Полярные леса мелового периода.

Меловые полярные леса — это леса умеренного пояса , которые росли в полярных широтах в последний период мезозойской эры, известный как меловой период (145–66 млн лет назад). ^{[ 1 ]} В этот период глобальная средняя температура была примерно на 10 °C (18 °F) выше, а уровень углекислого газа (CO ₂ ) составлял примерно 1000 частей на миллион (ppm), что в 2,5 раза превышало нынешнюю концентрацию в атмосфере Земли. ^{[ 2 ]} Обилие углекислого газа в атмосфере оказало весьма существенное влияние на глобальный климат и природные системы Земли, поскольку его концентрация считается одним из основных факторов развития выраженного парникового эффекта на Земле в меловой период с очень низким средним глобальным температурным градиентом. Как следствие, высокие палеошироты обоих полушарий были гораздо теплее, чем сейчас. Этот температурный градиент отчасти стал причиной отсутствия континентальных ледяных щитов в полярных регионах. ^{[ 2 ]}

Земли В ответ на повышение глобальной температуры гидрологический цикл значительно усилился из-за увеличения объема испарения влаги с поверхности океана. В свою очередь, абсолютный уровень моря в этот период времени находился на отметке, значительно превышающей современный уровень. Вторжение морских вод с континента сформировало обширные мелководные моря, включая просторы эпирических морей .

Увеличение площади поверхности между мелководными, теплыми эпирическими морскими водами и атмосферой обеспечивает более высокие скорости испарения и большее количество осадков на различных широтах, создавая более умеренный глобальный климат. Широко распространенный умеренный климат также оказал значительное влияние на экосистемы высоких широт.

Меловые полярные леса

В меловой период леса умеренного пояса процветали в полярных широтах. ^{[ 2 ]} поскольку во время полярных сезонов мелового периода наблюдалось заметное отличие от нынешних условий в высоких широтах. ^{[ 3 ]} Продолжительность летнего солнечного света и зимней темноты длилась примерно по 5 месяцев каждый. ^{[ 4 ]} Считается, что это изменение освещенности сыграло решающую роль в составе и эволюции полярных лесов. Свидетельства окаменелой флоры позволяют предположить наличие палеолесов до 85° широты как в Северном, так и в Южном полушариях. Доминирующие формы растительности в этих высоких широтах в течение предыдущих 100 миллионов лет быстро развивались и в конечном итоге заменялись во время, известное как Меловая земная революция . В ходе меловой наземной революции хвойные , саговники и папоротники были выборочно заменены покрытосеменными и голосеменными , став основными видами, доминировавшими в высоких палеоширотах. В этом меловом тепличном мире арктические хвойные леса считались преимущественно лиственными , в то время как те, что росли в Антарктиде, содержали значительно большую долю вечнозеленых растений . ^{[ 3 ]}

Исследование 2019 года показало, что первое цветение покрытосеменных достигло Австралии 126 миллионов лет назад, что также изменило дату появления полярных позвоночных животных южной Австралии на 126–110 миллионов лет назад. ^{[ 5 ]}

Диверсификация лесов

В раннем меловом периоде, примерно 130 миллионов лет назад, произошла крупная диверсификация покрытосеменных растений, которая привела к большим эволюционным изменениям в составе лесов высоких палеоширот. Разнообразие покрытосеменных растений находится в тесной связи с насекомыми, собирающими пыльцу и нектар. Считается, что диверсификация этих насекомых окажет существенное влияние на скорость видообразования покрытосеменных . ^{[ 6 ]} Каким бы ни был механизм диверсификации, «поглощение» покрытосеменных в раннем меловом периоде означает важный переход в экосистеме. К концу мела состав полярных лесных районов диверсифицировался примерно на 50-80%. ^{[ 6 ]} Этот переход от хвойных, саговников и папоротников к преимущественно покрытосеменным отражает интересную эволюционную адаптацию к региональному полярному климату и, вполне возможно, многочисленным другим факторам, таким как скорость распространения морского дна, эвстатический уровень моря и высокие глобальные температуры.

