Τροπικές θερμοκρασίες στους κρητιδικούς πόλους
Αποδείξεις ότι οι πολικές περιοχές ήταν πολύ θερμότερες κατά την Κρητιδική περίοδο (πριν από 145-66 εκατομμύρια χρόνια) σε σύγκριση με σήμερα έχουν συσσωρευτεί κατά τον περασμένο αιώνα με πολυάριθμες αναφορές απολιθωμένου ξύλου, δεινοσαύρων και άλλων ευαίσθητων στη θερμοκρασία οργανισμών που ζούσαν στην Αρκτική και την Ανταρκτική. περιοχές.
Η ανακάλυψη υπολειμμάτων champsosaur (ένα ερπετό που μοιάζει με κροκόδειλο), που βρέθηκε στους ~72°N και χρονολογείται από 94-86 εκατομμύρια χρόνια (Ma), απέδειξε ότι οι χειμερινές θερμοκρασίες που άντεξαν δεν θα μπορούσαν να έχουν πέσει κάτω από το μηδέν, δεδομένων των μεταβολικών τους αναγκών για επιβίωση . Ωστόσο, τα απολιθώματα από μόνα τους δεν μπορούν να παρέχουν τις ποσοτικές εκτιμήσεις που απαιτούνται για την ανασυγκρότηση των θερμοκρασιών της Γης από τους τροπικούς στους πόλους και τον τρόπο με τον οποίο άλλαξαν με την πάροδο του χρόνου.
Ευτυχώς, τα κελύφη των μικροσκοπικών μονοκύτταρων οργανισμών που ονομάζονται τρηματοφόρα περιέχουν χημικές πληροφορίες που επιτρέπουν τον προσδιορισμό του τρόπου με τον οποίο οι θερμοκρασίες των ωκεανών άλλαξαν με την πάροδο του χρόνου. Τα πλαγκτικά (που κατοικούν στην επιφάνεια) και τα βενθικά (που κατοικούν στο κάτω μέρος) συχνά εμφανίζονται μαζί σε ιζήματα που εναποτίθενται σε όλους τους ωκεανούς του κόσμου και έχουν ένα αρχείο απολιθωμάτων που εκτείνεται από σήμερα σε ηλικίες πολύ μεγαλύτερες από την Κρητιδική περίοδο. Μέσα στα κελύφη, δύο ισότοπα οξυγόνου, το οξυγόνο-18 (Ο) και το οξυγόνο-16 (Ο), σταθεροποιούνται σε μια αναλογική αναλογία που καθορίζεται από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος νερού του ωκεανού τη στιγμή που το κέλυφος ανοργανοποιείται. Οι μετρήσεις των αναλογιών ισοτόπων οξυγόνου, που αναφέρονται ως δO, επιτρέπουν την εκτίμηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας και του πυθμένα του ωκεανού, εφόσον τα πλαγκτικά και βενθικά κελύφη δεν έχουν αλλάξει σημαντικά από την αρχική τους κατάσταση.
Μια πρόσφατη συλλογή μετρήσεων ισοτόπων οξυγόνου από βενθικά και πλαγκτικά τρηματοφόρα που ζούσαν στη νότια υποπολική περιοχή παρέχει νέα εικόνα για το πώς άλλαξε το κλίμα γύρω από την Ανταρκτική κατά τη διάρκεια της Κρητιδικής και της Παλαιογενούς περιόδου. Η συλλογή βασίζεται σε αναλύσεις τρηματοφόρων από θέσεις που βρίσκονται σε γεωγραφικό πλάτος>60°S (Εικόνα 1) και εναποτίθενται σε βάθη τουλάχιστον 1000 m. Αποτελέσματα από το νότιο Νότιο Ατλαντικό (Τοποθεσίες 327, 511, 689 και 690) και τον νότιο Ινδικό Ωκεανό (Τοποθεσίες 257, 258) καταδεικνύουν ότι η γη ήταν πολύ θερμότερη από σήμερα για ολόκληρο το διάστημα από 112 έως 35 Ma, αλλά η περίοδος μεταξύ 94 και 90 Ma ήταν εξαιρετικά ζεστό (Εικόνα 2).
Κατά τη διάρκεια της αιχμής του κλίματος «Καυτού Θερμοκηπίου», μια εποχή που αναφέρεται ως το Κρητιδικό Θερμικό Μέγιστο (KTM), η μέση θερμοκρασία του βυθού του ωκεανού που εκτιμάται από τα βενθικά τρηματοφόρα βαθιάς θάλασσας (από 1000 έως 1500 μέτρα βάθος νερού) κυμαινόταν από 19–21°C. Σήμερα, το νερό σε αυτό το εύρος βάθους στα υποανταρκτικά γεωγραφικά πλάτη κυμαίνεται από 1–2°C. Κοντά στην επιφάνεια του ωκεανού κατά τη διάρκεια του KTM, πλαγκτονικά τρηματοφόρα που κατοικούν σε μεγάλο γεωγραφικό πλάτος υποδεικνύουν τροπικές συνθήκες σε υποπολικά γεωγραφικά πλάτη, με τιμές που κυμαίνονται από 26–32°C.
