepteres godt og observeres ved fuldstændig opløsning af alle CaCO3-skaller, der regnede ned på havbunden. For skabninger, der kræver en skal til beskyttelse mod rovdyr og for at beskytte de bløde cellulære dele fra det hårde hav, ville forsuring have været katastrofalt. Til sammenligning oplevede det lave hav et meget mindre fald i dets surhed, og shelly-skabninger fortsatte med at trives der.