Экологическая продуктивность

Смещение умеренной зоны к полюсу в меловой период значительно повысило первичную продуктивность наземных лесов . По оценкам, в высоких и средних палеоширотах продуктивность лесов была в два раза выше, чем в более низких палеоширотах. ^{[ 2 ]} Продуктивность суши в высоких палеоширотах тесно связана с повышенными концентрациями углекислого газа в атмосфере. ^{[ 4 ]} Результаты экспериментов по росту лиственных и вечнозеленых деревьев при различных концентрациях углекислого газа показывают различное воздействие.

На чистую продуктивность леса влияют четыре основных фактора: концентрация углекислого газа, скорость дыхания корней, температура и фотосинтез . Сам по себе углекислый газ имеет тенденцию уменьшать дыхание листьев и корней за счет снижения точки световой компенсации фотосинтеза, что позволяет получить чистый положительный прирост потребления углерода в течение дня. ^{[ 4 ]} Уменьшение дыхания корней имеет тенденцию инициировать рост корней и в конечном итоге приводит к повышению эффективности поглощения питательных веществ и воды. Когда к воздействию углекислого газа добавляется фотосинтез, в зависимости от региональной температуры продуктивность лесов резко увеличивается. Сочетание всех четырех физиологических факторов приводит к значительному чистому увеличению продуктивности леса. Согласно экспериментальным результатам, виды деревьев с долгоживущей вечнозеленой листвой, как правило, получают наибольшую выгоду в среде, богатой углекислым газом, из-за более длительного вегетационного периода и таких адаптаций, как развитие кроны, которые позволяют им процветать в умеренных полярных палеоширотах мелового периода. ^{[ 4 ]}

Ископаемый лес

В состав и структуру высокоширотных меловых лесов входили преимущественно лиственные хвойные, папоротники, покрытосеменные и голосеменные растения. Наиболее многочисленными и широко распространенными во всем мире таксонами растений были араукариоидные и подокарпоидные хвойные, простирающиеся примерно на 80° в оба полушария и составляющие более 90% полога, образующего вечнозеленую растительность. ^{[ 2 ]}^{[ 7 ]} Другие виды хвойных, хотя и встречались в изобилии, были ограничены средними и низкими широтами обоих полушарий, ограниченными главным образом региональным климатом. По мере развития глобального климата рост покрытосеменных растений начал оказывать давление на хвойные деревья в более высоких широтах, становясь выше и в конечном итоге выигрывая битву за солнечный свет. ^{[ 2 ]} Быстрая эволюция разнообразных видов покрытосеменных растений 25 миллионов лет спустя в конечном итоге стала доминирующим типом деревьев к середине мелового периода. К позднему мелу умеренный климат как в Северном, так и в Южном полушарии был идеальным для быстрого разнообразия и распространения различных покрытосеменных и, в меньшей степени, хвойных. Исследования палеозаписи среднего мела показывают, что составы лесов в высоких палеоширотах Северного полушария были в основном заселены смешанными вечнозелеными и лиственными типами деревьев. Напротив, южное полушарие состояло в основном из вечнозеленых растений. ^{[ 7 ]}

Музейный выступ — известное местонахождение окаменелой древесины, найденной на юго-западном склоне горы Глоссоптерис . ^{[ 8 ]}

Палеоклиматические прокси

Индикатор палеоклимата , также известный как показатель палеоклимата , может дать важную информацию о том, каким глобальный климат мог быть в прошлом. Палеоклиматические исследования годичных колец деревьев, глубоководных кернов, ледяных кернов и палеопочв — это лишь некоторые из многих распространенных показателей, используемых для оценки основных воздействий на палеоклимат. ^{[ 9 ]}

