Событие Azolla — это палеоклиматологический сценарий, который, как предполагается, произошел в эпоху среднего эоцена , [1] около 49 миллионов лет назад , когда, как полагают, в Северном Ледовитом океане произошло цветение пресноводного папоротника Azolla , фиксирующего углерод . По мере того, как папоротник умирал и опускался на застойное морское дно, он был включен в осадок в течение периода около 800 000 лет; предположительно, вызванное этим сокращение углекислого газа помогло перевести планету из состояния « парниковой Земли » палеоцен-эоценового термического максимума , когда планета была достаточно горячей для того, чтобы черепахи и пальмы процветали на полюсах, в нынешнюю ледниковую Землю , известную как позднекайнозойский ледниковый период .
В осадочных слоях по всему Арктическому бассейну различим блок, достигающий по крайней мере 8 м в толщину (дно самого длинного керна не было извлечено, но оно могло достигать 20 м+ [ требуется ссылка ] ). Этот блок состоит из чередующихся слоев; кремнистые обломочные слои, представляющие фоновое осаждение планктонных организмов, обычное для морских отложений, сменяются миллиметровыми толстыми слоями, содержащими окаменелые вещества Azolla . [2] Это органическое вещество также может быть обнаружено в форме всплеска гамма-излучения , который был отмечен по всему Арктическому бассейну, что делает событие полезным средством для выравнивания кернов, пробуренных в разных местах. Палинологический контроль и калибровка с записью геомагнитной инверсии высокого разрешения позволяют оценить продолжительность события в 800 000 лет. [1] Событие точно совпадает с катастрофическим снижением уровня углекислого газа , который упал с 3500 ppm в раннем эоцене до 650 ppm во время этого события. [3]
Azolla считается «суперрастением», поскольку она может поглощать до тонны азота на акр в год [4] (0,25 кг/м 2 /год); это соответствует поглощению 6 тонн углерода на акр (1,5 кг/м 2 /год). Его способность использовать атмосферный азот для роста означает, что основным ограничением его роста обычно является доступность фосфора: углерод, азот и сера являются тремя ключевыми элементами белков, а фосфор необходим для ДНК, РНК и энергетического обмена. Растение может расти с большой скоростью в благоприятных условиях — умеренном тепле и 20 часах солнечного света, оба из которых были очевидны на полюсах в раннем эоцене — и может удвоить свою биомассу за два-три дня в таком климате. [1] Такая скорость роста загоняет растения глубоко под землю, подальше от солнечного света, где происходит смерть и секвестрация углерода.
В раннем эоцене континентальная конфигурация была такова, что Арктическое море было почти полностью отрезано от более широких океанов. Это означало, что смешивание — обеспечиваемое сегодня глубоководными течениями, такими как Гольфстрим — не происходило, что приводило к стратифицированной водной толще, напоминающей сегодняшнее Черное море . [5] Высокие температуры и ветры привели к высокому испарению, увеличив плотность океана, и — через увеличение количества осадков [6] — высокому стоку из рек, питавших бассейн. Эта пресная вода с низкой плотностью образовала нефелоидный слой , плавающий на поверхности плотного моря. [7] Даже нескольких сантиметров пресной воды было бы достаточно, чтобы обеспечить колонизацию Azolla ; кроме того, эта речная вода была бы богата минералами, такими как фосфор, которые она накапливала из грязи и камней, с которыми она взаимодействовала, пересекая континенты. Для дальнейшего содействия росту растения, как известно, концентрация углерода (в форме углекислого газа) в атмосфере в это время была высокой. [3]
Одного лишь цветения недостаточно, чтобы оказать какое-либо геологическое воздействие; чтобы постоянно снижать уровень CO2 и вызывать изменение климата , углерод должен быть секвестрирован захороненными растениями, а останки должны быть недоступны для разлагающихся организмов. Аноксическое дно Арктического бассейна, являющееся результатом стратифицированной водной толщи, допускало именно это; аноксическая среда подавляет активность разлагающихся организмов и позволяет растениям оставаться негниющими, пока они не будут погребены осадком.
С 800 000 лет периодов цветения Azolla и 4 000 000 км 2 (1 500 000 кв. миль) бассейна, даже по очень консервативным оценкам, более чем достаточно углерода могло быть секвестрировано захоронением растений, чтобы объяснить наблюдаемое 80%-ное падение CO 2 только этим явлением. [ требуется ссылка ] Другие факторы, почти наверняка, сыграли свою роль. Это падение инициировало переход от парниковой к нынешней ледниковой Земле; Арктика охладилась со средней температуры поверхности моря 13 °C до сегодняшних −9 °C, [1] и остальная часть земного шара претерпела аналогичные изменения. Возможно, впервые в своей истории, [8] планета имела ледяные шапки на обоих полюсах. Геологически быстрое снижение температуры между 49 и 47 миллионами лет назад , около события Azolla , очевидно; Dropstones (которые принимаются как доказательство наличия ледников) с тех пор часто встречаются в арктических отложениях. Это происходит на фоне постепенного, длительного похолодания; лишь 15 миллионов лет назад появились свидетельства широко распространенного северного полярного замерзания. [9]
Хотя зеленый Северный Ледовитый океан является жизнеспособной рабочей моделью, скептически настроенные ученые отмечают, что колонии азоллы в дельтах рек или пресноводных лагунах могли бы быть унесены в Северный Ледовитый океан сильными течениями, что исключает необходимость в пресноводном слое. [9] [10]
Большая часть текущего интереса к разведке нефти в арктических регионах направлена на месторождения Azolla [ требуется ссылка ] . Захоронение большого количества органического материала обеспечивает исходную породу для нефти, поэтому при правильной термической истории сохранившиеся цветки Azolla могли быть преобразованы в нефть или газ. [11] В 2008 году в Нидерландах была создана исследовательская группа, посвященная Azolla . [12]
запись
Sr
-
Nd
[...] указывает на плохо перемешанный океан и сильно стратифицированную водную колонну с бескислородными донными водами. Стабильный верхний слой "пресной" воды, вероятно, был распространенной особенностью эоценового Северного Ледовитого океана[ постоянная мертвая ссылка ] (полный текст похожей статьи на doi:10.1029/2008PA001685)