Геологическая температурная летопись — это изменения в окружающей среде Земли , определяемые геологическими свидетельствами в масштабах времени от нескольких миллионов до миллиардов (10 9 ) лет. Изучение прошлых температур дает важное палеоэкологическое понимание, поскольку является компонентом климата и океанографии того времени.
Доказательства прошлых температур в основном исходят из изотопных соображений (особенно δ 18 O ); отношение Mg/Ca в тестах фораминов и алкеноны также полезны. Часто многие из них используются в сочетании для получения многопрокси-оценки температуры. Это оказалось решающим в исследованиях ледниковой/межледниковой температуры. [1]
Последние 3 миллиона лет характеризовались циклами ледниковий и межледниковий в рамках постепенно углубляющегося ледникового периода . В настоящее время Земля находится в межледниковом периоде, начавшемся около 20 000 лет назад (20 тыс. лет назад).
Циклы оледенения включают рост и отступление континентальных ледяных щитов в Северном полушарии и включают колебания в ряде временных шкал, в частности в шкалах 21 тыс. лет, 41 тыс. лет и 100 тыс. лет. Такие циклы обычно интерпретируются как вызванные предсказуемыми изменениями в орбите Земли, известными как циклы Миланковича . В начале среднего плейстоцена (0,8 млн лет назад, близко к геомагнитной инверсии Брюнес-Матуяма ) произошло в значительной степени необъяснимое переключение в доминирующей периодичности оледенений с 41 тыс. лет на 100 тыс. лет.
Постепенное усиление этого ледникового периода за последние 3 миллиона лет было связано с уменьшением концентрации парникового газа углекислого газа , хотя остается неясным, достаточно ли велико это изменение, чтобы вызвать изменения температур . Снижение температур может привести к уменьшению углекислого газа, поскольку, согласно закону Генри , углекислый газ более растворим в более холодных водах, что может объяснить 30 ppmv из 100 ppmv уменьшения концентрации углекислого газа во время последнего ледникового максимума. [1]
Аналогично, начало этой фазы углубления также примерно соответствует закрытию Панамского перешейка под действием тектоники плит . Это предотвратило прямой океанический поток между Тихим океаном и Атлантикой, который мог бы оказать значительное влияние на циркуляцию океана и распределение тепла. Однако исследования моделирования неоднозначны относительно того, может ли это быть прямой причиной усиления нынешнего ледникового периода.
Этот недавний период циклического климата является частью более продолжительного ледникового периода, который начался около 40 миллионов лет назад с оледенением Антарктиды .
В самой ранней части эоценового периода наблюдалась серия резких термических скачков, длившихся не более нескольких сотен тысяч лет. Наиболее выраженный из них, палеоцен-эоценовый термический максимум (PETM), виден на рисунке справа. Обычно их интерпретируют как вызванные резкими выбросами метана из клатратов (замороженных метановых льдов, которые накапливаются на дне океана), хотя некоторые ученые оспаривают, что метана было бы достаточно, чтобы вызвать наблюдаемые изменения. [ необходима цитата ] Во время этих событий температура в Северном Ледовитом океане могла достичь уровней, более типичных для современных умеренных (т. е. средних широт) океанов. [ необходима цитата ] Во время PETM глобальная средняя температура, по-видимому, выросла на целых 5–8 °C (9–14 °F) до средней температуры вплоть до 23 °C (73 °F), в отличие от глобальной средней температуры сегодня, которая составляет чуть менее 15 °C (60 °F). Геологи и палеонтологи полагают, что в течение большей части палеоцена и раннего эоцена полюса были свободны от ледяных шапок, а пальмы и крокодилы обитали за Полярным кругом, в то время как большая часть континентальной части Соединенных Штатов имела субтропическую среду. [5]
В течение позднего мелового периода , от 100 до 66 миллионов лет назад , средние мировые температуры достигли самого высокого уровня за последние ~200 миллионов лет. [6] Это, вероятно, было результатом благоприятной конфигурации континентов в этот период, что способствовало улучшению циркуляции в океанах и препятствовало образованию крупномасштабных ледяных щитов. [ требуется ссылка ]
Фанерозойский эон , охватывающий последние 542 миллиона лет и почти все время с момента зарождения сложной многоклеточной жизни, в целом был периодом колебаний температуры между ледниковыми периодами, такими как текущий, и «климатическими оптимумами», подобными тем, что происходили в меловой период. Примерно 4 таких цикла произошли за это время с интервалом примерно в 140 миллионов лет между климатическими оптимумами. В дополнение к настоящему, ледниковые периоды произошли в течение пермско - каменноугольного периода и позднего ордовика -раннего силура . Существует также «более холодный» интервал во время юрского и раннего мелового периода с признаками увеличения морского льда, но отсутствие континентов на обоих полюсах в течение этого интервала предотвратило образование континентальных ледяных щитов, и, следовательно, это обычно не рассматривается как полноценный ледниковый период. Между этими холодными периодами присутствовали более теплые условия, которые часто называют климатическими оптимумами. Однако было трудно определить, были ли эти более теплые интервалы на самом деле жарче или холоднее, чем в оптимумы мелового периода.
