Палеоцен – эоцен термальный максимум

редактировать
«ПЕТМ» перенаправляется сюда. Не следует путать с тэном. Изменение климата за последние 65 миллионов лет, выраженное изотопным составом кислорода бентосных фораминифер. Палеоцен-эоценовый термальный максимум (ПЭТМ) характеризуется коротким, но заметным отрицательным скачком, который объясняется быстрым потеплением. Обратите внимание, что экскурсия занижена на этом графике из-за сглаживания данных.

Позднепалеоценовый термический максимум ( PETM), в качестве альтернативы « Эоцен тепловой максимальный 1 » ( ETM1), и ранее известный как « Initial эоцену » или « позднего палеоцена Thermal Maximum », был период времени с более, чем 5-8 ° C повышение средней глобальной температуры по всему событию. Это климатическое событие произошло на временной границе геологических эпох палеоцена и эоцена. Точный возраст и продолжительность события неизвестны, но, по оценкам, оно произошло около 55,5 миллионов лет назад.

Связанный с этим период массового выброса углерода в атмосферу, по оценкам, длился от 20 000 до 50 000 лет. Весь теплый период длился около 200 000 лет. Глобальные температуры повысились на 5–8 ° C.

Начало палеоцен-эоценового термального максимума было связано с вулканизмом и поднятием, связанными с Североатлантической магматической провинцией, что привело к резким изменениям в углеродном цикле Земли и значительному повышению температуры. Этот период отмечен заметным отрицательным скачком в записях стабильного изотопа углерода ( δ 13 C ) со всего земного шара; более конкретно, имело место значительное уменьшение соотношения 13 C / 12 C морских и наземных карбонатов и органического углерода. Парные δ 13 C, δ 11 B, данные δ 18 O позволяют предположить, что~ 12 000   Гт углерода (не менее44 000  Гт CO 2д ) были выпущены более 50000 лет назад, в среднем0,24 Гт в год.

Стратиграфические разрезы пород этого периода обнаруживают множество других изменений. Летописи окаменелостей для многих организмов показывают значительный круговорот. Например, в морской области массовое вымирание бентосных фораминифер, глобальная экспансия субтропических динофлагеллят и появление экскурсионных, планктных фораминифер и известковых нанофоссилий произошли на начальных стадиях ПЭТМ. На суше современные отряды млекопитающих (включая приматов ) внезапно появляются в Европе и в Северной Америке. Отложения наносов значительно изменились на многих обнажениях и во многих кернах за этот временной интервал.

По крайней мере, с 1997 года термический максимум палеоцена-эоцена исследуется в геонауках в качестве аналога для понимания эффектов глобального потепления и массивного поступления углерода в океан и атмосферу, включая закисление океана. Сегодня люди выбрасывают около 10 Гт углерода (около 37 Гт СО2-экв.) В год, и с такой скоростью они будут выделять сопоставимое количество примерно через 1000 лет. Основное отличие состоит в том, что во время палеоцен-эоценового термального максимума планета была свободна ото льда, поскольку пролив Дрейка еще не открылся, а центральноамериканский морской путь еще не закрылся. Хотя в настоящее время ПЭТМ обычно считается «примером» глобального потепления и массивных выбросов углерода, причина, детали и общая значимость этого события остаются неопределенными.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Настройка
  • 2 Свидетельства глобального потепления
  • 3 Доказательства добавления углерода
  • 4 Сравнение с сегодняшним изменением климата
  • 5 Время добавления углерода и нагревания
  • 6 эффектов
    • 6.1 Погода
    • 6.2 Океан
      • 6.2.1 Аноксия
      • 6.2.2 Уровень моря
      • 6.2.3 Токи
      • 6.2.4 Лизоклин
    • 6.3 Жизнь
      • 6.3.1 Океан
      • 6.3.2 Земля
    • 6.4 Температура
    • 6.5 Наземный
  • 7 Возможные причины
    • 7.1 Извержение крупного кимберлитового поля
    • 7.2 Вулканическая деятельность
    • 7.3 Удар кометы
    • 7.4 Сжигание торфа
    • 7.5 Орбитальное форсирование
    • 7.6 Выброс метана
    • 7.7 Циркуляция океана
  • 8 Восстановление
  • 9 См. Также
  • 10 Ссылки
  • 11 Дальнейшее чтение
  • 12 Внешние ссылки

Параметр

Конфигурация океанов и континентов несколько отличалась в раннем палеогене от наших дней. Панамский перешеек еще не соединить Северную Америку и Южную Америку, и это позволило прямую низкоширотной циркуляцию между Тихим океаном и Атлантическими океанами. Дрейка, который теперь отделяет Южную Америку и Антарктиду, была закрыта, и это, возможно, предотвратить тепловой изоляции Антарктиды. Арктика была также более ограничена. Хотя различные прокси для прошлого атмосферного CO 2Уровни в эоцене не совпадают в абсолютном выражении, все предполагают, что тогда уровни были намного выше, чем в настоящее время. В любом случае значительных ледяных щитов в это время не было.

