stringtranslate.com

Палеоокеанография

Палеоокеанография — это изучение истории океанов в геологическом прошлом с точки зрения циркуляции, химии , биологии , геологии, а также закономерностей седиментации и биологической продуктивности. Палеоокеанографические исследования с использованием моделей окружающей среды и различных косвенных показателей позволяют научному сообществу оценить роль океанических процессов в глобальном климате путем реконструкции климата прошлого в различные промежутки времени. Палеоокеанографические исследования также тесно связаны с палеоклиматологией .

Источник и методы информации

Палеоокеанография использует так называемые прокси -методы как способ получения информации о прошлом состоянии и эволюции мировых океанов. Некоторые геохимические прокси-инструменты включают длинноцепочечные органические молекулы (например, алкеноны ), стабильные и радиоактивные изотопы и следы металлов. [1] Кроме того, могут быть полезны керны отложений, богатые окаменелостями и ракушками (пробы); область палеоокеанографии тесно связана с седиментологией и палеонтологией .

Температура поверхности моря

Данные о температуре поверхности моря (SST) можно получить из кернов глубоководных отложений, используя соотношения изотопов кислорода и соотношение магния и кальция (Mg/Ca) в выделениях раковин планктона, из длинноцепочечных органических молекул, таких как алкенон, тропические кораллы у поверхности моря и из раковин моллюсков. [2]

Соотношения изотопов кислорода (δ 18 O) полезны при восстановлении SST из-за влияния температуры на соотношение изотопов. Планктон поглощает кислород при построении своих раковин и будет менее обогащен δ 18 O при формировании в более теплых водах, при условии, что он находится в термодинамическом равновесии с морской водой. [3] Когда эти раковины выпадают в осадок, они тонут и образуют отложения на дне океана, δ 18 O которых можно использовать для вывода о прошлых ТПО. [4] Однако соотношение изотопов кислорода не является идеальным показателем. Объем льда, захваченного континентальными ледяными щитами, может оказывать влияние на δ 18 O. Пресная вода, характеризующаяся более низкими значениями δ 18 O, попадает в ловушку континентальных ледяных щитов, так что во время ледниковых периодов δ 18 O морской воды повышается и покрывается кальцитовыми панцирями. образовавшиеся за это время, будут иметь большее значение δ 18 O. [5] [6]

Замещение магния кальцием в оболочках CaCO 3 можно использовать в качестве показателя ТПМ, при которой образовались оболочки. На соотношение Mg/Ca есть несколько других влияющих факторов, помимо температуры, таких как жизненные эффекты, очистка раковины, а также эффекты растворения после смерти и после отложения, и это лишь некоторые из них. [2] Помимо других факторов, соотношение Mg/Ca успешно позволило количественно оценить тропическое похолодание, которое произошло во время последнего ледникового периода. [7]

Алкеноны — это сложные органические молекулы с длинной цепью, вырабатываемые фотосинтезирующими водорослями. Они чувствительны к температуре и могут быть извлечены из морских отложений. Использование алкенонов представляет собой более прямую связь между SST и водорослями и не зависит от знания биотических и физико-химических термодинамических взаимосвязей, необходимых в исследованиях CaCO 3 . [8] Еще одним преимуществом использования алкенонов является то, что они являются продуктом фотосинтеза, что приводит к необходимости образования под солнечным светом верхних поверхностных слоев. Таким образом, он лучше регистрирует приповерхностную ТПМ. [2]

Температура придонной воды

Наиболее часто используемым показателем для определения истории глубоководной температуры является соотношение Mg/Ca в донных фораминиферах и остракодах . Температуры, полученные на основе соотношения Mg/Ca, подтвердили охлаждение глубин океана на величину до 3 °C во время ледниковых периодов позднего плейстоцена. [2] Одним из примечательных исследований является исследование Lear et al. [2002], которые работали над калибровкой температуры придонной воды по соотношению Mg/Ca в 9 местах, охватывающих различные глубины от шести различных донных фораминифер (в зависимости от местоположения). [9] Авторы нашли уравнение, калибрующее температуру придонной воды по отношениям Mg/Ca, которое принимает экспоненциальную форму:

где Mg/Ca — соотношение Mg/Ca, обнаруженное у донных фораминифер, а BWT — температура придонной воды. [10]

Отчеты о отложениях

Записи осадочных пород могут многое рассказать нам о нашем прошлом и помочь сделать выводы о будущем. Хотя в этой области палеоокеанографии нет ничего нового: некоторые исследования начались еще в 1930-х годах и ранее. [11]    Современные реконструктивные исследования в масштабе времени продвинулись вперед с использованием методов сканирования керна отложений. Эти методы позволили провести исследования, аналогичные тем, которые проводились с записями ледяных кернов в Антарктиде. [12] Эти записи могут дать информацию об относительной численности организмов, присутствующих в данный момент времени, с использованием методов палеопродуктивности, таких как измерение общей численности диатомей. [13] Записи также могут содержать информацию об исторических погодных условиях и циркуляции океана, например, Deschamps et al. описаны их исследованиями отложений Чукотско-Аляскинского и канадского окраин Бофорта. [14]

Соленость

Соленость — более сложную величину, которую трудно определить по палеозаписи. Избыток дейтерия в записях керна может обеспечить лучший вывод о солености морской поверхности, чем изотопы кислорода, а некоторые виды, такие как диатомеи, могут обеспечить полуколичественные данные о солености из-за относительной численности диатомей, которая ограничена определенными режимами солености. [15] Произошли изменения в глобальном водном цикле и балансе солености океанов с Северной Атлантикой, которые стали более солеными, а субтропические Индийский и Тихий океаны стали менее солеными. [16] [17] С изменениями в водном цикле также произошли изменения в вертикальном распределении соли и галоклинов. [18] Крупные притоки пресной воды и изменение солености также могут способствовать сокращению площади морского льда. [19]

Циркуляция океана

Для вывода о прошлой циркуляции океана и изменениях в ней использовалось несколько косвенных методов. К ним относятся соотношения изотопов углерода , отношения кадмия / кальция (Cd/Ca), изотопы протактиния / тория ( 231 Па и 230 Th), активность радиоуглерода (δ 14 C), изотопы неодима ( 143 Nd и 144 Nd) и сортируемый ил ( фракция глубоководных осадков от 10 до 63 мкм). [2] Используются косвенные показатели изотопов углерода и соотношения кадмия/кальция, поскольку изменчивость их соотношений частично обусловлена ​​изменениями в химическом составе придонной воды, которая, в свою очередь, связана с источником формирования глубоководных вод. [20] [21] Однако на эти соотношения влияют биологические, экологические и геохимические процессы, которые усложняют выводы о циркуляции.

Все включенные косвенные данные полезны для определения поведения меридиональной опрокидывающей циркуляции . [2] Например, Макманус и др. [2004] использовали изотопы протактиния / тория ( 231 Па и 230 Th), чтобы показать, что Атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция была почти (или полностью) отключена во время последнего ледникового периода. [22] 231 Па и 230 Th оба образуются в результате радиоактивного распада растворенного урана в морской воде, при этом 231 Па может оставаться в толще воды дольше, чем 230 Th: 231 Па имеет время пребывания ~ 100–200 лет, а 230 Есть один ~20–40 лет. [22] В современном Атлантическом океане и современной опрокидывающей циркуляции перенос 230 Th в Южный океан минимален из-за его короткого времени пребывания, а перенос 231 Па высок. Это приводит к относительно низким соотношениям 231 Па / 230 Th, обнаруженным McManus et al. [2004] в ядре на 33N 57W и глубине 4,5 км. Когда опрокидывающая циркуляция прекращается (как предполагалось) во время ледниковых периодов, соотношение 231 Па / 230 Th становится повышенным из-за отсутствия выноса 231 Па в Южный океан. Макманус и др. [2004] также отмечают небольшое повышение соотношения 231 Па / 230 Th во время Младшего дриаса , еще одного периода в истории климата, который, как считается, испытал ослабление опрокидывающей циркуляции. [22]