Неопротерозойская эра ( от 1000 до 538,8 миллионов лет назад ) свидетельствует о по крайней мере двух, а возможно и более крупных оледенениях. Более поздний из этих ледниковых периодов, охватывающий ледниковые максимумы Марино и Варанги (около 560–650 миллионов лет назад ), был предложен как снежный ком на Земле с непрерывным морским льдом, достигающим почти до экватора. Это значительно более сурово, чем ледниковые периоды во время фанерозоя. Поскольку этот ледниковый период закончился лишь немного раньше быстрого разнообразия жизни во время кембрийского взрыва , было предложено, что этот ледниковый период (или, по крайней мере, его конец) создал условия, благоприятные для эволюции. Более ранний ледниковый максимум Стерта (~730 миллионов лет) также мог быть снежным комом на Земле, хотя это не доказано.
Изменения, которые приводят к началу событий типа «снежный ком» на Земле, не очень хорошо известны, но утверждается, что они обязательно привели к своему собственному концу. Широко распространенный морской лед препятствует отложению свежих карбонатов в океанических отложениях . Поскольку такие карбонаты являются частью естественного процесса переработки углекислого газа, замыкание этого процесса позволяет углекислому газу накапливаться в атмосфере. Это усиливает парниковый эффект и в конечном итоге приводит к повышению температуры и отступлению морского льда. [8]
Прямая комбинация этих интерпретированных геологических температурных записей не обязательно верна, как и их комбинация с другими более поздними температурными записями , которые могут использовать другие определения. Тем не менее, общая перспектива полезна, даже если она неточна. В этом представлении время откладывается назад от настоящего момента, взятого за 2015 г. н. э. Оно масштабируется линейно в пять отдельных сегментов, расширяясь примерно на порядок величины на каждом вертикальном разрыве. Температуры на левой панели очень приблизительны и лучше всего рассматривать их только как качественный показатель. [9] Дополнительная информация приведена на странице описания графика .
Около 800–1800 миллионов лет назад был период климатического застоя, также известный как Boring Billion . В этот период почти не было тектонической активности, не было оледенений, а состав атмосферы оставался стабильным. Он граничит с двумя различными событиями оксигенации и оледенения.
Реконструкции температуры, основанные на изотопах кислорода и кремния из образцов горных пород, предсказали гораздо более высокие температуры докембрийского моря. [10] [11] Эти прогнозы предполагают температуру океана 55–85 °C в период от 2000 до 3500 миллионов лет назад , за которой последовало охлаждение до более умеренных температур от 10 до 40 °C к 1000 миллионам лет назад . Реконструированные белки из докембрийских организмов также предоставили доказательства того, что древний мир был намного теплее, чем сегодня. [12] [13]
Однако другие данные свидетельствуют о том, что период от 2000 до 3000 миллионов лет назад был в целом холоднее и более ледниковым, чем последние 500 миллионов лет. [ требуется ссылка ] Считается, что это является результатом солнечной радиации примерно на 20% ниже, чем сегодня. Светимость Солнца была на 30% тусклее, когда Земля образовалась 4,5 миллиарда лет назад, [14] и ожидается, что она будет увеличиваться в светимости примерно на 10% за миллиард лет в будущем. [15]
В очень длительных временных масштабах эволюция солнца также является важным фактором в определении климата Земли. Согласно стандартным солнечным теориям, солнце постепенно увеличивало свою яркость как естественную часть своей эволюции после начала с интенсивностью примерно 70% от его современного значения. Первоначально низкая солнечная радиация, если сочетать ее с современными значениями парниковых газов, была бы недостаточной для того, чтобы на поверхности Земли были жидкие океаны. Однако доказательства наличия жидкой воды на поверхности были продемонстрированы еще 4400 миллионов лет назад . Это известно как парадокс слабого молодого солнца и обычно объясняется привлечением гораздо больших концентраций парниковых газов в ранней истории Земли, хотя такие предложения плохо ограничены существующими экспериментальными данными.