Температура поверхности Земли повысилась примерно на 6 ° C с конца палеоцена до начала эоцена, достигнув высшей точки в «климатическом оптимуме раннего эоцена» (EECO). На это долгосрочное постепенное потепление накладывались по крайней мере два (а возможно, и больше) «гипертермальных фактора». Их можно определить как кратковременные с геологической точки зрения (lt;200 000 лет) события, характеризующиеся быстрым глобальным потеплением, серьезными изменениями в окружающей среде и массовым накоплением углерода. Из них ПЭТМ был самым экстремальным и, возможно, первым (по крайней мере, в кайнозое ). Другое гипертермальное явление явно произошло примерно 53,7 млн ​​лет назад и теперь называется ETM-2 (также называемое H-1 или событие Эльмо). Однако дополнительные гипертермальные образования, вероятно, возникли примерно через 53,6 млн лет (H-2), 53,3 (I-1), 53,2 (I-2) и 52,8 млн лет (неофициально называемые K, X или ETM-3). Число, номенклатура, абсолютный возраст и относительное глобальное влияние гипертермальных образований эоцена являются источником значительных текущих исследований. Если они имели место только во время долгосрочного потепления, и являются ли они причинно связаны с по- видимому, подобными событиями в более старых интервалах геологической летописи (например, тоара оборота из Jurassic ) являются открытыми вопросами.

Подкисление глубинных вод и более позднее распространение из Северной Атлантики может объяснить пространственные вариации растворения карбонатов. Моделирование показывает накопление кислой воды в глубине Северной Атлантики в начале события.

Свидетельства глобального потепления

Накопленный рекорд температуры и объема льда в глубинах океана в мезозойский и кайнозойский периоды. LPTM - палеоцен-эоценовый термальный максимум OAEs - океанические аноксические явления MME - средне-маастрихтское событие

В начале ПЭТМ средние глобальные температуры увеличились примерно на 6 ° C (11 ° F) в течение примерно 20 000 лет. Это потепление было наложено на «долгосрочное» потепление раннего палеогена и основано на нескольких доказательствах. Наблюдается заметный (gt; 1 ) отрицательный скачок δ 18 O раковин фораминифер, как в поверхностных, так и в глубоководных водах океана. Поскольку в раннем палеогене континентального льда было мало, сдвиг δ 18 Oочень вероятно означает повышение температуры океана. Повышение температуры также подтверждается анализом скоплений окаменелостей, соотношением Mg / Ca у фораминифер и соотношением некоторых органических соединений, таких как TEX 86.

Точные пределы повышения глобальной температуры во время ПЭТМ и то, сильно ли оно варьировалось в зависимости от широты, остаются открытыми вопросами. Изотоп кислорода и Mg / Ca карбонатных раковин, выпавших в осадок в поверхностных водах океана, обычно используются для измерения температуры в прошлом; однако оба показателя палеотемпературы могут быть скомпрометированы в местах на низких широтах, потому что перекристаллизация карбоната на морском дне дает более низкие значения, чем при его образовании. С другой стороны, эти и другие значения температуры (например, TEX 86) подвержены влиянию в высоких широтах из-за сезонности; то есть «регистратор температуры» смещен в сторону лета и, следовательно, более высоких значений, когда происходило образование карбоната и органического углерода.

Конечно, центральная часть Северного Ледовитого океана была свободна ото льда до, во время и после ПЭТМ. Об этом можно судить по составу кернов отложений, извлеченных во время Arctic Coring Expedition (ACEX) на 87 ° с.ш. на хребте Ломоносова. Более того, температура увеличивалась во время ПЭТМ, на что указывало кратковременное присутствие субтропических динофлагеллят и заметное увеличение TEX 86. Однако последняя запись интригует, поскольку предполагает повышение на 6 ° C (11 ° F) с ~ 17 ° C (63 ° F) перед ПЭТМ до ~ 23 ° C (73 ° F) во время ПЭТМ. Предполагая, что запись TEX 86 отражает летние температуры, она все же подразумевает гораздо более высокие температуры на Северном полюсе по сравнению с сегодняшними днями, но не значительное широтное увеличение по сравнению с окружающим временем.

Приведенные выше соображения важны, потому что во многих моделированиях глобального потепления температуры в высоких широтах повышаются гораздо больше на полюсах из -за обратной связи между льдом и альбедо. Однако может случиться так, что во время PETM эта обратная связь в значительной степени отсутствовала из-за ограниченного полярного льда, поэтому температуры на экваторе и на полюсах увеличивались одинаково.

