Geologiczny rekord temperatury
|
−4500 —
–
—
–
−4000 —
–
—
–
−3500 —
–
—
–
−3000 —
–
—
–
−2500 —
–
—
–
−2000 —
–
—
–
−1500 —
–
—
–
−1000 —
–
—
–
−500 —
–
—
–
0 —
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Geologiczny zapis temperatury to zmiany w środowisku Ziemi określone na podstawie dowodów geologicznych w skali czasu od wielu milionów do miliardów (10 9 ) lat. Badanie temperatur w przeszłości dostarcza ważnych informacji paleośrodowiskowych, ponieważ jest składnikiem klimatu i oceanografii tamtych czasów.
Metodologia
Dowody na temperatury w przeszłości pochodzą głównie z rozważań izotopowych (zwłaszcza δ 18 O ); przydatny jest również stosunek Mg / Ca w foram i alkenony . Często wiele z nich jest używanych w połączeniu, aby uzyskać oszacowanie temperatury z wielu serwerów proxy. Okazało się to kluczowe w badaniach nad temperaturą lodowców/interglacjałów.
Opis zapisu temperatury
plejstocen
Ostatnie 3 miliony lat charakteryzowały cykle lodowców i interglacjałów w ramach stopniowo pogłębiającej się epoki lodowcowej . Obecnie Ziemia znajduje się w okresie interglacjału, który rozpoczął się około 20 000 lat temu (20 kya).
Cykle zlodowacenia obejmują wzrost i cofanie się kontynentalnych pokryw lodowych na półkuli północnej i obejmują wahania w wielu skalach czasowych, zwłaszcza w skalach 21 ky, 41 ky i 100 ky. Takie cykle są zwykle interpretowane jako napędzane przewidywalnymi zmianami orbity Ziemi, znanymi jako cykle Milankovicia . Na początku środkowego plejstocenu (0,8 miliona lat temu, w pobliżu odwrócenia geomagnetycznego Brunhes-Matuyama ) nastąpił w dużej mierze niewyjaśniony zmiana dominującej okresowości zlodowaceń z cyklu 41 ky na cykl 100 ky.
Stopniowa intensyfikacja tej epoki lodowcowej w ciągu ostatnich 3 milionów lat była związana ze spadkiem stężenia dwutlenku węgla, gazu cieplarnianego , chociaż nie jest jasne, czy zmiana ta jest wystarczająco duża, aby spowodowała zmiany temperatur . Obniżone temperatury mogą powodować spadek stężenia dwutlenku węgla, ponieważ zgodnie z prawem Henry'ego dwutlenek węgla jest lepiej rozpuszczalny w zimniejszych wodach, co może odpowiadać za 30 ppmv ze 100 ppmv spadku stężenia dwutlenku węgla podczas ostatniego maksimum lodowcowego.
Podobnie, rozpoczęcie tej fazy pogłębiania odpowiada z grubsza zamknięciu Przesmyku Panamskiego przez działanie tektoniki płyt . Uniemożliwiło to bezpośredni przepływ oceanów między Pacyfikiem a Atlantykiem, co miałoby znaczący wpływ na cyrkulację oceaniczną i dystrybucję ciepła. Jednak badania modelowe były niejednoznaczne co do tego, czy może to być bezpośrednia przyczyna intensyfikacji obecnej epoki lodowcowej.
Ten niedawny okres cyklicznego klimatu jest częścią dłuższej epoki lodowcowej, która rozpoczęła się mniej więcej wraz ze zlodowaceniem Antarktydy .
Początkowe maksima termiczne eocenu
W najwcześniejszej części okresu eocenu zaobserwowano serię nagłych skoków temperatury, trwających nie dłużej niż kilkaset tysięcy lat. Najbardziej widoczne z nich, paleoceńsko-eoceńskie maksimum termiczne (PETM), jest widoczne na rysunku po prawej stronie. Są one zwykle interpretowane jako spowodowane nagłymi uwolnieniami metanu z klatratów (zamrożonych lodów metanowych, które gromadzą się na dnie oceanu), chociaż niektórzy naukowcy kwestionują, czy metan wystarczyłby do spowodowania obserwowanych zmian. [ potrzebne źródło ] Podczas tych wydarzeń temperatury w Oceanie Arktycznym mogły osiągnąć poziomy bardziej typowe dla współczesnych oceanów o klimacie umiarkowanym (tj. na średnich szerokościach geograficznych). [ potrzebne źródło ] Wydaje się, że podczas PETM średnia temperatura na świecie wzrosła aż o 5-8 ° C (9-14 ° F) do średniej temperatury sięgającej 23 ° C (73 ° F), w przeciwieństwie do średniej światowej dzisiejsza temperatura nieco poniżej 15°C (60°F). Geolodzy i paleontolodzy uważają, że przez większą część paleocenu i wczesnego eocenu bieguny były wolne od czap lodowych, a palmy i krokodyle żyły powyżej koła podbiegunowego, podczas gdy większość kontynentalnych Stanów Zjednoczonych miała środowisko subtropikalne.