Кислотность, pH и щелочность

Соотношения изотопов бора (δ 11 B) можно использовать для вывода как недавних, так и тысячелетних изменений кислотности, pH и щелочности океана, которые в основном вызваны концентрацией CO 2 в атмосфере и концентрацией ионов бикарбоната в океане. . Было обнаружено, что δ 11 B у кораллов юго-западной части Тихого океана варьируется в зависимости от pH океана и показывает, что изменчивость климата, такая как тихоокеанские десятилетние колебания (PDO), может модулировать воздействие подкисления океана из-за повышения концентрации CO 2 в атмосфере . [23] Другое применение δ 11 B в планктонных раковинах может быть использовано в качестве косвенного показателя концентрации CO 2 в атмосфере за последние несколько миллионов лет. [24]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Хендерсон, Гидеон М. (октябрь 2002 г.). «Новые океанические индикаторы палеоклимата». Письма о Земле и планетологии . 203 (1): 1–13. Бибкод : 2002E&PSL.203....1H. дои : 10.1016/S0012-821X(02)00809-9.
  2. ^ abcdef Кронин, Томас М. (2010). Палеоклиматы: понимание изменения климата в прошлом и настоящем . Нью-Йорк: Издательство Колумбийского университета. ISBN 9780231144940.
  3. ^ Юри, Гарольд К. (1947). «Термодинамические свойства изотопных веществ». Журнал Химического общества (возобновленный) : 562–81. дои : 10.1039/JR9470000562. ПМИД  20249764.
  4. ^ Эмилиани, К. (1955). «Температуры плейстоцена». Журнал геологии . 63 (6): 538–578. Бибкод : 1955JG.....63..538E. дои : 10.1086/626295. JSTOR  30080906. S2CID  225042939.
  5. ^ Олауссон, Эрик (январь 1963 г.). «Свидетельства климатических изменений в глубоководных кернах Северной Атлантики с замечаниями по изотопному палеотемпературному анализу». Прогресс в океанографии . 3 : 221–252. Бибкод : 1963Proce...3..221O. дои : 10.1016/0079-6611(65)90020-0.
  6. ^ Шеклтон, Николас (1 июля 1967 г.). «Анализ изотопов кислорода и повторная оценка температуры плейстоцена». Природа . 215 (5096): 15–17. Бибкод : 1967Natur.215...15S. дои : 10.1038/215015a0. S2CID  4221046.
  7. ^ Леа, DW (5 сентября 2003 г.). «Синхронность тропических и высокоширотных атлантических температур во время последнего ледникового периода». Наука . 301 (5638): 1361–1364. Бибкод : 2003Sci...301.1361L. дои : 10.1126/science.1088470. PMID  12958356. S2CID  28169540.
  8. ^ Герберт, Т.Д. (2003). «Определение палеотемпературы алкенона». В Голландии, HD; Турекян, К.К. (ред.). Трактат по геохимии . Том. 6 (1-е изд.). Оксфорд: Elsevier Science. стр. 391–432. Бибкод : 2003TrGeo...6..391H. дои : 10.1016/B0-08-043751-6/06115-6. ISBN 0-08-043751-6.
  9. ^ Биллапс, К.; Шраг, Д.П. (апрель 2003 г.). «Применение соотношения Mg/Ca у бентосных фораминифер к вопросам изменения климата в кайнозое». Письма о Земле и планетологии . 209 (1–2): 181–195. Бибкод : 2003E&PSL.209..181B. doi : 10.1016/S0012-821X(03)00067-0.
  10. ^ Лир, Кэролайн Х ; Розенталь, Яир; Слоуи, Найл (октябрь 2002 г.). «Палеотермометрия Mg/Ca для бентосных фораминифер: пересмотренная калибровка по кровле керна». Geochimica et Cosmochimica Acta . 66 (19): 3375–3387. Бибкод : 2002GeCoA..66.3375L. дои : 10.1016/S0016-7037(02)00941-9.
  11. ^ Пиггот, Чарльз Сноуден. «Керновые образцы океанского дна и их значение». Научный ежемесячник , том. 46, нет. 3, 1938, стр. 201–217. JSTOR , www.jstor.org/stable/16315. По состоянию на 24 марта 2021 г.
