Geologisk temperaturrekord

Det geologiska temperaturrekordet är förändringar i jordens miljö som fastställts från geologiska bevis på mångmiljoner till miljarder (10 9 ⁾ års tidsskalor. Studiet av tidigare temperaturer ger en viktig paleomiljöinsikt eftersom det är en del av dåtidens klimat och oceanografi .

Metodik

Bevis för tidigare temperaturer kommer huvudsakligen från isotopiska överväganden (särskilt $δ$ ¹⁸ O ); Mg/Ca-förhållandet för foramtester och alkenoner är också användbara. Ofta används många tillsammans för att få en multiproxy-uppskattning för temperaturen. Detta har visat sig vara avgörande i studier av glacial/interglacial temperatur.

Beskrivning av temperaturregistreringen

Pleistocen

Rekonstruktion av de senaste 5 miljoner åren av klimathistoria, baserad på syreisotopfraktionering i djuphavssedimentkärnor (fungerar som en proxy för den totala globala massan av glacialisar), anpassad till en modell av orbital forcering (Lisiecki och Raymo 2005) och till temperaturskalan härledd från Vostoks iskärnor enligt Petit et al. (1999).

De senaste 3 miljoner åren har präglats av cykler av glacialer och interglacialer inom en gradvis fördjupad istid . För närvarande befinner sig jorden i en interglacial period, som börjar för cirka 20 000 år sedan (20 kya).

Istidens cykler involverar tillväxt och tillbakadragande av kontinentalisar på norra halvklotet och involverar fluktuationer på ett antal tidsskalor, särskilt på skalorna 21 ky, 41 ky och 100 ky. Sådana cykler tolkas vanligtvis som att de drivs av förutsägbara förändringar i jordens omloppsbana som kallas Milankovitch-cykler . I början av den mellersta pleistocenen (för 0,8 miljoner år sedan, nära Brunhes–Matuyamas geomagnetiska omkastning ) har det skett en i stort sett oförklarad växling i den dominerande periodiciteten av glaciationer från cykeln 41 ky till 100 ky.

Den gradvisa intensifieringen av denna istid under de senaste 3 miljoner åren har associerats med sjunkande koncentrationer av växthusgasen koldioxid , även om det fortfarande är oklart om denna förändring är tillräckligt stor för att ha orsakat temperaturförändringarna . Sänkta temperaturer kan orsaka en minskning av koldioxid eftersom koldioxid enligt Henrys lag är mer lösligt i kallare vatten, vilket kan stå för 30 ppmv av 100 ppmv minskningen av koldioxidkoncentrationen under den sista istidens maximum.

På samma sätt motsvarar initieringen av denna fördjupningsfas också grovt sett stängningen av Panamanäset genom inverkan av plattektonik . Detta förhindrade direkt havsflöde mellan Stilla havet och Atlanten, vilket skulle ha haft betydande effekter på havscirkulationen och värmefördelningen. Modelleringsstudier har dock varit tvetydiga om huruvida detta kan vara den direkta orsaken till intensifieringen av den nuvarande istiden.

Denna senaste period av cykelklimat är en del av den mer utdragna istiden som började ungefär med glaciationen av Antarktis .

Inledande eocen termiska maxima

Klimatförändringar under de senaste 65 miljoner åren. Den verkliga storleken på PETM är sannolikt underskattad i denna figur på grund av grov provtagning.

Under den tidigaste delen av eocenperioden har en serie plötsliga termiska toppar observerats, som inte varade mer än några hundra tusen år. Den mest uttalade av dessa, Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM) är synlig i figuren till höger. Dessa tolkas vanligtvis som orsakade av plötsliga utsläpp av metan från klatrater (frysta metanisar som samlas på botten av havet), även om vissa forskare ifrågasätter att metan skulle vara tillräckligt för att orsaka de observerade förändringarna. ^{[ citat behövs ]} Under dessa händelser kan temperaturen i Ishavet ha nått nivåer som mer typiskt förknippas med moderna tempererade (dvs. medellatitud) hav. ^{[ citat behövs ]} Under PETM verkar den globala medeltemperaturen ha stigit med så mycket som 5-8 °C (9-14 °F) till en medeltemperatur så hög som 23 °C (73 °F), däremot till dagens globala medeltemperatur på strax under 15 °C (60 °F). Geologer och paleontologer tror att under stora delar av paleocen och tidig eocen var polerna fria från iskappor, och palmer och krokodiler levde ovanför polcirkeln, medan stora delar av det kontinentala USA hade en subtropisk miljö.

