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
[ редактировать ]−4500 — – — – −4000 — – — – −3500 — – — – −3000 — – — – −2500 — – — – −2000 — – — – −1500 — – — – −1000 — – — – −500 — – — – 0 — |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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 оказаться полезными и керны отложений, богатые окаменелостями и ракушками (пробы); Область палеоокеанографии тесно связана с седиментологией и палеонтологией .
Температура поверхности моря
[ редактировать ]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 ]
Соотношение изотопов кислорода (δ 18 O) полезны при реконструкции ТПМ из-за влияния температуры на соотношение изотопов. Планктон поглощает кислород при построении своих раковин и будет менее обогащен своим δ. 18 O, когда образуется в более теплых водах, при условии, что они находятся в термодинамическом равновесии с морской водой. [ 3 ] Когда эти раковины выпадают в осадок, они тонут и образуют отложения на дне океана, δ 18 O можно использовать для вывода о прошлых SST. [ 4 ] Однако соотношения изотопов кислорода не являются идеальными показателями. Объем льда, захваченного континентальными ледяными щитами, может оказывать влияние на δ 18 О. Пресная вода характеризуется более низкими значениями δ. 18 O попадает в ловушку континентальных ледяных щитов, поэтому во время ледниковых периодов морская вода δ 18 O повышен, и оболочки кальцита, образовавшиеся в это время, будут иметь большее δ. 18 О значение. [ 5 ] [ 6 ]
Замена кальция на магний в CaCO 3 оболочках может использоваться 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 влияний, соотношение Mg/Ca успешно позволило количественно оценить тропическое похолодание, произошедшее 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 CaCO 3 . исследованиях [ 8 ] Еще одним преимуществом использования алкенонов является то, что они являются продуктом фотосинтеза, обусловливающим необходимость образования под солнечным светом верхних поверхностных слоев. Таким образом, он лучше регистрирует приповерхностную ТПМ. [ 2 ]
Температура придонной воды
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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 раньше. [ 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
[ редактировать ]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 - 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
[ редактировать ]Для вывода о прошлой циркуляции океана и изменениях в ней использовалось несколько косвенных методов. К ним относятся соотношения изотопов углерода , соотношения кадмия / кальция (Cd/Ca), протактиния / тория ( изотопы 231 Па и 230 Th), радиоуглеродная активность (δ 14 С), неодима ( изотопы 143 Нд и 144 Nd) и сортируемый ил (фракция глубоководных отложений 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 глубоководных образований. [ 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 Оба образуются в результате радиоактивного распада растворенного урана в морской воде. 231 Па способен оставаться в толще воды дольше, чем 230 Ч: 231 Время существования Па составляет ~100–200 лет, тогда как 230 Есть один ~20–40 лет. [ 22 ] В сегодняшнем Атлантическом океане и нынешней опрокидывающейся циркуляции, 230 Транспорт в Южный океан минимален из-за его короткого времени пребывания и 231 Па транспортировка высокая. Это приводит к относительно низкому 231 Так / 230 Соотношения Th, найденные McManus et al. [2004] в ядре на 33N 57W и глубине 4,5 км. Когда опрокидывающая циркуляция прекращается (как предполагалось) во время ледниковых периодов, 231 Так / 230 Соотношение Th становится повышенным из-за отсутствия удаления 231 Па в Южный океан. Макманус и др. [2004] также отмечают небольшое повышение 231 Так / 230 Это соотношение во время Младшего дриаса , еще одного периода в истории климата, который, как полагают, характеризовался ослаблением опрокидывающей циркуляции. [ 22 ]
Кислотность, pH и щелочность
[ редактировать ]Соотношение изотопов бора (δ 11 B) может использоваться 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. δ 11 Было обнаружено, что 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 закисления океана из-за повышения концентрации CO 2 в атмосфере . [ 23 ] Другое применение δ 11 B в раковинах планктона можно использовать в качестве косвенного показателя концентрации CO 2 в атмосфере за последние несколько миллионов лет. [ 24 ]
См. также
[ редактировать ]- Океанография - изучение физических, химических и биологических процессов в океане.
- Палеоклиматология - Изучение изменений древнего климата.
- Палеогеография - изучение физической географии ландшафтов прошлого.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ 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 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Кронин, Томас М. (2010). Палеоклиматы: понимание изменения климата в прошлом и настоящем . Нью-Йорк: Издательство Колумбийского университета. ISBN 9780231144940 .
- ^ Юри, Гарольд К. (1947). «Термодинамические свойства изотопных веществ». Журнал Химического общества (возобновленный) : 562–81. дои : 10.1039/JR9470000562 . ПМИД 20249764 .
- ^ Эмилиани, К. (1955). «Температуры плейстоцена». Журнал геологии . 63 (6): 538–578. Бибкод : 1955JG.....63..538E . дои : 10.1086/626295 . JSTOR 30080906 . S2CID 225042939 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ Леа, Д.В. (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 . ПМИД 12958356 . S2CID 28169540 .
- ^ 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 .
- ^ 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 . дои : 10.1016/S0012-821X(03)00067-0 .
- ^ Лир, Кэролайн Х ; Розенталь, Яир; Слоуи, Найл (октябрь 2002 г.). «Бентосные фораминиферы Mg/Ca-палеотермометрия: пересмотренная калибровка керна по кровле». Geochimica et Cosmochimica Acta . 66 (19): 3375–3387. Бибкод : 2002GeCoA..66.3375L . дои : 10.1016/S0016-7037(02)00941-9 .
- ^ 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.
- ^ 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, doi : 10.1016/j.quascirev.2009.10.007 .
- ^ Сюннескуг, 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
- ^ 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.
- ^ 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 .
- ^ Ю, Л. Глобальная связь между круговоротом воды в океане и приповерхностной соленостью. Дж. Геофиз. Рез. -Океаны 116 , C10025 (2011).
- ^ Виноградова Н. и Понте Р. В поисках следов недавней интенсификации круговорота воды в океане. Дж. Клим. 30 , 5513–5528 (2017).
- ^ Лю, К., Лян, X., Понте, RM и др. Вертикальное перераспределение соли и послойные изменения солености мирового океана. Nat Commun 10, 3445 (2019).
- ^ 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, два : 10.5194/tc-8-453-2014 , 2014.
- ^ 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 .
- ^ Оппо, Вашингтон ; 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 . ПМИД 17794395 . S2CID 23996710 .
- ^ Перейти обратно: а б с 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 . ПМИД 15103371 . S2CID 205210064 .
- ^ 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 . ПМИД 16195458 . S2CID 129883047 .
- ^ 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 . ПМИД 10963587 . S2CID 205008176 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]СМИ, связанные с палеокеанографией, на Викискладе?