  12. ^ С.Л. Жаккар, Э.Д. Гэлбрейт, Д.М. Сигман, Г.Х. Хауг, Распространенная связь между керном антарктического льда и записями субарктических тихоокеанских отложений за последние 800 тысяч лет, Quaternary Science Reviews, том 29, выпуски 1–2, 2010 г., страницы 206–212, ISSN 0277-3791, номер документа : 10.1016/j.quascirev.2009.10.007.
  13. ^ Сьюннескуг, К., Ф. Тейлор, 2002. Послеледниковая запись морских диатомей в впадине Палмера, Антарктический полуостров (ODP Leg 178, Участок 1098) 1. Общая численность диатомей. ВЛ - 17. ДО - 10.1029/2000ПА000563. Палеоокеанография
  14. ^ Дешам, Шарль-Эдуард и Монтеро-Серрано, Жан и Сен-Онж, Гийом и Пуарье, Андре. (2019). Голоценовые изменения в глубоководной циркуляции, сделанные на основе аутигенных изотопов Nd и Hf в отложениях Чукотско-Аляскинской и канадской окраин Бофорта. Ключевые моменты. Палеоокеанография и палеоклиматология. 34. 10.1029/2018PA003485.
  15. ^ Баух, Хеннинг А.; Полякова, Елена Ивановна (июнь 2003 г.). «Записи о солености, полученные по диатомовым водорослям, на арктической окраине Сибири: влияние на характер речных стоков в голоцене» (PDF) . Палеоокеанография . 18 (2): н/д. Бибкод : 2003PalOc..18.1027B. дои : 10.1029/2002PA000847.
  16. ^ Ю, Л. Глобальная связь между круговоротом воды в океане и приповерхностной соленостью. Дж. Геофиз. Рез. -Океаны 116 , C10025 (2011).
  17. ^ Виноградова Н. и Понте Р. В поисках следов недавней интенсификации круговорота воды в океане. Дж. Клим. 30 , 5513–5528 (2017).
  18. ^ Лю, К., Лян, X., Понте, RM и др. Вертикальное перераспределение соли и послойные изменения солености мирового океана. Nat Commun 10, 3445 (2019).
  19. ^ Гусс, Х. и Цунц, В.: Десятилетние тенденции изменения площади морского льда в Антарктике в конечном итоге контролируются обратной связью между льдом и океаном, Криосфера, 8, 453–470, doi : 10.5194/tc-8-453-2014, 2014.
  20. ^ Леман, Скотт Дж.; Кейгвин, Ллойд Д. (30 апреля 1992 г.). «Внезапные изменения в циркуляции Северной Атлантики во время последней дегляциации». Природа . 356 (6372): 757–762. Бибкод : 1992Natur.356..757L. дои : 10.1038/356757a0. S2CID  4351664.
  21. ^ Оппо, Д.В .; Леман, SJ (19 февраля 1993 г.). «Среднеглубинная циркуляция приполярной Северной Атлантики во время последнего ледникового максимума». Наука . 259 (5098): 1148–1152. Бибкод : 1993Sci...259.1148O. дои : 10.1126/science.259.5098.1148. PMID  17794395. S2CID  23996710.
  22. ^ abc Макманус, Дж. Ф.; Франсуа, Р.; Герарди, Ж.-М.; Кейгвин, LD; Браун-Леже, С. (22 апреля 2004 г.). «Коллапс и быстрое возобновление меридиональной циркуляции Атлантики, связанное с дегляциальными изменениями климата». Природа . 428 (6985): 834–837. Бибкод : 2004Natur.428..834M. дои : 10.1038/nature02494. PMID  15103371. S2CID  205210064.
  23. ^ Пелейеро, К. (30 сентября 2005 г.). «Междесятилетняя изменчивость pH коралловых рифов от доиндустриальной до современной эпохи». Наука . 309 (5744): 2204–2207. Бибкод : 2005Sci...309.2204P. дои : 10.1126/science.1113692. PMID  16195458. S2CID  129883047.
  24. ^ Пирсон, Пол Н.; Палмер, Мартин Р. (17 августа 2000 г.). «Концентрация углекислого газа в атмосфере за последние 60 миллионов лет». Природа . 406 (6797): 695–699. Бибкод : 2000Natur.406..695P. дои : 10.1038/35021000. PMID  10963587. S2CID  205008176.

Внешние ссылки