Доказательства добавления углерода

Явные доказательства массового добавления 13 C-обедненного углерода в начале ПЭТМ получены из двух наблюдений. Во-первых, заметный отрицательный скачок изотопного состава углерода ( δ 13 C) углеродсодержащих фаз характеризует ПЭТМ во многих (gt; 130) широко распространенных местах из различных сред. Во-вторых, растворение карбоната отмечает ПЭТМ на участках из глубины моря.

Общая масса углерода, попавшего в океан и атмосферу во время ПЭТМ, остается предметом споров. Теоретически это можно оценить по величине отрицательного выброса изотопа углерода (CIE), количеству растворенных карбонатов на морском дне или, в идеале, обоим. Однако сдвиг δ 13 Cчерез ПЭТМ зависит от местоположения и анализируемой углеродсодержащей фазы. В некоторых отчетах об объемном карбонате он составляет около 2 ‰ (промилле); в некоторых записях земных карбонатов или органического вещества превышает 6 ‰. Растворение карбонатов также варьируется в разных океанских бассейнах. Он был экстремальным в некоторых частях северной и центральной части Атлантического океана, но гораздо менее выражен в Тихом океане. По имеющейся информации, оценки добавляемого углерода колеблются от примерно 2000 до 7000 гигатонн.

Сравнение с сегодняшним изменением климата

Моделирование пикового добавления углерода в систему океан – атмосфера во время ПЭТМ дает вероятный диапазон 0,3–1,7 петаграмм углерода в год (Пг C / год), что намного медленнее, чем наблюдаемая в настоящее время скорость выбросов углерода. Было высказано предположение, что сегодняшний режим эмиссии метана со дна океана потенциально аналогичен режиму во время ПЭТМ. (Одна петаграмма углерода = 1 гигатонна углерода, ГтС; текущая скорость впрыска углерода в атмосферу превышает 10 ГтС / год, что намного больше, чем скорость впрыска углерода, имевшая место во время ПЭТМ.)

Профессор Земли и планетных наук Джеймс Захос отмечает, что прогнозы МГЭИК на 2300 г. в сценарии «обычного ведения дел» могут «потенциально привести глобальную температуру к уровню, которого планета не видела за 50 миллионов лет» - в раннем эоцене. Некоторые описывают ПЭТМ как, возможно, лучший древний аналог современного изменения климата. Ученые исследовали влияние изменения климата на химию океанов, исследуя изменения океана во время ПЭТМ.

Исследование показало, что ПЭТМ показывает, что в системе Земли существуют существенные переломные моменты изменения климата, которые «могут вызвать выброс дополнительных углеродных резервуаров и привести климат Земли в более горячее состояние».

Время добавления углерода и нагревания

Сроки ПЭТМ δ 13 CЭкскурсия представляет значительный интерес. Это связано с тем, что общая продолжительность CIE из-за быстрого падения δ 13 Cчерез ближайшее к восстановлению начальным условиям, относится к основным параметрам нашего глобального углеродного цикла, а поскольку начало дает представление к источнику 13 C обедненного СО 2.

Общую продолжительность CIE можно оценить несколькими способами. Знаковым интервалом отложений для изучения и датирования ПЭТМ является керн, обнаруженный в 1987 году в рамках программы океанического бурения в скважине 690B на возвышенности Мод в южной части Атлантического океана. В этом месте длина PETM CIE от начала до конца составляет около 2 м. Долгосрочные возрастные ограничения, полученные с помощью биостратиграфии и магнитостратиграфии, позволяют предположить, что средняя скорость седиментации в палеогене составляет около 1,23 см / 1 000 лет. Предполагая, что скорость седиментации постоянна, все событие, от начала до конца, было оценено примерно в 200000 лет. Впоследствии было отмечено, что CIE охватывает 10 или 11 тонких циклов в различных свойствах отложений, таких как содержание Fe. Предполагая, что эти циклы представляют собой прецессию, аналогичный, но немного более длинный возраст был рассчитан Rohl et al. 2000. Продолжительность МКО составляет ~ 200 000 лет, по оценкам моделей глобального круговорота углерода. Если огромное количество CO 2, обедненного 13 C, будет быстро введено в современный океан или атмосферу и спроецировано в будущее, результатом CIE будет ~ 200000 лет из-за медленного вымывания через квазистационарные входы (выветривание и вулканизм) и выходы ( карбонатные и органические) углерода.

Вышеупомянутый подход может быть реализован на многих участках, содержащих ПЭТМ. Это привело к интригующему результату. В некоторых местах (в основном в глубоководных районах) скорость седиментации должна снизиться через ПЭТМ, предположительно из-за растворения карбонатов на морском дне; в других местах (в основном на мелководье) скорость осаждения должна увеличиться через ПЭТМ, предположительно из-за повышенной доставки речного материала во время события.