Krita termiskt optimum

Under den senare delen av krita , från , nådde den genomsnittliga globala temperaturen sin högsta nivå under de senaste ~200 miljoner åren. Detta kommer sannolikt att vara resultatet av en gynnsam konfiguration av kontinenterna under denna period som möjliggjorde förbättrad cirkulation i haven och motverkade bildandet av storskalig inlandsis. ^{[ citat behövs ]}

Fluktuationer under resten av fanerozoikum

500 miljoner år av klimatförändringar

Den fanerozoiska eonen , som omfattar de senaste 542 miljoner åren och nästan hela tiden sedan uppkomsten av komplext flercelligt liv, har mer generellt varit en period av fluktuerande temperatur mellan istider, såsom den nuvarande tidsåldern, och "klimatoptima", liknande det som inträffade under kritatiden. Ungefär 4 sådana cykler har inträffat under denna tid med ett cirka 140 miljoner års avstånd mellan klimatoptima. Förutom nutiden har istider inträffat under perm - karbon och det sena ordovicium -tidigt silurium . Det finns också ett "svalare" intervall under jura och tidig krita, med tecken på ökad havsis, men bristen på kontinenter vid någon av polerna under detta intervall förhindrade bildandet av kontinentala inlandsisar och följaktligen betraktas detta vanligtvis inte som en fullständig -fjädrad istid. Mellan dessa kalla perioder fanns varmare förhållanden och ofta kallade klimatoptima. Det har dock varit svårt att avgöra om dessa varmare intervall faktiskt var varmare eller kallare än som inträffade under Krita optima.

Sen proterozoiska istider

Den neoproterozoiska eran (), ger bevis på minst två och möjligen fler stora istider. Den nyare av dessa istider, som omfattar Marinoan & Varangian glaciala maxima (ca ), har föreslagits som en snöbolls- jordhändelse med kontinuerlig havsis som når nästan till ekvatorn. Detta är betydligt allvarligare än istiden under fanerozoikum. Eftersom denna istid upphörde endast något före den snabba diversifieringen av livet under den kambriska explosionen , har det föreslagits att denna istid (eller åtminstone dess slut) skapade gynnsamma förhållanden för evolution. De tidigare Sturtian glaciala maxima (~730 miljoner år) kan också ha varit en snöbolls-jordhändelse även om detta är obevisat.

Förändringarna som leder till initieringen av snöbollsjordhändelser är inte välkända, men det har hävdats att de nödvändigtvis ledde till sitt eget slut. Den utbredda havsisen förhindrar avsättning av färska karbonater i havssediment . Eftersom sådana karbonater är en del av den naturliga processen för återvinning av koldioxid, tillåter kortslutning av denna process koldioxid att ackumuleras i atmosfären. Detta ökar växthuseffekten och leder så småningom till högre temperaturer och att havsisen drar sig tillbaka.

Övergripande vy

Direkt kombination av dessa tolkade geologiska temperaturposter är inte nödvändigtvis giltig, och inte heller deras kombination med andra nyare temperaturposter, som kan använda andra definitioner. Ändå är ett övergripande perspektiv användbart även när det är oprecist. I denna vy är tiden ritad bakåt från nuet, taget som 2015 CE. Den är skalad linjär i fem separata segment, som expanderar med ungefär en storleksordning vid varje vertikalt brott. Temperaturerna i den vänstra panelen är mycket ungefärliga och ses bäst endast som en kvalitativ indikation. Mer information finns på grafbeskrivningssidan .

Andra temperaturförändringar i jordens förflutna

Ungefär, det fanns en period av klimatstasis, även känd som den tråkiga miljarden . Under denna period förekom knappast någon tektonisk aktivitet, inga nedisningar och atmosfärens sammansättning förblev stabil. Det kantas av två olika syresättning och glaciala händelser.

Temperaturrekonstruktioner baserade på syre- och kiselisotoper från bergprover har förutspått mycket hetare prekambriska havstemperaturer. Dessa förutsägelser föreslår havstemperaturer på 55–85 °C under perioden , följt av kylning till mildare temperaturer på mellan 10-40 °C med . Rekonstruerade proteiner från prekambriska organismer har också gett bevis för att den antika världen var mycket varmare än idag.

Andra bevis tyder dock på att perioden i allmänhet var kallare och mer glacierad än de senaste 500 miljoner åren. ^{[ citat behövs ]} Detta tros vara resultatet av solstrålning som är cirka 20 % lägre än idag. Solens ljusstyrka var 30 % svagare när jorden bildades för 4,5 miljarder år sedan, och den förväntas öka i ljusstyrka med cirka 10 % per miljard år i framtiden.

På mycket långa tidsskalor är solens utveckling också en viktig faktor för att bestämma jordens klimat. Enligt vanliga solteorier kommer solen gradvis att ha ökat i ljusstyrka som en naturlig del av sin utveckling efter att ha börjat med en intensitet på cirka 70 % av sitt moderna värde. Den initialt låga solstrålningen, om den kombineras med moderna värden på växthusgaser, skulle inte ha varit tillräcklig för att tillåta flytande hav på jordens yta. Emellertid har bevis på flytande vatten vid ytan påvisats så långt tillbaka som . Detta är känt som den svaga unga solparadoxen och förklaras vanligtvis genom att man åberopar mycket större växthusgaskoncentrationer i jordens tidiga historia, även om sådana förslag är dåligt begränsade av existerande experimentella bevis.

Se även