Starożytne wydarzenia klimatyczne: Paleoceńskie maksimum termiczne eocenu

Paleoceńsko-Eoceńskie maksimum termiczne (PETM) na 56 milionach lat przed teraźniejszością jest prawdopodobnie najlepszym starożytnym analogiem współczesnych zmian klimatu. PETM obejmował ponad 5oC ocieplenia w ciągu 15-20 tysięcy lat (faktycznie trochę wolniej niż tempo ocieplenia w ciągu ostatnich 50 lat), napędzany przez wkład ponad 2000 gigatonów (gigaton to miliard ton!) węgla do atmosfery. PETM był związany z największym wydarzeniem masowego wymierania głębinowego w ciągu ostatnich 93 milionów lat i niezwykłym zróżnicowaniem życia w oceanie powierzchniowym i na lądzie. Ze względu na jego potencjalne znaczenie, geolodzy zapełnili się, aby zbadać to wydarzenie i jest to temat bardzo interesujący i bardziej niż trochę kontrowersji, przez ostatnie 25 lat. Z tego też powodu poświęcamy tutaj dużą uwagę wydarzeniu.

dowody na globalne ocieplenie w paleoceńskim maksimum termicznym eocenu z rdzenia znajdującego się u wybrzeży Antarktydy.

Kliknij, aby zobaczyć tekstowy opis dowodów na globalne ocieplenie.

wymieranie otwornic bentosowych ilustruje czerwona strzałka. Malejące wartości izotopów tlenu wskazują na ocieplenie Oceanu powierzchniowego (wartości izotopów otwornicowych planktonowych) i głębokiego oceanu (wartości izotopów otwornicowych bentonicznych). Malejące wartości izotopów węgla wskazują na wprowadzanie gazu cieplarnianego z organicznego (tj. biologiczne) lub zbiorniki wulkaniczne. Podczas 170 tys. lat poziom C skoczył, spadł, ale nie do poprzedniego poziomu, O skoczył i spadł z powrotem.

Credit: © Kennett& Stott (1991). Użyte za pozwoleniem.

dowody na ocieplenie pochodzą z różnych źródeł, z których najbardziej przekonujące są izotopy tlenu w otworach planktonowych i bentosowych w rdzeniach głębinowych. Dane te sugerują znaczne ocieplenie 6-8o C wód powierzchniowych oceanu na różnych szerokościach geograficznych, a także wód głębokich. Nie musimy zagłębiać się w szczegóły, ale to zmienia się na 4-5 oC średniej temperatury Ziemi, co jest dość znaczące. Dla porównania, globalne ocieplenie od czasów rewolucji przemysłowej wynosi około 1,2 oC. Dziś ocieplenie jest wynikiem działalności człowieka, ale tylko bardzo prymitywne naczelne były wokół w czasie PETM i nie jeździły samochodami (!), więc co spowodowało wtedy ocieplenie?

odpowiadająca przesunięciu izotopu tlenu jest dużą i ujemną zmianą 4 do 5 na mil izotopów węgla, która jest używana do określenia geologicznego zasięgu zdarzenia. Wyciek izotopów został zidentyfikowany w osadach zdeponowanych w oceanie oraz w środowiskach lądowych, takich jak jeziora i rzeki. Nazywany jest złotym kolcem, ponieważ może być skorelowany na całym świecie i wyznacza precyzyjny horyzont czasowy, w rzeczywistości wycieczka jest obecnie formalną definicją granicy między epokami paleocenu i eocenu. Co więcej, wędrówka w osadach lądowych pozwala skorelować zmiany, które zaszły na lądzie podczas PETM z tymi, które miały miejsce w oceanie. Poniżej jest jak PETM wygląda w Big Horn Basin w Wyoming.

Zdjęcie PETM w Big Horn Basin, Wyoming. Skały te zostały zdeponowane przez rzeki i na terenach zalewowych. Zawierają niesamowity zapis kopalny obejmujący wczesne naczelne i liście.

Credit: © Peter Wilf. Użyte za pozwoleniem.

zawartość CO2 w atmosferze wzrosła 3-4 razy podczas PETM. Niezależnie od tego, czy pochodzi z samochodów, fabryk, czy ze źródeł innych niż ludzie, CO2 jest gazem cieplarnianym i powoduje ocieplenie atmosfery. W rezultacie temperatury powierzchniowe oceanu w szczycie wydarzenia były niezwykle ciepłe, zwłaszcza na wysokich szerokościach geograficznych. U wybrzeży Antarktydy, w miejscu, które dziś jest bliskie zamarznięciu, oceany były około 20oC (68 oF) w szczycie PETM! Wyobraź sobie skoki do oceanu z Antarktydy dzisiaj! Tropikalne temperatury Oceanu były naprawdę gorące. Ostatni artykuł wskazuje, że temperatury u wybrzeży Afryki Zachodniej wynosiły 36 o C, czyli 97 oF! Teraz pływałem w Miami w sierpniu i czuję się jak wanna w 88 oF, ale 97 of jest praktycznie niezamieszkałe! PETM wiązał się również z poważnymi zmianami właściwości głębokiego oceanu. W przeciwieństwie do dzisiejszych, kiedy głębokie wody oceaniczne charakteryzują się temperaturami bliskimi zamarzaniu, głębokie wody PETM wynosiły 10-15o C. może się to nie wydawać, że ciepłe wszystkie biorąc pod uwagę, ale nie ma wątpliwości, że jest to spowodowane zasadniczą zmianą sposobu pracy cyrkulacji w oceanie. Poziom morza był nieco wyższy podczas PETM, a kontynenty były w różnych pozycjach, jak pokazano na mapie poniżej.

Mapa pokazująca rozmieszczenie kontynentów wokół Oceanu Atlantyckiego podczas PETM. Mapa pokazuje, że poziom morza był wyższy.

Credit: © Chris Scotese. Użyte za pozwoleniem.

prawdopodobnie przyczyną tych ciepłych głębokich wód było to, że pochodziły one z innych miejsc na powierzchni oceanu niż obecnie (zobacz Moduł 6, aby uzyskać więcej informacji na temat źródeł współczesnych głębokich wód), w połączeniu z ociepleniem, które miało miejsce w oceanie powierzchniowym. Ponieważ cieplejsze wody zawierają mniej tlenu niż zimne wody, głębokie wody PETM w wielu miejscach prawdopodobnie były zbliżone do stanu znanego jako niedotlenienie (dowiemy się więcej na ten temat w Module 6). Słowo niedotlenienie nie brzmi zbyt niepokojąco, ale wyobraź sobie przez chwilę, że jesteś rybą i potrzebujesz tlenu do oddychania. Niedotlenienie byłoby naprawdę straszne dla takiego stworzenia! Wreszcie, wprowadzenie tak dużej ilości CO2 do oceanu spowodowało, że wody oceaniczne stały się bardziej kwaśne i doprowadziły do stanu znanego jako zakwaszenie oceanu (Przepraszamy, że wciąż przeskakujemy, ale dowiemy się o wiele więcej na ten temat w Module 7!). Zakwaszenie głębokiego oceanu podczas PETM jest dobrze akceptowane i obserwuje się całkowite rozpuszczenie wszystkich muszli CaCO3, które padały na dno morskie. Dla stworzeń, które potrzebują skorupy do ochrony przed drapieżnikami i do ochrony miękkich części komórkowych przed surowym oceanem, zakwaszenie byłoby katastrofalne. Dla porównania, płytki ocean doświadczył znacznie mniejszego spadku jego kwasowości i stworzenia shelly nadal się tam rozwijały.