Возрастные ограничения на нескольких глубоководных участках были независимо исследованы с использованием содержания 3 He, предполагая, что поток этого космогенного нуклида примерно постоянен в течение коротких периодов времени. Этот подход также предполагает быстрое начало PETM CIE (lt;20 000 лет). Однако записи 3 He подтверждают более быстрое восстановление до близких к начальным условиям (lt;100 000 лет), чем прогнозировалось смывом в результате выветривания, а также выбросов карбонатов и органических веществ.

Есть и другие свидетельства того, что потепление предшествовало δ 13 C экскурсия примерно на 3000 лет.

Эффекты

Погода

Плавающие папоротники Azolla, окаменелости этого рода указывают на субтропическую погоду на Северном полюсе.

Климат также стал бы намного влажнее, с увеличением скорости испарения, достигающим пика в тропиках. Изотопы дейтерия показывают, что гораздо больше этой влаги было перенесено к полюсу, чем обычно. Теплая погода преобладала бы на севере до Полярного бассейна. Находки окаменелостей плавающих папоротников Azolla в полярных регионах указывают на субтропические температуры на полюсах. Яма Messel биота, приуроченная к середине теплового максимума, указует на тропическую тропический лес окружающей среды в Южной Германии. В отличие от современных тропических лесов, его широта сделала бы его сезонным в сочетании с экваториальными температурами, погодной системой и соответствующей окружающей средой, не имеющей аналогов сегодня на Земле.

Океан

Количество пресной воды в Северном Ледовитом океане увеличилось отчасти из-за режима выпадения осадков в северном полушарии, подпитываемого миграцией штормовых путей к полюсам в условиях глобального потепления.

Аноксия

Основная статья: Аноксическое событие

В некоторых частях Мирового океана, особенно в северной части Атлантического океана, биотурбация отсутствовала. Это может быть связано с аноксией придонной воды или с изменением характера циркуляции океана, изменяющим температуру придонной воды. Однако многие океанические бассейны оставались биотурбированными из-за ПЭТМ.

Уровень моря

Основные статьи: Прошлый уровень моря § Изменения в геологическом времени и повышение уровня моря

Наряду с глобальным отсутствием льда, уровень моря поднялся бы из-за теплового расширения. Свидетельство этому можно найти в смещающихся сообществах палиноморф Северного Ледовитого океана, которые отражают относительное сокращение наземного органического материала по сравнению с морским органическим веществом.

Течения

В начале существования ПЭТМ модели циркуляции океана радикально изменились в течение менее чем 5000 лет. Направления течений в глобальном масштабе изменились на противоположные из-за сдвига в опрокидывании из южного полушария в северное полушарие. Этот «обратный» поток сохранялся 40 000 лет. Такое изменение переместит теплую воду в глубокие океаны, усиливая дальнейшее потепление.

Лизоклин

В лизоклине марка глубина, на которой карбонат начинает растворяться (над лизоклином, карбонат перенасыщен): сегодня, это примерно в 4 км, что сравнимо с средней глубиной океанов. Эта глубина зависит (среди прочего) от температуры и количества CO. 2растворяется в океане. Добавление CO 2первоначально поднимает лизоклин, что приводит к растворению глубоководных карбонатов. Это глубоководное закисление можно наблюдать в кернах океана, которые показывают (там, где биотурбация не разрушила сигнал) резкий переход от серого карбонатного ила к красным глинам (с последующим постепенным переходом обратно в серый цвет). Это гораздо более выражено в кернах Северной Атлантики, чем где-либо еще, что позволяет предположить, что здесь было больше подкисления, связанного с большим повышением уровня лизоклина. В некоторых частях юго-восточной Атлантики лизоклин поднялся на 2 км всего за несколько тысяч лет.

Жизнь

Стехиометрический магнетит ( Fe 4) частицы были получены из морских отложений возраста ПЭТМ. Исследование, проведенное в 2008 году, показало, что морфология кристаллов удлиненной призмы и наконечника острия не похожа ни на какие из ранее описанных кристаллов магнетита и потенциально имеет биогенное происхождение. Эти биогенные кристаллы магнетита демонстрируют уникальный гигантизм и, вероятно, имеют водное происхождение. Исследование предполагает, что развитие толстых субоксичных зон с высокой биодоступностью железа в результате резких изменений скорости выветривания и седиментации привело к диверсификации магнетитообразующих организмов, вероятно, включая эукариот. Биогенные магнетиты животных играют решающую роль в навигации по геомагнитному полю.

Океан

ПЭТМ сопровождается массовым вымиранием 35–50% бентосных фораминифер (особенно в более глубоких водах) в течение ~ 1000 лет - группа пострадает больше, чем во время вымирания KT, уничтожившего динозавров (например,). Напротив, планктонные фораминиферы диверсифицировались, а динофлагелляты расцвели. Успехом пользовались и млекопитающие, которые примерно в это время сильно излучали.