Палеотермометрия

Одним из наиболее важных и ценных инструментов реконструкции палеотермометрии является анализ данных масс-спектрометрии изотопного отношения стабильных изотопов, таких как изотопы водорода и кислорода. Исследования морских (планктонных / бентосных) фораминифер и соотношений изотопов карбонатов в середине мела предполагают постоянный период потепления от ~ 100 до 66 млн лет назад. ^{[ 10 ]} В этот период в южных высоких широтах было прохладно до 16 ° C (61 ° F) и тепло до 32 ° C (90 ° F). ^{[ 11 ]} Палеотемпературы меловых северных высоких широт установлены на основе изотопного анализа кислорода хорошо сохранившихся раковин брахиопод и моллюсков . Результаты исследований показывают колебания температуры, соответствующие сезонным колебаниям, в диапазоне от 10 до 22 ° C (от 50 до 72 ° F). ^{[ 12 ]}

Дендрохронология меловой древесины

Измерения колец роста во время мелового периода также могут предоставить подробную информацию о том, каким мог быть климат в различных географических местах на Земле. Анализ закономерностей годичных колец или колец роста ископаемых лесов мелового периода в основном используется для того, чтобы сделать выводы о палеоклимате и продуктивности лесов. Одним из очень полезных научных методов, используемых для датирования годичных колец деревьев, является дендрохронология . ^{[ 13 ]} Однако большинство исследований, проведенных с окаменевшей древесиной, основано на идее о том, что процессы, связанные со скоростью роста деревьев, которые действовали в прошлом, идентичны процессам, которые действуют в настоящем, — униформизму . ^{[ 14 ]} На основании анализа годичных колец деревьев мелового периода можно сделать вывод о продуктивности леса. Анализ продуктивности лесов мелового периода показывает, что годовые темпы прироста деревьев на низких палеоширотах были значительно повышены по сравнению с современными. В полярных палеоширотах анализ темпов роста также указывает на повышенную продуктивность, но еще более значительно улучшенную по сравнению с сегодняшним днем. ^{[ 2 ]} Дендрохронология годичных колец окаменевшей древесины из высоких палеоширот предполагает наличие в этот период времени парниковых климатических условий в глобальном масштабе. ^{[ 15 ]}

