Eventi climatici antichi: Paleocene Eocene Massimo termico

Il Paleocene-Eocene Massimo termico (PETM) a 56 milioni di anni prima presente è probabilmente il miglior analogo antico del cambiamento climatico moderno. Il PETM ha coinvolto più di 5oC del riscaldamento in 15-20 mila anni (in realtà un po ‘ più lento dei tassi di riscaldamento negli ultimi 50 anni), alimentato dall’input di oltre 2000 gigatoni (un gigaton è un miliardo di tonnellate!) di carbonio nell’atmosfera. Il PETM è stato associato al più grande evento di estinzione di massa in acque profonde negli ultimi 93 milioni di anni e alla notevole diversificazione della vita nell’oceano di superficie e sulla terra. A causa del suo potenziale significato, i geologi hanno sciamato per studiare l’evento ed è stato l’argomento di grande interesse, e più di una piccola controversia, per gli ultimi 25 anni. Anche per questo motivo, dedichiamo una notevole attenzione all’evento qui.

Prove per il riscaldamento globale al massimo termico del Paleocene Eocene da un nucleo situato al largo della costa dell’Antartide.

Clicca per una descrizione testuale delle prove per l’immagine del riscaldamento globale.

L’estinzione dei foraminiferi bentonici è illustrata dalla freccia rossa. La diminuzione dei valori degli isotopi di ossigeno indica il riscaldamento dell’oceano di superficie (valori degli isotopi foraminiferi planctonici) e dell’oceano profondo (valori degli isotopi foraminiferi bentonici). I valori di isotopi di carbonio decrescenti indicano l’ingresso di gas serra da entrambi gli organici (cioè biologico) o serbatoi vulcanici. Durante 170k anni I livelli di C a spillo, caduto ma non al livello precedente, O a spillo e caduto indietro.

Credito: © Kennett & Stott (1991). Usato con il permesso.

Le prove per il riscaldamento provengono da una varietà di fonti, la più convincente delle quali sono gli isotopi di ossigeno dei forami planctonici e bentonici nei nuclei di acque profonde. Questi dati suggeriscono un significativo riscaldamento di 6-8o C delle acque superficiali oceaniche a una gamma di latitudini, così come delle acque profonde. Non abbiamo bisogno di entrare nel dettaglio qui, ma questo si converte a 4-5 oC della temperatura media della Terra che è piuttosto significativa. Per confronto, il riscaldamento globale dalla rivoluzione industriale è di circa 1.2 oC. Oggi, il riscaldamento è il risultato delle attività umane, ma solo primati molto primitivi erano in giro al momento del PETM, e non guidavano auto (!), quindi cosa ha causato il riscaldamento allora?

Corrispondente allo spostamento isotopo dell’ossigeno è un grande e negativo 4 a 5 per mil cambiamento in isotopi di carbonio che viene utilizzato per definire l’estensione geologica dell’evento. L “escursione isotopo è stato identificato nei sedimenti depositati nell” oceano e quelli stabiliti in ambienti terrestri come laghi e fiumi. Si chiama golden spike perché può essere correlato in tutto il mondo e segna un preciso orizzonte temporale, infatti l’escursione è ora la definizione formale del confine tra il Paleocene e l’Eocene. Inoltre, l’escursione nei sedimenti terrestri ci consente di correlare i cambiamenti avvenuti sulla terra durante il PETM con quelli avvenuti nell’oceano. Di seguito è riportato come appare il PETM nel Big Horn Basin nel Wyoming.

Fotografia del PETM nel bacino del Big Horn, Wyoming. Queste rocce sono state depositate dai fiumi e sulle pianure alluvionali. Contengono un’incredibile documentazione fossile tra cui primati e foglie precoci.

Credito: © Peter Wilf. Usato con il permesso.

Il contenuto di CO2 nell’atmosfera è aumentato 3-4 volte durante il PETM. Indipendentemente dal fatto che provenga da automobili, fabbriche o da fonti non umane, la CO2 è un gas serra e provoca il riscaldamento dell’atmosfera. Di conseguenza, le temperature oceaniche superficiali al culmine dell’evento erano estremamente calde, specialmente alle alte latitudini. Al largo della costa dell’Antartide, una posizione oggi vicina al congelamento, gli oceani erano circa 20oC (68 di) al picco del PETM! Immagina di saltare nell’oceano dall’Antartide oggi! Le temperature dell’oceano tropicale erano davvero calde. Un recente documento indica che le temperature al largo della costa dell’Africa occidentale erano 36 o C che è 97 di! Ora ho nuotato a Miami nel mese di agosto e ci si sente come una vasca da bagno a 88 dI, ma 97 di è praticamente inabitabile! Il PETM è stato anche associato a grandi cambiamenti nelle proprietà dell’oceano profondo. A differenza di oggi, quando acque oceaniche profonde sono caratterizzate da temperature vicine al congelamento, acque profonde PETM erano 10-15o C. Questo non può sembrare che tutto caldo considerando, ma non c’è dubbio che è causato un cambiamento fondamentale nel modo in cui la circolazione nell’oceano ha funzionato. Il livello del mare era un po ‘ più alto durante il PETM, e i continenti erano in posizioni diverse come mostrato sulla mappa qui sotto.

Mappa che mostra la distribuzione dei continenti intorno all’Oceano Atlantico durante il PETM. La mappa mostra che i livelli del mare erano più alti.

Credito: © Chris Scotese. Usato con il permesso.

Probabilmente, la causa di queste acque profonde calde era che provenivano da diverse località oceaniche di superficie rispetto a quelle odierne (vedi Modulo 6 per maggiori dettagli sulle fonti delle moderne acque profonde), combinate con il riscaldamento che ha avuto luogo nell’oceano di superficie. Poiché le acque più calde contengono meno ossigeno rispetto alle acque fredde, le acque profonde di PETM in molte località probabilmente erano vicine a una condizione nota come ipossia (impareremo di più su questo nel modulo 6). La parola ipossia non suona troppo angosciante, ma immagina per un minuto di essere un pesce e di aver bisogno di ossigeno per la respirazione. L’ipossia sarebbe stata davvero terribile per una creatura del genere! Infine, l’ingresso di tanta CO2 nell’oceano ha causato che le acque oceaniche diventassero più acide e ha portato a una condizione nota come acidificazione dell’oceano (mi dispiace continuare a saltare avanti, ma impareremo molto di più su questo nel modulo 7!). L’acidificazione dell’oceano profondo durante il PETM è ben accettata ed è osservata dalla completa dissoluzione di tutti i gusci di CaCO3 che sono piovuti sul fondo marino. Per le creature che richiedono un guscio per la protezione contro i predatori e per proteggere le parti cellulari molli dal duro oceano, l’acidificazione sarebbe stata disastrosa. In confronto, l’oceano poco profondo ha subito una diminuzione molto più lieve della sua acidità e le creature shelly hanno continuato a prosperare lì.