Палеотермометр

Палеотермометр - это методология, которая обеспечивает оценку температуры окружающей среды во время образования естественного материала. Большинство палеотермитров основаны на эмпирически калиброванных прокси-отношениях, таких как кольцо дерева или Tex ₈₆ методы . Изотопные методы, такие как Δ ¹⁸O Метод или метод сгущенного изотопа , способны обеспечить, по крайней мере, в теории прямых измерений температуры.

Обычные палеотермометры

$дюймовый$ ¹⁸А

Изотопное соотношение ¹⁸О ¹⁶O, обычно в тестах на Foram или ледяных ядрах. Высокие значения означают низкие температуры. Смутится объемом льда - больше льда означает более высокий $Δ$ ¹⁸O Значения.

Океанская вода в основном H ₂¹⁶O, с небольшим количеством HD ¹⁶O и h ₂¹⁸О. В стандартной средней воде океана (SMOW) отношение D к H составляет 155,8 × 10 ⁻⁶ и ¹⁸/ ¹⁶O IS 2005 × 10 ⁻⁶Полем Фракционирование происходит во время изменений между конденсированными и парами парами: давление паров более тяжелых изотопов ниже, поэтому пара содержит относительно больше более легких изотопов, и когда пары конденсируются, осаждение предпочтительно содержит более тяжелые изотопы. Разница от SMOW выражается как

\delta {\ce {^{18}O}}=1000\times \left[{\ce {{\frac {^{18}O}{^{16}O}}}}{\Bigg /}\left({\ce {{\frac {^{18}O}{^{16}O}}}}\right)_{{\ce {SMOW}}}-1\right]

;

и аналогичная формула для ΔD . $Δ$ ¹⁸O Значения для осадков всегда отрицательны. Основное влияние на $Δ$ ¹⁸O - это разница между температурами океана, где влага испарилась, и местом, где произошло окончательное осаждение; Поскольку температура океана относительно стабильна $Δ$ ¹⁸O Значение в основном отражает температуру, когда происходит осаждение. Принимая во внимание, что осадки формируются над слоем инверсии , у нас остается линейное соотношение:

\delta {\ce {^{18}O}}=aT+b

который эмпирически откалиброван по измерениям температуры и $δ$ ¹⁸O As A = 0,67 ‰/° C для Гренландии и 0,76 ‰/° C для Восточной Антарктиды . Калибровка была первоначально выполнена на основе пространственных изменений температуры, и предполагалось, что это соответствовало временным изменениям (Jouzel and Merlivat, 1984). Совсем недавно термометрия скважины показала, что для ледниковых межполисовых изменений a = 0,33 ‰/° C (Cuffey et al., 1995), подразумевая, что изменения температуры ледяно-международных, были в два раза больше, чем считали ранее.

Мг/CA и SR/CA

Магний (мг) включен в оболочки кальцита (тесты) планки и бентических фораминифер в качестве микроэлемента. ^{[ 1 ]} Поскольку включение Mg в качестве примесей в кальците является эндотермическим, больше включается в растущий кристалл при более высоких температурах. ^{[ 2 ]} Следовательно, высокое отношение Mg/CA подразумевает высокую температуру, хотя экологические факторы могут смешать сигнал. MG имеет длительное время пребывания в океане, и поэтому можно в значительной степени игнорировать влияние изменений в морской воде MG/CA на сигнал. ^{[ 3 ]} Соотношения MG/CA иногда могут недооценивать температуру морской воды посредством растворения оболочек фораминифер, что снижает значения MG/CA. ^{[ 4 ]}

Strontium (SR) включается в корал -арагонит, ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]} И хорошо установлено, что точное соотношение SR/CA в коралловом скелете показывает обратную корреляцию с температурой морской воды во время его биоминерализации. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}

Алкеноны

Распределения органических молекул в морских отложениях отражают температуру.