Ссылки

^ «Международная хроностратиграфическая карта» . Международная комиссия по стратиграфии . Январь 2013 года . Проверено 5 июня 2013 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Эмилиано Перальта-Медина и Ховард Дж. Фалькон-Ланг (2012). «Состав и продуктивность меловых лесов получены на основе глобальной базы данных ископаемой древесины». Геология . 40 (3): 219–222. Бибкод : 2012Geo....40..219P . дои : 10.1130/G32733.1 .
^ Jump up to: ^а ^б С. Дж. Брентналл; диджей Бирлинг ; КП Осборн; М. Харланд; и др. (2005). «Климатические и экологические детерминанты продолжительности жизни листьев в полярных лесах мелового _{с высоким содержанием CO 2} «парникового» мира ». Биология глобальных изменений . 11 (12): 2177–2195. Бибкод : 2005GCBio..11.2177B . дои : 10.1111/j.1365-2486.2005.001068.x . ПМИД 34991284 . S2CID 86089107 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д DJ Beerling и CP Osborne (2002). «Физиологическая экология мезозойских полярных лесов в среде с высоким содержанием _CO2 » . Анналы ботаники . 89 (3): 329–339. дои : 10.1093/aob/mcf045 . ПМЦ 4233824 . ПМИД 12096745 .
^ «Когда цветы достигли Австралии: первые цветы добрались до Австралии 126 миллионов лет назад» . ScienceDaily . Проверено 21 декабря 2019 г.
^ Jump up to: ^а ^б Питер Р. Крейн; Эльза Мари Фриис и Кай Раунсгаард Педерсен (1995). «Происхождение и раннее разнообразие покрытосеменных». Природа . 374 (6517): 27–33. Бибкод : 1995Natur.374...27C . дои : 10.1038/374027a0 . S2CID 35852159 .
^ Jump up to: ^а ^б HJ Falcon-Lang и DJ Cantrill (2001). «Фенология листьев некоторых полярных лесов среднего мела, остров Александра, Антарктида». Геологический журнал . 138 (1): 39–52. Бибкод : 2001GeoM..138...39F . дои : 10.1017/s0016756801004927 . S2CID 129461955 .
^ «Музейный выступ» . geonames.usgs.gov .
^ О. Неза; КС Ву и К.С. Ли (2009). «Комбинированные данные о текстуре и стабильных изотопах как индикаторы палеоклимата среднего мелового периода: тематическое исследование озерных строматолитов в бассейне Кёнсан, Юго-Восточная Корея». Осадочная геология . 214 (1–4): 85–99. Бибкод : 2007AGUFMPP11A0241N . дои : 10.1016/j.sedgeo.2008.03.012 .
^ К.Л. Биче; Ти Джей Бралоуэр; Р. А. Дункан; Б.Т. Хубер; и др. (14–17 июля 2002 г.). Динамика мелового климата и океана: будущие направления IODP . Флориссан, Колорадо.
^ Цзин Чжоу (2012). Парниковый климат среднего мела и морской стабильный изотоп: выводы из экспериментов с моделями общей циркуляции ( докторская диссертация). Мичиганский университет . hdl : 2027.42/91495 .
^ Юрий Дмитриевич Захаров; Смышляева Ольга Петровна; Казусигэ Танабэ; Ясунари Сигета; и др. (2005). «Сезонные колебания температуры в высоких северных широтах в меловой период: изотопные данные по альбским и коньякским мелководным беспозвоночным бассейна реки Таловка, Корякское нагорье, Дальний Восток России». Меловые исследования . 26 (1): 113–132. Бибкод : 2005CrRes..26..113Z . дои : 10.1016/j.cretres.2004.11.005 .
^ Джейн Э. Фрэнсис (1986). «Кольцы роста в меловой и третичной древесине Антарктиды и их палеоклиматическое значение» (PDF) . Палеонтология . 29 (4): 665–684. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ Анн-Лиз Бризон; Марк Филипп и Фредерик Тевенар (2001). «Вызваны ли климатические кольца мезозойской древесины?». Палеобиология . 27 (3): 531–538. doi : 10.1666/0094-8373(2001)027<0531:AMWGRC>2.0.CO;2 . JSTOR 1558086 . S2CID 130631945 .
^ Бирлинг и др. , 1999 г. ^{[ нужна ссылка ]}

Дальнейшее чтение

Харланд, М.; Дж. Э. Фрэнсис; С. Дж. Брентналл и DJ Бирлинг (2007). «Меловая (альб-аптская) хвойная древесина высоких широт Северного полушария: состав леса и палеоклимат». Обзор палеоботаники и палинологии . 143 (3–4): 167–196. Бибкод : 2007RPaPa.143..167H . дои : 10.1016/j.revpalbo.2006.07.005 .
Хэй, Уильям В.; Роберт М. ДеКонто; Кристофер Н. Уолд; Кевин М. Уилсон; и др. (1999). «Альтернативная глобальная палеогеография мелового периода». Меловой океан/климатические системы . Том. 332. Геологическое общество Америки . стр. 1–47. дои : 10.1130/0-8137-2332-9.1 . ISBN 9780813723327 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )
Хау, Джоди (2003). Среднемеловые ископаемые леса острова Александра, Антарктида ( кандидатская диссертация). Лидс, Великобритания: Университет Лидса . стр. 4.2–4.37.
Спайсер, Роберт А. и Алексей Б. Герман (2010). «Позднемеловая среда Арктики: количественная переоценка на основе окаменелостей растений» (PDF) . Палеогеография, Палеоклиматология, Палеоэкология . 295 (3–4): 423–442. Бибкод : 2010PPP...295..423S . дои : 10.1016/j.palaeo.2010.02.025 .

[1] «Международная хроностратиграфическая карта» . Международная комиссия по стратиграфии . Январь 2013 года . Проверено 5 июня 2013 г.

[Peralta-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Эмилиано Перальта-Медина и Ховард Дж. Фалькон-Ланг (2012). «Состав и продуктивность меловых лесов получены на основе глобальной базы данных ископаемой древесины». Геология . 40 (3): 219–222. Бибкод : 2012Geo....40..219P . дои : 10.1130/G32733.1 .