Глубоководные вымирания трудно объяснить, потому что многие виды бентосных фораминифер в глубоководных морях космополитичны и могут найти убежища от местного исчезновения. Общие гипотезы, такие как снижение доступности кислорода, связанное с температурой, или усиление коррозии из-за недонасыщенности карбонатами глубинных вод, недостаточны в качестве объяснения. Подкисление, возможно, также сыграло роль в исчезновении кальцифицирующих фораминифер, а более высокие температуры увеличили бы скорость метаболизма, что потребовало бы большего количества пищи. Такое увеличение запасов пищи могло не материализоваться, потому что потепление и усиление стратификации океана могли привести к снижению продуктивности и / или усилению реминерализации органического вещества в водной толще, прежде чем оно достигнет бентосных фораминифер на морском дне (). Единственным глобальным фактором было повышение температуры. Вымирание в регионах Северной Атлантики может быть связано с усилением глубоководной аноксии, что может быть связано с замедлением опрокидывающихся океанских течений или высвобождением и быстрым окислением большого количества метана. Зоны кислородного минимума в океанах, возможно, расширились.

Бесспорно, что на мелководье повышенное содержание CO 2уровни приводят к снижению pH океана, что оказывает глубокое негативное влияние на кораллы. Эксперименты показывают, что он также очень вреден для кальцинирования планктона. Однако сильные кислоты, используемые для имитации естественного повышения кислотности, которое может возникнуть в результате повышенного содержания CO 2концентрации, возможно, дали вводящие в заблуждение результаты, и самые последние данные свидетельствуют о том, что кокколитофориды ( по крайней мере, E. huxleyi ) становятся больше, а не меньше, кальцинированы и изобилуют в кислых водах. Никакие изменения в распределении известкового нанопланктона, такого как кокколитофориды, нельзя отнести к подкислению во время ПЭТМ. Подкисление действительно привело к появлению большого количества сильно кальцинированных водорослей и слабо кальцинированных ячеек.

Исследование, опубликованное в мае 2021 года, показало, что рыба процветала, по крайней мере, в некоторых тропических районах во время PETM, на основе обнаруженных окаменелостей рыб, включая Mene maculata в Рас-Гарибе, Египет.

Земля

Влажные условия вызвали миграцию современных азиатских млекопитающих на север в зависимости от климатических поясов. Остается неопределенность относительно сроков и темпов миграции.

Увеличение численности млекопитающих интригует. Повышенный CO 2уровни могли способствовать карликованию, что могло стимулировать видообразование. Многие крупные отряды млекопитающих, включая парнокопытных, лошадей и приматов, появились и распространились по земному шару через 13–22 000 лет после создания ПЭТМ.

Температура

Прокси-данные с одного из исследованных участков показывают быстрое повышение температуры на +8 ° C в соответствии с существующими региональными данными о морской и наземной среде. Примечательно отсутствие документально подтвержденных случаев большего потепления в полярных регионах. Это подразумевает отсутствие обратной связи между ледяным альбедо, что предполагает отсутствие морского или наземного льда в позднем палеоцене.

Наземный

Во время ПЭТМ отложения обогащаются каолинитом из обломочного источника из-за денудации (начальные процессы, такие как вулканы, землетрясения и тектоника плит ). Это предполагает увеличение количества осадков и усиленную эрозию более старых богатых каолинитом почв и отложений. Усиленное выветривание из-за повышенного стока сформировало толстую палеопочву, обогащенную карбонатными конкрециями (типа микрокодиума ), что свидетельствует о полузасушливом климате.

Возможные причины

Различить различные возможные причины ПЭТМ сложно. Температуры во всем мире росли устойчивыми темпами, и необходимо задействовать механизм, чтобы произвести мгновенный всплеск, который, возможно, был усилен или вызван положительными обратными связями (или активацией «опрокидывания или точек»). Наибольшую помощь в разделении этих факторов дает рассмотрение баланса массы изотопа углерода. Мы знаем, что весь экзогенный углеродный цикл (т. Е. Углерод, содержащийся в океанах и атмосфере, который может изменяться в короткие сроки) претерпел колебания от −0,2% до −0,3% в δ 13 C.и, рассматривая изотопные сигнатуры других запасов углерода, можно определить, какая масса запасов необходима для создания этого эффекта. Предположение, лежащее в основе этого подхода, состоит в том, что масса экзогенного углерода в палеогене была такой же, как и сегодня, что очень трудно подтвердить.