Физиогномия листьев

Характерные размеры листьев, формы и распространенность таких особенностей, как кончики капель («лист или листья физиогномия») различаются между тропическими тропическими лесами (многие виды с большими листьями с гладкими краями и кончиками капель) и умеренными лиственными лесами (общие классы размера листьев меньшего размера, зубчатые края общие) и часто непрерывно различаются между участками вдоль климатических градиентов, таких как от горячего до холодного климата или высокого до низкого осаждения. ^{[ 9 ]} Это изменение между участками вдоль градиентов окружающей среды отражает адаптивные компромиссы со стороны видов, которые присутствуют, чтобы сбалансировать необходимость захвата энергии света, управления приростом тепла и потерей, при этом максимизируя эффективность газообмена, транспирации и фотосинтеза . Количественный анализ современной физиогномии листьев растительности и климатических реакций вдоль градиентов окружающей среды был в значительной степени одномерные , но многомерные подходы интегрируют множество признаков листьев и климатические параметры. Температура была оценена (в различной степени верности) с использованием физиогномии листьев для поздней меловой и кайнозойской флоры листьев, главным образом, используя два основных подхода: ^{[ 10 ]}

Анализ края листьев

Однофакторный подход , основанный на наблюдении о том, что доля древесных видов дикота с гладкими (т. Е. Не зубчатые) края листьев (0 ≤ P _{Маржина} ≤ 1) в растительности варьируется пропорционально средней годовой температуре (MAT ^{[ 11 ]}). ^{[ 12 ]} Требует, чтобы ископаемая флора была разделена на морфотипы (то есть «виды»), но не требует их идентификации. Первоначальное уравнение регрессии LMA было получено для лесов Восточной Азии, ^{[ 13 ]} и есть:

MAT = 1,141 +(30,6 × P _Margin ), стандартная ошибка ± 2,0 ° C

( 1 )

Ошибка оценки для LMA выражается в виде ошибки биномиального отбора проб: ^{[ 14 ]}

\sigma \lbrack {\text{LMA}}\rbrack =c{\sqrt {\frac {P_{\text{margin}}(1-P_{\text{margin}})}{r}}}

( 2 )

где C - это наклон из уравнения регрессии LMA, P _{маржину} , используемое в ( 1 ), а R - количество видов, набранных для типа края листьев для отдельной флоры листьев ископаемого листьев. Калибровки LMA были получены для крупных регионов мира, включая Северную Америку, ^{[ 15 ]} Европа, ^{[ 16 ]} Южная Америка, ^{[ 17 ]} и Австралия. ^{[ 18 ]} Прибрежные и водно-болотные условия имеют немного другое уравнение регрессии, потому что они имеют пропорционально меньше гладких соблюдений растений. Это ^{[ 19 ]}

MAT = 2,223 +(36,3 × P _Margin ), стандартная ошибка ± 2,0 ° C

( 1′ )

Зажим (анализ климатических листьев многомерной программы)

Зажим - это многомерный подход, в значительной степени основанный на наборе данных, прежде всего, западного полушария растительности, ^{[ 20 ]} Впоследствии добавлено к наборам данных из дополнительной региональной растительности. ^{[ 21 ]}^{[ 22 ]} Используется канонический анализ корреляции, объединяющий 31 признак листьев, но тип края листьев представлял собой значительный компонент взаимосвязи между физиономическими состояниями и температурой. Используя зажим, мат оценивается с небольшими стандартными ошибками (например, CCA ± 0,7–1,0 ° C). Дополнительные параметры температуры могут быть оценены с использованием зажима, такого как самая холодная средняя температура месяца (CMMT) и самая теплая средняя температура (WMMT), которые обеспечивают оценки для средних и летних средних условий соответственно.

Ближайший анализ относительной аналогии / сосуществования.

Некоторые растения предпочитают определенные температуры; Если их пыльца найдена, можно выработать приблизительную температуру.