[Brentnall_et_al.-3] Jump up to: ^а ^б С. Дж. Брентналл; диджей Бирлинг ; КП Осборн; М. Харланд; и др. (2005). «Климатические и экологические детерминанты продолжительности жизни листьев в полярных лесах мелового _{с высоким содержанием CO 2} «парникового» мира ». Биология глобальных изменений . 11 (12): 2177–2195. Бибкод : 2005GCBio..11.2177B . дои : 10.1111/j.1365-2486.2005.001068.x . ПМИД 34991284 . S2CID 86089107 .

[Beerling-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д DJ Beerling и CP Osborne (2002). «Физиологическая экология мезозойских полярных лесов в среде с высоким содержанием _CO2 » . Анналы ботаники . 89 (3): 329–339. дои : 10.1093/aob/mcf045 . ПМЦ 4233824 . ПМИД 12096745 .

[5] «Когда цветы достигли Австралии: первые цветы добрались до Австралии 126 миллионов лет назад» . ScienceDaily . Проверено 21 декабря 2019 г.

[Crane-6] Jump up to: ^а ^б Питер Р. Крейн; Эльза Мари Фриис и Кай Раунсгаард Педерсен (1995). «Происхождение и раннее разнообразие покрытосеменных». Природа . 374 (6517): 27–33. Бибкод : 1995Natur.374...27C . дои : 10.1038/374027a0 . S2CID 35852159 .

[Falcon-7] Jump up to: ^а ^б HJ Falcon-Lang и DJ Cantrill (2001). «Фенология листьев некоторых полярных лесов среднего мела, остров Александра, Антарктида». Геологический журнал . 138 (1): 39–52. Бибкод : 2001GeoM..138...39F . дои : 10.1017/s0016756801004927 . S2CID 129461955 .

[8] «Музейный выступ» . geonames.usgs.gov .

[9] О. Неза; КС Ву и К.С. Ли (2009). «Комбинированные данные о текстуре и стабильных изотопах как индикаторы палеоклимата среднего мелового периода: тематическое исследование озерных строматолитов в бассейне Кёнсан, Юго-Восточная Корея». Осадочная геология . 214 (1–4): 85–99. Бибкод : 2007AGUFMPP11A0241N . дои : 10.1016/j.sedgeo.2008.03.012 .

[10] К.Л. Биче; Ти Джей Бралоуэр; Р. А. Дункан; Б.Т. Хубер; и др. (14–17 июля 2002 г.). Динамика мелового климата и океана: будущие направления IODP . Флориссан, Колорадо.

[11] Цзин Чжоу (2012). Парниковый климат среднего мела и морской стабильный изотоп: выводы из экспериментов с моделями общей циркуляции ( докторская диссертация). Мичиганский университет . hdl : 2027.42/91495 .

[12] Юрий Дмитриевич Захаров; Смышляева Ольга Петровна; Казусигэ Танабэ; Ясунари Сигета; и др. (2005). «Сезонные колебания температуры в высоких северных широтах в меловой период: изотопные данные по альбским и коньякским мелководным беспозвоночным бассейна реки Таловка, Корякское нагорье, Дальний Восток России». Меловые исследования . 26 (1): 113–132. Бибкод : 2005CrRes..26..113Z . дои : 10.1016/j.cretres.2004.11.005 .

[13] Джейн Э. Фрэнсис (1986). «Кольцы роста в меловой и третичной древесине Антарктиды и их палеоклиматическое значение» (PDF) . Палеонтология . 29 (4): 665–684. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[14] Анн-Лиз Бризон; Марк Филипп и Фредерик Тевенар (2001). «Вызваны ли климатические кольца мезозойской древесины?». Палеобиология . 27 (3): 531–538. doi : 10.1666/0094-8373(2001)027<0531:AMWGRC>2.0.CO;2 . JSTOR 1558086 . S2CID 130631945 .

[15] Бирлинг и др. , 1999 г. ^{[ нужна ссылка ]}

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]