Τα δεδομένα θερμοκρασίας για τρηματοφόρα υποδεικνύουν ότι οι θερμοκρασίες θερμοκηπίου επικράτησαν μέχρι τους 81 Ma στον Νότιο Ατλαντικό, ενώ η έναρξη μιας μακροπρόθεσμης τάσης ψύξης ξεκίνησε αμέσως μετά το KTM στον Ινδικό Ωκεανό. Η εξήγηση για αυτές τις διαφορετικές τάσεις απαιτεί περαιτέρω διερεύνηση. Η μακροπρόθεσμη τάση ψύξης των θερμοκρασιών της επιφάνειας και του βυθού του Κρητιδικού και η μείωση στην κατακόρυφη κλίση θερμοκρασίας του ωκεανού κορυφώθηκε στα 70–66 Ma με τα νερά του βυθού να κυμαίνονται μεταξύ 5–7 °C και τα επιφανειακά νερά μεταξύ 7–10 °C. Μια σύντομη εξαίρεση κατά τη διάρκεια αυτού του σχετικά ψυχρού διαστήματος σημειώθηκε στα 66,2 Ma όταν τεράστιες ηφαιστειακές εκρήξεις στις παγίδες Deccan στην Ινδία απελευθέρωσαν αέρια θερμοκηπίου και προκάλεσαν μια σύντομη αύξηση της θερμοκρασίας γνωστή ως Γεγονός Θέρμανσης του Deccan.
Οι θερμοκρασίες του νότιου ωκεανού μεγάλου γεωγραφικού πλάτους μεταξύ 66-56 Ma ήταν ελαφρώς θερμότερες από ό,τι κατά την τελευταία Κρητιδική και στη συνέχεια αυξήθηκαν απότομα στα 55,5 Ma κατά τη διάρκεια ενός συμβάντος που ονομάζεται Θερμικό Μέγιστο Παλαιόκαινου-Ηωκαίνου (PETM). Αυτό το φαινόμενο της θέρμανσης έχει εντοπιστεί παγκοσμίως και σχετίζεται με μια δραματική αλλαγή στον κύκλο του άνθρακα λόγω μιας τεράστιας έγχυσης άνθρακα στην ατμόσφαιρα, ίσως λόγω μιας σύντομης φάσης τεράστιων ηφαιστειακών εκρήξεων.
Μετά το PETM, οι θερμοκρασίες του νότιου υψηλού γεωγραφικού πλάτους μειώθηκαν σταδιακά καθώς η Γη μεταβαλλόταν από ένα θερμό θερμοκήπιο σε ένα ψυχρό κλίμα. Μια σύντομη εξαίρεση σε αυτό το διάστημα ψύξης είναι το Μέσο Ηώκαινο Κλιματικό Βέλτιστο (MECO), το οποίο συνέβη μεταξύ 42-41 Ma και έχει αποδοθεί σε απελευθέρωση διοξειδίου του άνθρακα λόγω τεκτονικής δραστηριότητας κατά τη διάρκεια της ηπειρωτικής σύγκρουσης των ηπείρων Ινδίας και Ασίας. Μέχρι τα 36 Ma, οι θερμοκρασίες των υδάτων της επιφάνειας και του πυθμένα των ωκεανών γύρω από την Ανταρκτική μειώθηκαν κοντά στους 0°C, επιτρέποντας την ανάπτυξη ενός τεράστιου ηπειρωτικού στρώματος πάγου που αποστραγγίστηκε στον Νότιο Ωκεανό.
Η συλλογή θερμοκρασίας για τα νότια υψηλά γεωγραφικά πλάτη δείχνει ότι το κλίμα του θερμοκηπίου κατά τη διάρκεια της Κρητιδικής ήταν πολύ θερμότερο και πολύ πιο διαρκές από οποιαδήποτε άλλη εποχή μετά. Οι αυξημένοι ρυθμοί εξάπλωσης του θαλάσσιου πυθμένα, που προκάλεσαν την έκρηξη του νέου ωκεάνιου φλοιού καθώς αποκλίνονταν οι ωκεάνιες πλάκες και οι τεράστιες εκρήξεις τεράστιων υποθαλάσσιων νησιών βασάλτη που ονομάζονται Μεγάλες Πυριγενείς Επαρχίες, θεωρούνται οι κύριες αιτίες για την ακραία ζέστη κατά τα προηγούμενα θερμά και θερμά κλίματα θερμοκηπίου, λόγω του αποβολή τεράστιων όγκων αερίων του θερμοκηπίου.
