forntida klimathändelser: Paleocene Eocene Thermal Maximum

Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM) vid 56 miljoner år före nuvarande är utan tvekan den bästa antika analogen av moderna klimatförändringar. PETM involverade mer än 5oC uppvärmning på 15-20 tusen år (faktiskt lite långsammare än uppvärmningsgraden under de senaste 50 åren), som drivs av inmatningen på mer än 2000 gigaton (en gigaton är en miljard ton!) av kol i atmosfären. PETM var förknippad med den största djuphavsmassutrotningshändelsen under de senaste 93 miljoner åren och anmärkningsvärd diversifiering av livet i ythavet och på land. På grund av dess potentiella betydelse har geologer svärmat för att studera händelsen och det har varit ämnet av stort intresse och mer än en liten kontrovers under de senaste 25 åren. Av denna anledning ägnar vi också stor uppmärksamhet åt evenemanget här.

bevis för global uppvärmning vid Paleocene Eocene thermal maximum från en kärna belägen utanför Antarktis kust.

Klicka för en text beskrivning av bevis för Global uppvärmning image.

den bentiska foraminifera-utrotningen illustreras av den röda pilen. Minskande syreisotopvärden indikerar uppvärmningen av ythavet (planktoniska foraminiferala isotopvärden) och djuphav (bentiska foraminiferala isotopvärden). Minskande kolisotopvärden indikerar inmatningen av växthusgas från antingen organiska (dvs. biologiska) eller vulkaniska reservoarer. Under 170k år spikade C-nivåerna, sjönk men inte till föregående nivå, o spikade och tappade tillbaka.

kreditera: Xiaomi Kennett & Stott (1991). Används med tillstånd.

bevisen för uppvärmning kommer från en mängd olika källor, varav den mest övertygande är syreisotoper av planktoniska och bentiska foramer i djuphavskärnor. Dessa data tyder på signifikant uppvärmning av 6-8o C av havsytvatten på en rad breddgrader, såväl som av djupa vatten. Vi behöver inte gå in i detaljerna här, men detta omvandlas till 4-5 oC av den genomsnittliga jordtemperaturen som är ganska signifikant. Som jämförelse är den globala uppvärmningen sedan den industriella revolutionen cirka 1,2 oC. Idag är uppvärmning ett resultat av mänskliga aktiviteter, men bara mycket primitiva primater fanns vid PETM: s tid, och de körde inte bilar (!), så vad orsakade uppvärmningen då?

motsvarande syreisotopskiftet är en stor och negativ 4 till 5 per mil förändring i kolisotoper som används för att definiera händelsens geologiska omfattning. Isotoputflykten har identifierats i sediment som deponeras i havet och de som fastställs i markbundna miljöer som sjöar och floder. Det kallas en gyllene spik eftersom den kan korreleras runt om i världen och det markerar en exakt tidshorisont, i själva verket är utflykten nu den formella definitionen av gränsen mellan Paleocene och Eocene epoker. Dessutom tillåter utflykten i markbundna sediment oss att korrelera de förändringar som inträffade på land under PETM med de som ägde rum i havet. Nedan är vad PETM ser ut i Big Horn Basin i Wyoming.

fotografi av PETM i Big Horn Basin, Wyoming. Dessa stenar deponerades av floder och på floodplains. De innehåller en fantastisk fossila fynd inklusive tidiga primater och blad.

kredit: Peter Wilf. Används med tillstånd.

innehållet av CO2 i atmosfären ökade 3-4 gånger under PETM. Oavsett om det kommer från bilar, fabriker eller från icke-mänskliga källor är CO2 en växthusgas och det får atmosfären att värma. Som en konsekvens var yttemperaturerna vid händelsens topp extremt varma, särskilt i de höga breddgraderna. Utanför Antarktis kust, en plats idag som ligger nära frysning, var oceanerna cirka 20oC (68 av) på toppen av PETM! Tänk dig att hoppa i havet från Antarktis idag! Tropiska havstemperaturer var riktigt heta. Ett nyligen publicerat papper indikerar att temperaturer utanför Västafrikas kust var 36 o C vilket är 97 av! Nu har jag simmat i Miami i augusti och det känns som ett badkar på 88 av, men 97 av är praktiskt taget obeboelig! PETM var också förknippad med stora förändringar i Djuphavets egenskaper. Till skillnad från idag, när djupa havsvatten kännetecknas av temperaturer nära frysning, PETM djupa vatten var 10-15o C. Detta kanske inte verkar så varmt alla överväger, men det råder ingen tvekan om att orsakas en grundläggande förändring i hur cirkulationen i havet fungerade. Havsnivån var ganska högre under PETM, och kontinenterna var i olika positioner som visas på kartan nedan.

karta som visar fördelningen av kontinenter runt Atlanten under PETM. Kartan visar att havsnivån var högre.

kredit: Chris Scotese. Används med tillstånd.

sannolikt var orsaken till dessa varma djupa vatten att de kom från olika ythavsplatser än de gör idag (se modul 6 för mer detaljer om källorna till moderna djupa vatten), i kombination med uppvärmningen som ägde rum i ythavet. Eftersom varmare vatten håller mindre syre än kallt vatten, var PETM djupa vatten på många platser sannolikt möjligen nära ett tillstånd som kallas hypoxi (vi kommer att lära oss mer om detta i modul 6). Ordet hypoxi låter inte för oroande men föreställ dig en minut att du är en fisk och att du behövde syre för andning. Hypoxi skulle ha varit riktigt hemskt för en sådan varelse! Slutligen orsakade inmatningen av så mycket CO2 i havet att havsvattnet blev surare och ledde till ett tillstånd som kallas havsyring (ledsen att fortsätta hoppa framåt men vi kommer att lära oss mycket mer om detta i modul 7!). Försurning av djuphavet under PETM accepteras väl och observeras genom fullständig upplösning av alla CaCO3-skal som regnade ner på havsbotten. För varelser som kräver ett skal för skydd mot rovdjur och för att skydda de mjuka cellulära delarna från det hårda havet, skulle försurningen ha varit katastrofal. Som jämförelse upplevde det grunda havet en mycket mindre minskning av dess surhet och shelly varelser fortsatte att trivas där.