Optimum termiczne kredy
W późniejszej części kredy , od , średnie globalne temperatury osiągnęły najwyższy poziom w ciągu ostatnich ~ 200 milionów lat. Prawdopodobnie jest to wynikiem korzystnej konfiguracji kontynentów w tym okresie, która umożliwiła lepszą cyrkulację w oceanach i zniechęciła do tworzenia się pokrywy lodowej na dużą skalę. [ potrzebne źródło ]
Wahania w pozostałej części fanerozoiku
Eon fanerozoiczny , obejmujący ostatnie 542 miliony lat i prawie cały czas od powstania złożonego życia wielokomórkowego, był bardziej ogólnie okresem wahań temperatury między epokami lodowcowymi, takimi jak obecny wiek, a „optymami klimatycznymi”, podobny do tego, który miał miejsce w kredzie. W tym czasie wystąpiły około 4 takie cykle z około 140 milionami lat odstępu między optymami klimatycznymi. Oprócz współczesności epoki lodowcowe występowały w permsko - karbońskim i późnym ordowiku -wczesnym sylurski . Istnieje również „chłodniejszy” okres w okresie jurajskim i wczesnej kredy, z dowodami zwiększonego lodu morskiego, ale brak kontynentów na obu biegunach w tym okresie uniemożliwił tworzenie się kontynentalnych pokryw lodowych, w związku z czym zwykle nie uważa się tego za pełny -rozwinięta epoka lodowcowa. Pomiędzy tymi zimnymi okresami panowały cieplejsze warunki, często określane jako optymalne warunki klimatyczne. Jednak trudno było określić, czy te cieplejsze interwały były rzeczywiście cieplejsze, czy zimniejsze niż miało to miejsce podczas optimów kredowych.
Późne epoki lodowcowe proterozoiku
Era neoproterozoiczna ( ) dostarcza dowodów na istnienie co najmniej dwóch, a być może większej liczby głównych zlodowaceń. Nowsza z tych epok lodowcowych, obejmująca maksima lodowców Marinoan i Varangian (około ), została zaproponowana jako ziemskie wydarzenie śnieżnej kuli z ciągłym lodem morskim sięgającym prawie do równika. Jest to znacznie bardziej dotkliwe niż epoka lodowcowa w fanerozoiku. Ponieważ ta epoka lodowcowa skończyła się tylko nieznacznie przed gwałtownym zróżnicowaniem życia podczas eksplozji kambryjskiej zaproponowano, że ta epoka lodowcowa (lub przynajmniej jej koniec) stworzyła warunki sprzyjające ewolucji. Wcześniejsze maksima lodowcowe Sturtian (~ 730 milionów lat) mogły również być wydarzeniem kuli śnieżnej na Ziemi, chociaż nie zostało to udowodnione.
Zmiany, które doprowadziły do zapoczątkowania wydarzeń kuli śnieżnej na Ziemi, nie są dobrze znane, ale argumentowano, że z konieczności doprowadziły do swojego końca. Rozpowszechniony lód morski zapobiega odkładaniu się świeżych węglanów w osadach oceanicznych . Ponieważ takie węglany są częścią naturalnego procesu recyklingu dwutlenku węgla, zwarcie tego procesu umożliwia gromadzenie się dwutlenku węgla w atmosferze. Zwiększa to efekt cieplarniany i ostatecznie prowadzi do wyższych temperatur i cofania się lodu morskiego.
Widok ogólny
Bezpośrednie połączenie tych zinterpretowanych geologicznych zapisów temperatury niekoniecznie jest ważne, podobnie jak ich połączenie z innymi nowszymi zapisami temperatury , które mogą wykorzystywać inne definicje. Niemniej jednak ogólna perspektywa jest przydatna, nawet jeśli jest nieprecyzyjna. W tym widoku czas jest wykreślany wstecz od teraźniejszości, jako rok 2015 n.e. Jest skalowany liniowo w pięciu oddzielnych segmentach, rozszerzając się o rząd wielkości przy każdym pionowym załamaniu. Temperatury na lewym panelu są bardzo przybliżone i najlepiej traktować je wyłącznie jako wskaźnik jakościowy. Więcej informacji podano na stronie z opisem wykresu .
Inne zmiany temperatury w przeszłości Ziemi
Około , nastąpił okres zastoju klimatycznego, znany również jako Nudny Miliard . W tym okresie aktywność tektoniczna była prawie żadna, nie występowały zlodowacenia, a skład atmosfery pozostawał stabilny. Graniczy z dwoma różnymi zdarzeniami natlenienia i zlodowacenia.
Rekonstrukcje temperatury oparte na izotopach tlenu i krzemu z próbek skał przewidziały znacznie wyższe temperatury mórz prekambryjskich. Prognozy te sugerują, że temperatura oceanu wyniesie 55-85 °C w okresie , po czym nastąpi ochłodzenie do łagodniejszych temperatur między 10-40 °C do . Zrekonstruowane białka z organizmów prekambryjskich również dostarczyły dowodów na to, że starożytny świat był znacznie cieplejszy niż obecnie.
Jednak inne dowody sugerują, że okres był generalnie zimniejszy i bardziej zlodowaciały niż ostatnie 500 milionów lat. [ potrzebne źródło ] Uważa się, że jest to wynik promieniowania słonecznego o około 20% niższego niż obecnie. Jasność Słońca była o 30% słabsza, gdy Ziemia się formowała 4,5 miliarda lat temu, i oczekuje się, że w przyszłości jasność wzrośnie o około 10% na miliard lat.
W bardzo długich skalach czasowych ewolucja Słońca jest również ważnym czynnikiem determinującym klimat Ziemi. Zgodnie ze standardowymi teoriami słonecznymi, jasność słońca będzie stopniowo wzrastać, co jest naturalną częścią jego ewolucji, po rozpoczęciu z intensywnością około 70% jego współczesnej wartości. Początkowo niskie promieniowanie słoneczne, w połączeniu z nowoczesnymi wartościami gazów cieplarnianych, nie wystarczyłoby, aby umożliwić ciekłe oceany na powierzchni Ziemi. Jednak dowody na obecność wody w stanie ciekłym na powierzchni wykazano już w . Jest to znane jako paradoks słabego młodego słońca i zwykle tłumaczy się to powołaniem się na znacznie większe stężenia gazów cieplarnianych we wczesnej historii Ziemi, chociaż takie propozycje są słabo ograniczone istniejącymi dowodami eksperymentalnymi.