Извержение большого кимберлитового поля

Хотя причину первоначального потепления приписывают массивному выбросу углерода (CO 2 и / или CH 4) в атмосферу, источник углерода еще не найден. Размещение большого скопления кимберлитовых трубок на отметке ~ 56 млн лет в регионе Лак-де-Гра на севере Канады, возможно, предоставило углерод, который вызвал раннее потепление в форме расплавленного магматического CO 2. Расчеты показывают, что примерно 900–1100 пг углерода, необходимое для начального потепления океанской воды примерно на 3 ° C, связанного с палеоцен-эоценовым термическим максимумом, могло быть высвобождено во время размещения большого кластера кимберлитов. Перенос теплой поверхностной воды океана на промежуточные глубины привел к термической диссоциации гидратов метана на морском дне, в результате чего образовался обедненный изотопами углерод, который произвел изотопный выброс углерода. Одновременный возраст двух других кластеров кимберлитов в поле Лак-де-Гра и двух других гипертермальных явлений раннего кайнозоя указывает на то, что дегазация CO 2 во время внедрения кимберлитов является вероятным источником CO 2, ответственного за эти внезапные явления глобального потепления.

Вулканическая активность

Спутниковый снимок Арднамурчана - отчетливо видна круглая форма, которая является «водопроводом древнего вулкана».

Для уравновешивания массы углерода и получения наблюдаемого δ 13 CПо крайней мере, 1500 гигатонн углерода должны были бы дегазировать из мантии через вулканы в течение двух 1000-летних шагов. Для сравнения: это примерно в 200 раз больше фоновой скорости дегазации для остальной части палеоцена. Нет никаких указаний на то, что подобный всплеск вулканической активности случался когда-либо в истории Земли. Однако значительный вулканизм был активен в Восточной Гренландии около миллиона лет назад или около того, но этим трудно объяснить скорость образования ПЭТМ. Даже если большая часть из 1500 гигатонн углерода будет высвобождена за один импульс, для получения наблюдаемого изотопного выброса потребуются дополнительные обратные связи.

С другой стороны, есть предположения, что всплески активности произошли на более поздних стадиях вулканизма и связанного с ним континентального рифтинга. Вторжения горячей магмы в богатые углеродом отложения могли вызвать дегазацию изотопно легкого метана в достаточных объемах, чтобы вызвать глобальное потепление и наблюдаемую изотопную аномалию. Эта гипотеза подтверждается наличием обширных интрузивных комплексов силлов и комплексов гидротермальных жерл размером в тысячи километров в осадочных бассейнах на северной окраине и к западу от Шетландских островов. Извержения вулканов большой мощности могут влиять на глобальный климат, уменьшая количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли, понижая температуру в тропосфере и изменяя характер атмосферной циркуляции. Крупномасштабная вулканическая активность может длиться всего несколько дней, но массовое излияние газов и пепла может влиять на климатические модели в течение многих лет. Серные газы превращаются в сульфатные аэрозоли, субмикронные капли, содержащие около 75 процентов серной кислоты. После извержений эти аэрозольные частицы могут оставаться в стратосфере от трех до четырех лет. Дальнейшие фазы вулканической активности могли спровоцировать выброс большего количества метана и вызвать другие теплые события раннего эоцена, такие как ETM2. Также было высказано предположение, что вулканическая активность вокруг Карибского моря могла нарушить циркуляцию океанических течений, увеличивая масштабы изменения климата.

В исследовании 2017 года были отмечены убедительные доказательства наличия вулканического источника углерода (более 10 000 петаграмм углерода), связанного с Североатлантической магматической провинцией. Исследование 2021 года показало, что ПЭТМ непосредственно предшествовал вулканизм.

Удар кометы

Кратковременно популярная теория утверждала, что комета с высоким содержанием углерода 12 ударилась о землю и инициировала событие потепления. Удар кометы, совпадающий с границей P / E, также может помочь объяснить некоторые загадочные особенности, связанные с этим событием, такие как иридиевая аномалия в Сумайе, резкое появление каолинитовых глин с обильными магнитными наночастицами на прибрежном шельфе Нью-Джерси и особенно почти одновременное начало экскурсии изотопов углерода и теплового максимума. Действительно, ключевая особенность столкновения кометы и ее проверяемое предсказание заключается в том, что она должна вызывать практически мгновенные экологические эффекты в атмосфере и на поверхности океана с последующими последствиями в более глубоких океанах. Даже с учетом процессов обратной связи для этого потребуется не менее 100 гигатонн внеземного углерода. Такое катастрофическое воздействие должно было оставить свой след на земном шаре. Однако представленные доказательства не выдерживают критики. Необычный слой глины толщиной 9 метров, предположительно образовавшийся вскоре после удара, содержал необычное количество магнетита, но он формировался слишком медленно, чтобы эти магнитные частицы были результатом удара кометы. и оказывается, они созданы бактериями. Однако недавний анализ показал, что изолированные частицы небиогенного происхождения составляют большую часть магнитных частиц в толстой глинистой единице.