¹³C- ¹⁸O Связанные в карбонатах

Существует небольшая термодинамическая тенденция для тяжелых изотопов образовывать связи друг с другом, более того, что можно было бы ожидать от стохастического или случайного распределения той же концентрации изотопов. Избыток является наибольшим при низкой температуре (см. Уравнение Van 'T Hoff ), причем изотопное распределение становится все более рандомизированным при более высокой температуре. Наряду с тесно связанным явлением фракционирования равновесного изотопа , этот эффект возникает из -за различий в энергии нулевой точки среди изотопологов . Карбонатные минералы, такие как кальцит, содержат CO ₃²⁻ Группы, которые могут быть преобразованы в газ CO ₂ путем реакции с концентрированной фосфорной кислотой. Газ CO ₂ анализируется с помощью масс -спектрометра, чтобы определить численность изотопологов. Параметр Δ ₄₇ - это измеренная разница в концентрации между изотопологами с массой 47 ед. (По сравнению с 44) в образце и гипотетическим образцом с одинаковым объемным изотопным составом, но стохастическим распределением тяжелых изотопов. Лабораторные эксперименты, квантовые механические расчеты и природные образцы (с известными температурами кристаллизации) указывают на то, что Δ ₄₇ коррелирует с обратным квадратом температуры . Таким образом, Δ ₄₇ измерений дают оценку температуры, при которой образовался карбонат. ¹³C- ¹⁸O Палеотермометрия не требует предварительного знания концентрации ¹⁸O в воде (которую Δ ¹⁸O Метод делает). Это позволяет ¹³C- ¹⁸O Палеотермометр, который будет применен к некоторым образцам, включая пресноводные карбонаты и очень старые породы, с меньшей двусмысленностью, чем другие методы на основе изотопов. В настоящее время этот метод ограничен очень низкой концентрацией изотопологов массы 47 или выше в CO _2, полученных из природных карбонатов, и нехваткой инструментов с соответствующими массивами детекторов и чувствительностью. Изучение этих типов реакций изотопного упорядочения в природе часто называют геохимией «коптя-изотоп» . ^{[ 23 ]}^{[ 24 ]}