Η μετάβαση από τις θερμές στις ψυχρές και στη συνέχεια τις ψυχρές κλιματικές καταστάσεις προέκυψε από τους βραδύτερους ρυθμούς εξάπλωσης στον πυθμένα της θάλασσας και τη μείωση των εκροών αερίων του θερμοκηπίου. Πρόσθετοι παράγοντες που προκάλεσαν την ψύξη της παγκόσμιας θερμοκρασίας ειδικά στα νότια υψηλά γεωγραφικά πλάτη περιλαμβάνουν τον διαχωρισμό και τη βόρεια κίνηση των νότιων ηπείρων που περιλάμβαναν την υπερήπειρο Gondwana. Αυτό οδήγησε τελικά σε θερμική απομόνωση της Ανταρκτικής, μείωση της παγκόσμιας στάθμης της θάλασσας (προκαλώντας υψηλότερη ανάκλαση και λιγότερη κατακράτηση της ηλιακής ενέργειας) και αυξημένα ποσοστά καιρικών συνθηκών στην ξηρά (προκαλώντας την απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα).
Η καλύτερη κατανόηση των παραγόντων που ευθύνονται για τις παγκόσμιες κλιματικές αλλαγές κατά τη διάρκεια του γεωλογικού παρελθόντος και η απόκριση του συστήματος ωκεάνιας-ατμόσφαιρας σε αυτές τις αλλαγές είναι κρίσιμη για τη δημιουργία ακριβέστερων προβλέψεων για τη μελλοντική παγκόσμια κλιματική αλλαγή. Αυτό θα απαιτήσει τον εντοπισμό των κύριων πηγών διοξειδίου του άνθρακα και άλλων αερίων του θερμοκηπίου που είναι υπεύθυνες για την ενεργοποίηση και τη διατήρηση προηγούμενων γεγονότων θέρμανσης, ειδικά κατά τις θερμές κλιματικές φάσεις του θερμοκηπίου. Οι προσπάθειες θα πρέπει να επικεντρωθούν στην απόκτηση πιο αξιόπιστων βαθμονομήσεων ηλικίας για την έναρξη και τον τερματισμό των ηλικιών εκρήξεων της Μεγάλης Πυριγενούς Επαρχίας, τη βελτίωση των ηλικιακών περιορισμών για τον υπολογισμό των αλλαγών στους ρυθμούς εξάπλωσης του θαλάσσιου πυθμένα και την υποβίβαση των πλακών και βελτιωμένη μοντελοποίηση του τρόπου με τον οποίο ο άνθρακας έχει μετακινηθεί μεταξύ της ατμόσφαιρας , ωκεανοί, βιόσφαιρα και γεωσφαίρα.
Προκειμένου να προετοιμαστούν για τη ζωή σε έναν πλανήτη με ζεστό θερμοκήπιο, οι επιστήμονες πρέπει να μελετήσουν το αρχείο απολιθωμάτων σε δραματικές αλλαγές στο παγκόσμιο κλίμα που έχουν συμβεί στο παρελθόν, όπως αυτές που επισημαίνονται στο Σχήμα 2. Σύγκριση των συνηθειών ζωής μεταξύ των ειδών που ήταν ευάλωτα η εξαφάνιση με αυτά των ανθεκτικών ειδών που επέζησαν και ο καθορισμός περιβαλλοντικών ορίων που προκάλεσαν την κατάρρευση των οικοσυστημάτων στο παρελθόν θα βοηθήσει να προβλέψουμε πώς οι οργανισμοί και οι κοινότητες στη γη και στον ωκεανό θα ανταποκριθούν στην υπερθέρμανση και σε άλλες περιβαλλοντικές αλλαγές που μας περιμένουν στο μέλλον .
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Η άνοδος και η πτώση του κλίματος του θερμοκηπίου του κρητιδικού θερμοκηπίου, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Global and Planetary Change. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τον Brian T. Huber από το Ίδρυμα Smithsonian, τον Kenneth G. MacLeod από το Πανεπιστήμιο του Missouri-Columbia, τον David K. Watkins από το Πανεπιστήμιο της Νεμπράσκα και τον Millard F. Coffin από το Πανεπιστήμιο της Τασμανίας, το Πανεπιστήμιο , και το Ωκεανογραφικό Ίδρυμα Woods Hole.