В отчете в Science за 2016 год описывается обнаружение ударных выбросов из трех морских участков границы PE на атлантической окраине восточной части США, что указывает на то, что во время выхода изотопа углерода на границу PE произошло столкновение с инопланетянами. Обнаруженные шарики силикатного стекла идентифицированы как микротектиты и микрокристаллы.

Сжигание торфа

Когда- то предполагалось сжигание огромного количества торфа, потому что, вероятно, в палеоцене в качестве живой наземной биомассы хранилась большая масса углерода, чем сегодня, поскольку растения фактически росли более энергично в период ПЭТМ. Эта теория была опровергнута, поскольку для получения δ 13 CВо время экскурсии, более 90 процентов биомассы Земли должны были быть сожжены. Однако палеоцен также признан временем значительного скопления торфа во всем мире. Всесторонний поиск не смог найти доказательств горения ископаемого органического вещества в виде сажи или аналогичных твердых частиц углерода.

Орбитальное форсирование

Присутствие позже (меньше) прогрев события глобального масштаба, такие как Элмо горизонт (аки ETM2 ), привела к гипотезе о том, что события повторяются на регулярной основе, приводимые максимумами в год 400000 и 100000 циклов эксцентриситета в на земной орбите. Ожидается, что текущий период потепления продлится еще 50 000 лет из-за минимума эксцентриситета орбиты Земли. Орбитальное увеличение инсоляции (и, следовательно, температуры) заставит систему превысить пороговое значение и вызовет положительные обратные связи.

Выброс метана

Ни одна из вышеперечисленных причин сама по себе недостаточна, чтобы вызвать выброс изотопов углерода или потепление, наблюдаемое на ПЭТМ. Наиболее очевидным механизмом обратной связи, который может усилить начальное возмущение, является механизм клатратов метана. При определенных условиях температуры и давления метан, который постоянно образуется при разложении микробов в донных отложениях моря, устойчив в комплексе с водой, которая образует ледяные клетки, удерживающие метан в твердой форме. При повышении температуры давление, необходимое для поддержания стабильности этой клатратной конфигурации, увеличивается, поэтому мелкие клатраты диссоциируют, выделяя газообразный метан и попадающий в атмосферу. Поскольку биогенные клатраты имеют δ 13 Cсигнатура -60 (неорганические клатраты все еще довольно большие -40 ‰), относительно небольшие массы могут давать большие δ 13 Cэкскурсии. Кроме того, метан является мощным парниковым газом, поскольку он выбрасывается в атмосферу, поэтому он вызывает потепление, а поскольку океан переносит это тепло в донные отложения, он дестабилизирует большее количество клатратов. Потребуется около 2300 лет, чтобы повышенная температура распространила тепло на морское дно на глубину, достаточную для высвобождения клатратов, хотя точные временные рамки сильно зависят от ряда плохо ограниченных предположений. Потепление океана из-за наводнения и изменений давления из-за падения уровня моря могло привести к нестабильности клатратов и выбросу метана. Это может произойти в течение всего нескольких тысяч лет. Обратный процесс, процесс закрепления метана в клатратах, происходит в более широком масштабе в десятки тысяч лет.

Чтобы гипотеза клатратов работала, океаны должны показать признаки того, что они немного потеплели перед выходом изотопов углерода, потому что потребуется некоторое время, чтобы метан смешался с системой и δ 13 C- восстановленный углерод должен быть возвращен в глубоководную осадочную запись. До недавнего времени данные свидетельствовали о том, что два пика на самом деле были одновременными, что ослабляло поддержку теории метана. Но недавняя работа (2002 г.) позволила выявить небольшой разрыв между начальным потеплением и величиной δ 13 C.экскурсия. Химические маркеры температуры поверхности ( TEX 86 ) также указывают на то, что потепление произошло примерно за 3000 лет до выброса изотопов углерода, но, похоже, это верно не для всех ядер. Примечательно, что более глубокие (неповерхностные) воды, похоже, не демонстрируют свидетельств этого временного промежутка. Более того, небольшое видимое изменение в TEX 86, которое предшествует δ 13 Cаномалия может быть легко (и более правдоподобно) приписана местной изменчивости (особенно на атлантической прибрежной равнине, например, Sluijs, et al., 2007), поскольку палеотермометр TEX 86 подвержен значительным биологическим эффектам. Δ 18 O бентосных или планктонных образований не показывает какого-либо предварительного потепления ни в одной из этих мест, а в мире, свободном ото льда, это, как правило, гораздо более надежный индикатор прошлых температур океана.