Смотрите также

Ссылки

^ Брэнсон, Оскар; Редферн, Саймон в; Tyliszczak, Tolek; Садеков, Алекси; Лангер, Джеральд; Кимото, Катсунори; Элдерфилд, Генри (1 декабря 2013 г.). «Координация Mg в кальците на фораминице» . Земля и планетарные научные письма . 383 : 134–141. BIBCODE : 2013E & PSL.383..134B . doi : 10.1016/j.epsl.2013.09.037 .
^ Кац, Амитай (июнь 1973 г.). «Взаимодействие магния с кальцитом во время роста кристаллов при 25–90 ° C и одной атмосферу». Geochimica et Cosmochimica Acta . 37 (6): 1563–1586. Bibcode : 1973gecoa..37.1563k . doi : 10.1016/0016-7037 (73) 90091-4 .
^ Lear, Ch ; Розенталь, у.; STLOYE, N. (2002). «Бентическая фораминиферальная Mg/Ca-Paleothermoter: пересмотренная калибровка ядра». Geochimica et Cosmochimica Acta . 66 (19): 3375–3387. Bibcode : 2002gecoa..66.3375l . doi : 10.1016/s0016-7037 (02) 00941-9 .
^ Лоуэнштейн, Тим К.; Hönisch, Bärbel (21 июля 2017 г.). «Использование MG/CA в качестве прокси -сервера температуры морской воды» . Документы палеонтологического общества . 18 : 85–100. doi : 10.1017/s1089332600002564 . Получено 14 июля 2023 года .
^ Кейси, ч; Rock PA; Chung JB; Стены их; McBeath MK (1996). «Гиббс Энергии формирования металлических карбонатных твердых растворов - 2» . Являюсь. J. Sci . 296 (1): 1–22. Bibcode : 1996mjs..296 .... 1c . doi : 10.2475/ajs.296.1.1 .
^ Руис-Хернандес, если; Grau-Crestpo, R.; Ruiz-Salvador, AR; De Leeuw, NH (2010). «Термохимия включения строния в арагоните из атомистического моделирования». Геохимическая и космохимия Акта . 74 (4): 1320–1328. Bibcode : 2010gecoa..74.1320R . Doi : 10.1016/j.gca.2009.10.049 . HDL : 1834/4103 .
^ Weber, JN (1973). «Включение стронция в рифовый коралловый скелетный карбонат». Geochimica et Cosmochimica Acta . 37 (9): 2173–2190. Bibcode : 1973gecoa..37.2173w . doi : 10.1016/0016-7037 (73) 90015-x .
^ De Villiers, S.; Shen, GT; Нельсон, Б. К. (1994). «Температурная связь SR/CA в кораллинном арагоните-воздействие изменчивости в (SR/CA) морской воде и параметрах роста скелета». Geochimica et Cosmochimica Acta . 58 (1): 197–208. Bibcode : 1994gecoa..58..197d . doi : 10.1016/0016-7037 (94) 90457-x .
^ Бейли, IW & Sinnott, EW 1916. Климатическое распределение определенных видов листьев покрытосеменных. Американский журнал ботаники 3, 24 - 39.
^ Гринвуд, DR 2007. Североамериканский эоценовый листья и климат: от Вулфа и Дилшера до Бернхэма и Уилфа. В: Jarzen, D., Retallack, G., Jarzen, S. & Manchester, S. (Eds.) Достижения в мезозойском и кайнозойском палеоботанике: исследования на праздновании Дэвида Л. Дилшера и Джека А. Вулфа. Курьер Forschungsinstitut Senckenberg 258: 95 - 108.
^ часто написано как «средняя температура»; Среднее среднем ежедневно ежедневные температуры воздуха для места.
^ Вулф, JA 1979. Параметры температуры влажных до мезических лесов Восточной Азии и связь с лесами других регионов Северного полушария и Австралии. Геологическая служба Соединенных Штатов Проф. Документ 1106, 1 - 37.
^ Wing, SL & Greenwood, DR 1993. Окаменелости и окаменелостей: случай для равных эоценовых континентальных интерьеров. Философские транзакции Королевского общества Лондона B 341, 243-252.
^ Уилф, П. 1997. Когда листья хорошие термометры? Новый случай для анализа края листьев. Палеобиология 23, 373-90.
^ Miller, IM, Brandon, MT & Hickey, LJ 2006. Использование анализа края листьев для оценки палеолатации среднего цвета (альбиан) блока Baja BC. Земля и планетарные научные письма 245: 95–114.
^ Traiser, C., Klotz, S., Uhl, D. & Mosbrugger, V. 2005. Экологические сигналы из листьев - физиономический анализ европейской растительности. Новый фитолог 166: 465–484.
^ Kowalski, EA, 2002. Средняя годовая оценка температуры, основанная на морфологии листьев: тест из тропической Южной Америки. Палеогеография, палеоклиматология, палеоэкология 188: 141-165.
^ Greenwood, DR, Wilf, P., Wing, SL & Christophel, DC 2004. Палеотемпературные оценки с использованием анализа маржи листьев: отличается ли Австралия? Palaios 19 (2), 129-142.
^ Sunderlin, D.; Loope, G.; Паркер, NE; Уильямс, CJ (2011-06-01). «Палеоклиматические и палеоэкологические последствия палеоцен-эоценового ископаемого листа, формации Chickaloon, Аляска». Палаис . 26 (6): 335–345. Bibcode : 2011 Palai..26..335S . doi : 10.2110/palo.2010.p10-077r . ISSN 0883-1351 . S2CID 54015435 .
^ Wolfe, JA 1993. Метод получения климатических параметров из листовых комплексов. Бюллетень геологической службы США , 2040, 73pp.
^ Spicer, RA, 2008. Clamp. В: В. Горниц (редактор), Энциклопедия палеоклиматологии и древней среды . Springer, Dordrecht, с. 156-158.
^ Зажимать онлайн. "Clamp1.htm" . Архивировано из оригинала 2011-08-13 . Получено 2011-05-18 .
^ Эйлер Дж. М. (2007). « Клепечный изотоп» геохимия-изучение естественных, множества замещенных изотопологов ». Земля и планетарные научные письма . 262 (3–4): 309–327. Bibcode : 2007e & psl.262..309e . doi : 10.1016/j.epsl.2007.08.020 .
^ Бернаскони, Стефано М.; Шмид, Томас У.; Грауэль, Анна-Лена; Маттерлоз, Джог (июнь 2011 г.). «Геохимия карбонатов с коптями: новый инструмент для реконструкции температуры и изотопного состава кислорода». Прикладная геохимия . 26 : S279-S280. BIBCODE : 2011APGC ... 26S.279B . doi : 10.1016/j.apgeochem.2011.03.080 .

[1] Брэнсон, Оскар; Редферн, Саймон в; Tyliszczak, Tolek; Садеков, Алекси; Лангер, Джеральд; Кимото, Катсунори; Элдерфилд, Генри (1 декабря 2013 г.). «Координация Mg в кальците на фораминице» . Земля и планетарные научные письма . 383 : 134–141. BIBCODE : 2013E & PSL.383..134B . doi : 10.1016/j.epsl.2013.09.037 .

[2] Кац, Амитай (июнь 1973 г.). «Взаимодействие магния с кальцитом во время роста кристаллов при 25–90 ° C и одной атмосферу». Geochimica et Cosmochimica Acta . 37 (6): 1563–1586. Bibcode : 1973gecoa..37.1563k . doi : 10.1016/0016-7037 (73) 90091-4 .

[3] Lear, Ch ; Розенталь, у.; STLOYE, N. (2002). «Бентическая фораминиферальная Mg/Ca-Paleothermoter: пересмотренная калибровка ядра». Geochimica et Cosmochimica Acta . 66 (19): 3375–3387. Bibcode : 2002gecoa..66.3375l . doi : 10.1016/s0016-7037 (02) 00941-9 .

[4] Лоуэнштейн, Тим К.; Hönisch, Bärbel (21 июля 2017 г.). «Использование MG/CA в качестве прокси -сервера температуры морской воды» . Документы палеонтологического общества . 18 : 85–100. doi : 10.1017/s1089332600002564 . Получено 14 июля 2023 года .

[5] Кейси, ч; Rock PA; Chung JB; Стены их; McBeath MK (1996). «Гиббс Энергии формирования металлических карбонатных твердых растворов - 2» . Являюсь. J. Sci . 296 (1): 1–22. Bibcode : 1996mjs..296 .... 1c . doi : 10.2475/ajs.296.1.1 .

[6] Руис-Хернандес, если; Grau-Crestpo, R.; Ruiz-Salvador, AR; De Leeuw, NH (2010). «Термохимия включения строния в арагоните из атомистического моделирования». Геохимическая и космохимия Акта . 74 (4): 1320–1328. Bibcode : 2010gecoa..74.1320R . Doi : 10.1016/j.gca.2009.10.049 . HDL : 1834/4103 .

[7] Weber, JN (1973). «Включение стронция в рифовый коралловый скелетный карбонат». Geochimica et Cosmochimica Acta . 37 (9): 2173–2190. Bibcode : 1973gecoa..37.2173w . doi : 10.1016/0016-7037 (73) 90015-x .

[8] De Villiers, S.; Shen, GT; Нельсон, Б. К. (1994). «Температурная связь SR/CA в кораллинном арагоните-воздействие изменчивости в (SR/CA) морской воде и параметрах роста скелета». Geochimica et Cosmochimica Acta . 58 (1): 197–208. Bibcode : 1994gecoa..58..197d . doi : 10.1016/0016-7037 (94) 90457-x .

[9] Бейли, IW & Sinnott, EW 1916. Климатическое распределение определенных видов листьев покрытосеменных. Американский журнал ботаники 3, 24 - 39.

[10] Гринвуд, DR 2007. Североамериканский эоценовый листья и климат: от Вулфа и Дилшера до Бернхэма и Уилфа. В: Jarzen, D., Retallack, G., Jarzen, S. & Manchester, S. (Eds.) Достижения в мезозойском и кайнозойском палеоботанике: исследования на праздновании Дэвида Л. Дилшера и Джека А. Вулфа. Курьер Forschungsinstitut Senckenberg 258: 95 - 108.

[11] часто написано как «средняя температура»; Среднее среднем ежедневно ежедневные температуры воздуха для места.

[12] Вулф, JA 1979. Параметры температуры влажных до мезических лесов Восточной Азии и связь с лесами других регионов Северного полушария и Австралии. Геологическая служба Соединенных Штатов Проф. Документ 1106, 1 - 37.

[13] Wing, SL & Greenwood, DR 1993. Окаменелости и окаменелостей: случай для равных эоценовых континентальных интерьеров. Философские транзакции Королевского общества Лондона B 341, 243-252.

[14] Уилф, П. 1997. Когда листья хорошие термометры? Новый случай для анализа края листьев. Палеобиология 23, 373-90.

[15] Miller, IM, Brandon, MT & Hickey, LJ 2006. Использование анализа края листьев для оценки палеолатации среднего цвета (альбиан) блока Baja BC. Земля и планетарные научные письма 245: 95–114.

[16] Traiser, C., Klotz, S., Uhl, D. & Mosbrugger, V. 2005. Экологические сигналы из листьев - физиономический анализ европейской растительности. Новый фитолог 166: 465–484.

[17] Kowalski, EA, 2002. Средняя годовая оценка температуры, основанная на морфологии листьев: тест из тропической Южной Америки. Палеогеография, палеоклиматология, палеоэкология 188: 141-165.

[18] Greenwood, DR, Wilf, P., Wing, SL & Christophel, DC 2004. Палеотемпературные оценки с использованием анализа маржи листьев: отличается ли Австралия? Palaios 19 (2), 129-142.

[19] Sunderlin, D.; Loope, G.; Паркер, NE; Уильямс, CJ (2011-06-01). «Палеоклиматические и палеоэкологические последствия палеоцен-эоценового ископаемого листа, формации Chickaloon, Аляска». Палаис . 26 (6): 335–345. Bibcode : 2011 Palai..26..335S . doi : 10.2110/palo.2010.p10-077r . ISSN 0883-1351 . S2CID 54015435 .

[20] Wolfe, JA 1993. Метод получения климатических параметров из листовых комплексов. Бюллетень геологической службы США , 2040, 73pp.

[21] Spicer, RA, 2008. Clamp. В: В. Горниц (редактор), Энциклопедия палеоклиматологии и древней среды . Springer, Dordrecht, с. 156-158.

[22] Зажимать онлайн. "Clamp1.htm" . Архивировано из оригинала 2011-08-13 . Получено 2011-05-18 .

[Eiler2007-23] Эйлер Дж. М. (2007). « Клепечный изотоп» геохимия-изучение естественных, множества замещенных изотопологов ». Земля и планетарные научные письма . 262 (3–4): 309–327. Bibcode : 2007e & psl.262..309e . doi : 10.1016/j.epsl.2007.08.020 .

[24] Бернаскони, Стефано М.; Шмид, Томас У.; Грауэль, Анна-Лена; Маттерлоз, Джог (июнь 2011 г.). «Геохимия карбонатов с коптями: новый инструмент для реконструкции температуры и изотопного состава кислорода». Прикладная геохимия . 26 : S279-S280. BIBCODE : 2011APGC ... 26S.279B . doi : 10.1016/j.apgeochem.2011.03.080 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]