Анализ этих записей выявляет еще один интересный факт: планктонные (плавающие) образования регистрируют переход к более легким изотопным значениям раньше, чем бентосные (донные) образования. Зажигалка (нижняя δ 13 C) метаногенный углерод может быть включен в оболочки пен только после того, как он был окислен. Постепенное высвобождение газа позволит ему окислиться в глубоких океанах, что приведет к тому, что бентосные форамы покажут более легкие значения раньше. Тот факт, что планктонные пены первыми показывают сигнал, предполагает, что метан высвобождался так быстро, что его окисление израсходовало весь кислород на глубине в толще воды, позволяя некоторому количеству метана достигать неокисленной атмосферы, где атмосферный кислород вступал бы в реакцию. с этим. Это наблюдение также позволяет нам ограничить продолжительность выброса метана примерно 10 000 лет.

Однако существует несколько серьезных проблем с гипотезой диссоциации гидрата метана. Самая экономная интерпретация для образований поверхностных вод, показывающая δ 13 CЭкскурсия перед их бентическими аналогами (как в статье Томаса и др.) заключается в том, что возмущение происходило сверху вниз, а не снизу вверх. Если аномальная δ 13 C(в любой форме: CH 4 или CO 2) сначала поступил в резервуар атмосферного углерода, а затем диффундировал в поверхностные воды океана, которые смешиваются с более глубокими океанскими водами в течение гораздо более длительных периодов времени, мы ожидаем увидеть смещение планктона в сторону более светлые значения перед бентосами. Более того, внимательное изучение данных Thomas et al. Набор данных показывает, что не существует единого промежуточного значения планктонного форама, что означает, что возмущение и сопутствующее значение δ 13 C аномалия произошла в течение срока службы одного фора - слишком быстро для номинального выброса в 10 000 лет, необходимого для срабатывания гипотезы метана.

Ведутся споры о том, было ли достаточно большое количество гидрата метана, чтобы быть основным источником углерода; в недавней статье было высказано предположение, что это так. Сегодняшние глобальные запасы гидрата метана плохо ограничены, но в основном оцениваются в пределах от 2 000 до 10 000 Гт. Однако, поскольку глобальная температура дна океана была на ~ 6 ° C выше, чем сегодня, что подразумевает гораздо меньший объем отложений, содержащих газовый гидрат, чем сегодня, глобальное количество гидрата до ПЭТМ считалось намного меньше, чем в настоящее время. оценки. в исследовании 2006 года ученые считали источник углерода для ПЭТМ загадкой. Исследование 2011 года с использованием численного моделирования предполагает, что усиленное осаждение органического углерода и метаногенез могли компенсировать меньший объем устойчивости гидратов.

Исследование 2016 года, основанное на реконструкциях содержания CO 2 в атмосфере во время экскурсий по изотопу углерода (CIE) PETM, с использованием тройного изотопного анализа кислорода, предполагает массовый выброс метана с морского дна в атмосферу как движущую силу климатических изменений. Авторы также отмечают:

Массовый выброс клатратов метана в результате термической диссоциации был наиболее убедительной гипотезой для объяснения CIE с момента его первой идентификации.

Циркуляция океана

При рассмотрении того, как тепло переносилось через океаны, важны крупномасштабные модели циркуляции океана. Наше понимание этих закономерностей все еще находится на предварительной стадии. Модели показывают, что существуют возможные механизмы для быстрой передачи тепла к мелководным, содержащим клатраты океанским шельфам, при условии правильного батиметрического профиля, но модели еще не могут соответствовать наблюдаемому нами распределению данных. «Потепление, сопровождающее переключение с юга на север в глубоководной формации, вызовет достаточное потепление, чтобы дестабилизировать газовые гидраты морского дна над большей частью мирового океана до глубины воды не менее 1900 м». Эта дестабилизация могла привести к выбросу более 2000 гигатонн газообразного метана из клатратной зоны дна океана.

Поступление арктических пресных вод в северную часть Тихого океана может послужить катализатором дестабилизации гидрата метана, события, которое было предложено в качестве предвестника начала ПЭТМ.

Восстановление

Климатические прокси, такие как океанические отложения (скорости осаждения), указывают на продолжительность ∼83 тыс. Лет назад, с ∼33 тыс. Лет назад в ранней быстрой фазе и ∼50 тыс. Лет назад в последующей постепенной фазе.

Наиболее вероятный метод восстановления предполагает увеличение биологической продуктивности, транспортировку углерода в глубины океана. Этому будут способствовать более высокие глобальные температуры и CO. 2уровни, а также увеличение поступления питательных веществ (что могло бы быть результатом более сильного выветривания континентов из-за более высоких температур и осадков; вулканы, возможно, предоставили дополнительные питательные вещества). Доказательством более высокой биологической продуктивности является биоконцентрированный барий. Однако этот показатель может вместо этого отражать добавление бария, растворенного в метане. Диверсификация предполагает, что продуктивность повысилась в прибрежных районах, которые были бы теплыми и удобряемыми за счет стока, что перевесило снижение продуктивности в глубоких океанах.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки

Последняя правка сделана 2023-03-21 05:36:06
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте