Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для журнала см. Палеоокеанография (журнал) .

Палеоокеанография - это изучение истории океанов в геологическом прошлом с точки зрения циркуляции, химии , биологии , геологии и закономерностей седиментации и биологической продуктивности. Палеоокеанографические исследования с использованием моделей окружающей среды и различных заместителей позволяют научному сообществу оценить роль океанических процессов в глобальном климате путем воссоздания климата прошлого в различные промежутки времени. Палеоокеанографические исследования также тесно связаны с палеоклиматологией .

Источник и методы информации [ править ]

-4500 -
-
-4000 -
-
-3500 -
-
-3000 -
-
-2500 -
-
-2000 -
-
-1500 -
-
-1000 -
-
-500 -
-
0 -
←
←
←
←
←
←
←
Кислородный кризис
←
Древнейшие грибы
←
Половое размножение
←
Самые ранние растения
←
Самые ранние животные
←
Эдиакарская биота
←
Кембрийский взрыв
←
Тетрапода
←
Самые ранние обезьяны
Р ч п е г о г о я гр
П р о т е р о з о и к
Т с ч е с п
H a d e a n
Понгола
Гуронский
Криогенный
Андский
Кару
Четвертичный
Ледниковые периоды
←
Самая ранняя многоклеточная жизнь
( миллион лет назад )

Палеоокеанография использует так называемые прокси- методы как способ получения информации о прошлом состоянии и эволюции Мирового океана. Некоторые геохимические прокси-инструменты включают длинноцепочечные органические молекулы (например, алкеноны ), стабильные и радиоактивные изотопы и следы металлов. [1] Кроме того, могут быть полезны образцы отложений; область палеоокеанографии тесно связана с седиментологией и палеонтологией .

Температура поверхности моря [ править ]

Записи температуры поверхности моря (ТПМ) могут быть извлечены из кернов глубоководных отложений с использованием соотношений изотопов кислорода и отношения магния к кальцию (Mg / Ca) в секреции раковин планктона, длинноцепочечных органических молекул, таких как алкенон, из тропические кораллы у поверхности моря и из раковин моллюсков. [2]

Отношения изотопов кислорода (δ 18 O) полезны при восстановлении SST из-за влияния температуры на соотношение изотопов. Планктон поглощает кислород при построении своих раковин и будет меньше обогащаться своим δ 18 O при образовании в более теплой воде, 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 которых может использоваться для определения прошлых SST. [4] Однако соотношение изотопов кислорода не является точным показателем. Объем льда, заключенного в континентальных ледяных щитах, может иметь влияние δ 18 О. Пресная вода характеризуется более низкими значениями δ 18О попадает в ловушку континентальных ледяных щитов, так что во время ледниковых периодов δ 18 O морской воды повышается, а кальцитовые раковины, образующиеся в это время, будут иметь большее значение δ 18 O. [5] [6]

Замена магния вместо кальция в оболочках из CaCO 3 может использоваться в качестве заместителя для SST, в котором образовывались оболочки. Отношения Mg / Ca имеют несколько других влияющих факторов, помимо температуры, таких как жизненно важные эффекты, очистка скорлупы, посмертные и пост-осадочные эффекты растворения, и это лишь некоторые из них. [2] Помимо других факторов, соотношение Mg / Ca успешно позволило количественно оценить тропическое похолодание, которое произошло во время последнего ледникового периода. [7]

Алкеноны - это длинноцепочечные сложные органические молекулы, производимые 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 соотношений, необходимых для исследований CaCO 3 . [8] Еще одним преимуществом использования алкенонов является то, что они являются продуктом фотосинтеза и требуют образования на солнечном свете верхних поверхностных слоев. Таким образом, он лучше регистрирует приповерхностную SST. [2]

Температура придонной воды [ править ]

Наиболее часто используемый косвенный показатель для вывода истории температуры в глубоководных районах - это отношения Mg / Ca в бентосных фораминиферах и остракодах . Температуры, выведенные из соотношений Mg / Ca, подтвердили охлаждение глубин океана до 3 ° C во время ледниковых периодов позднего плейстоцена. [2] Одно примечательное исследование, проведенное Лиром и соавт. [2002], который работал над калибровкой температуры придонной воды по соотношению Mg / Ca в 9 точках, охватывающих различные глубины, от шести различных бентосных фораминифер (в зависимости от местоположения). [9] Авторы нашли уравнение для калибровки температуры придонной воды по соотношению Mg / Ca, которое принимает экспоненциальную форму:

где Mg / Ca - отношение Mg / Ca, обнаруженное у бентосных фораминифер, а BWT - температура придонной воды. [10]

Отчеты осадка [ править ]

Записи об отложениях могут многое рассказать нам о нашем прошлом и помочь сделать выводы о будущем. Хотя в этой области палеоокеанографии нет ничего нового, поскольку некоторые исследования относятся к 1930-м годам и ранее. [11]    Реконструктивные исследования в современном масштабе времени продвинулись вперед с использованием методов сканирования керна отложений. Эти методы позволили проводить 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, с использованием методов палеопродуктивности, таких как измерение общей численности диатомовых водорослей. [13]Записи могут также содержать информацию об исторических погодных условиях и циркуляции океана, например, Deschamps et al. описали их исследования отложений на Чукотско-Аляскинском и Канадском окраинах Бофорта. [14]

Соленость [ править ]

Соленость - это более сложная величина, которую можно вывести из палеорекламы. Избыток дейтерия в данных керна может обеспечить лучший вывод о солености морской поверхности, чем изотопы кислорода, а некоторые виды, такие как диатомовые водоросли, могут обеспечить полуколичественные данные о солености из-за относительной численности диатомовых водорослей, которые ограничены определенными режимами солености. [15] Произошли изменения в глобальном круговороте воды и балансе солености океанов с Северной Атлантикой, они стали более солеными, а субтропические Индийский и Тихий океаны стали менее солеными. [16] [17] С изменениями в круговороте воды, также были вариации с вертикальным распределением соли и галоклинами. [18]Крупные вторжения пресной воды и изменение солености также могут способствовать уменьшению площади морского льда. [19]

Циркуляция океана [ править ]

Несколько косвенных методов были использованы для вывода о циркуляции океана в прошлом и изменений в ней. Они включают в себя соотношение изотопов углерода , кадмий / кальций соотношение (Cd / Ca), протактиний / торий изотопы ( 231 Па и 230 Th), радиокарбонный активность (б 14 С), неодимом изотопы ( 143 Nd и 144 Nd), а также Сортируемый ил ( фракция глубоководных отложений от 10 до 63 мкм). [2] Используются приблизительные значения изотопов углерода и кадмия / кальция, поскольку изменчивость их соотношений частично обусловлена ​​изменениями химического состава придонной воды, что, в свою очередь, связано с источником глубоководного образования. [20] [21] На эти соотношения, однако, влияют биологические, экологические и геохимические процессы, которые усложняют выводы о циркуляции.

Все включенные прокси полезны для определения поведения меридиональной циркуляции опрокидывания . [2] Например, McManus et al. [2004] использовали изотопы протактиния / тория ( 231 Па и 230 Th), чтобы показать, что атлантическая меридиональная опрокидывающаяся циркуляция была почти (или полностью) отключена во время последнего ледникового периода. [22] 231 Па и 230 Th образуются в результате радиоактивного распада растворенного урана в морской воде, при этом 231 Па может оставаться в толще воды дольше 230 Th: 231 Па имеет время пребывания ~ 100–200 лет, в то время как230 Th - это ~ 20–40 лет. [22] В сегодняшнем Атлантическом океане и текущей опрокидывающей циркуляции перенос 230 Th в Южный океан минимален из-за его короткого времени пребывания, а перенос 231 Па является высоким. Это приводит к относительно низким отношениям 231 Па / 230 Th, обнаруженным McManus et al. [2004] в активной зоне 33N 57W и глубине 4.5 км. Когда опрокидывающая циркуляция прекращается (как предполагалось) во время ледниковых периодов, соотношение 231 Па / 230 Th становится повышенным из-за отсутствия отвода 231 Па в Южный океан. McManus et al. [2004] также отметим небольшое повышение 231 Па / Отношение 230 Th во время события позднего дриаса , еще одного периода в истории климата, который, как считается, испытал ослабление опрокидывающей циркуляции. [22]

Кислотность, pH и щелочность [ править ]

Отношения изотопов бора (δ 11 B) можно использовать для вывода как недавних, так и тысячелетних изменений кислотности, pH и щелочности океана в масштабе времени , которые в основном вызваны атмосферными концентрациями CO 2 и концентрацией бикарбонат- ионов в океане. . У кораллов из юго-западной части Тихого океана был обнаружен δ 11 B, который варьируется в зависимости от pH океана, и показывает, что климатические изменения, такие как тихоокеанские декадные колебания (PDO), могут модулировать воздействие подкисления океана из-за повышения концентрации CO 2 в атмосфере . [23] Другое применение δ 11B в раковинах планктона может использоваться как косвенный показатель концентрации CO 2 в атмосфере за последние несколько миллионов лет. [24]

См. Также [ править ]

  • Океанография
  • Палеоклиматология

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Хендерсон, Гидеон М. (октябрь 2002 г.). «Новые океанические прокси для палеоклимата». Письма о Земле и планетах . 203 (1): 1–13. Bibcode : 2002E и PSL.203 .... 1H . DOI : 10.1016 / S0012-821X (02) 00809-9 .
  2. ^ Б с д е е Cronin, Томас М. (2010). Палеоклиматы: понимание изменения климата в прошлом и настоящем . Нью-Йорк: издательство Колумбийского университета. ISBN 9780231144940.
  3. ^ Юри, Гарольд С. (1947). «Термодинамические свойства изотопных веществ». Журнал химического общества (возобновлено) : 562–81. DOI : 10.1039 / JR9470000562 . PMID 20249764 . 
  4. ^ Эмилиани, С. (1955). «Температуры плейстоцена». Журнал геологии . 63 (6): 538–578. Bibcode : 1955JG ..... 63..538E . DOI : 10.1086 / 626295 . JSTOR 30080906 . S2CID 225042939 .  
  5. ^ Olausson, Эрик (январь 1963). «Свидетельства климатических изменений в глубоководных кернах Северной Атлантики, с замечаниями по изотопному палеотемпературному анализу». Прогресс в океанографии . 3 : 221–252. Bibcode : 1963PrOce ... 3..221O . DOI : 10.1016 / 0079-6611 (65) 90020-0 .
  6. ↑ Шеклтон, Николас (1 июля 1967 г.). «Анализ изотопов кислорода и повторная оценка температуры плейстоцена». Природа . 215 (5096): 15–17. Bibcode : 1967Natur.215 ... 15S . DOI : 10.1038 / 215015a0 . S2CID 4221046 . 
  7. ↑ Lea, DW (5 сентября 2003 г.). «Синхронность тропических и высокоширотных температур Атлантического океана на протяжении последнего ледникового периода». Наука . 301 (5638): 1361–1364. Bibcode : 2003Sci ... 301.1361L . DOI : 10.1126 / science.1088470 . PMID 12958356 . S2CID 28169540 .  
  8. Перейти ↑ Herbert, TD (2003). «Палеотемпературные определения алкенонов». В Голландии HD; Турекян К.К. (ред.). Трактат по геохимии . 6 (1-е изд.). Оксфорд: Elsevier Science. С. 391–432. Bibcode : 2003TrGeo ... 6..391H . DOI : 10.1016 / B0-08-043751-6 / 06115-6 . ISBN 0-08-043751-6.
  9. ^ Billups, K .; Шраг, Д.П. (апрель 2003 г.). "Применение соотношений Mg / Ca бентосных фораминифер к вопросам кайнозойского изменения климата". Письма о Земле и планетах . 209 (1–2): 181–195. Bibcode : 2003E и PSL.209..181B . DOI : 10.1016 / S0012-821X (03) 00067-0 .
  10. ^ Лир, Кэролайн Н ; Розенталь, Яир; Слоуи, Найл (октябрь 2002 г.). «Mg / Ca-палеотермометрия бентосных фораминифер: пересмотренная калибровка керна». Geochimica et Cosmochimica Acta . 66 (19): 3375–3387. Bibcode : 2002GeCoA..66.3375L . DOI : 10.1016 / S0016-7037 (02) 00941-9 . CS1 maint: discouraged parameter (link)
  11. ^ Пиггот, Чарльз Сноуден. «Образцы керна дна океана и их значение». Ежемесячный научный журнал , т. 46, нет. 3. 1938. С. 201–217. JSTOR , www.jstor.org/stable/16315. По состоянию на 24 марта 2021 г.
  12. ^ SL Jaccard, ED Galbraith, DM Sigman, GH Haug, Постоянная связь между антарктическим ледяным ядром и данными субарктических тихоокеанских отложений за последние 800 кыр, Quaternary Science Reviews, Volume 29, Issues 1-2, 2010, Pages 206-212, ISSN 0277-3791, https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2009.10.007.
  13. ^ Sjunneskog, С. Ф. Тейлор 2002. Послеледниковая морских диатомей запись Палмер Deep, Антарктический полуостров (ODP Leg 178, Site 1098) 1. Общее диатомовые изобилие. ВЛ - 17. ДО - 10.1029 / 2000РА000563. Палеоокеанография
  14. ↑ Дешам, Шарль-Эдуард и Монтеро-Серрано, Жан и Сент-Онж, Гийом и Пуарье, Андре. (2019). Голоценовые изменения глубоководной циркуляции, полученные на основе аутигенных изотопов Nd и Hf в записях отложений на чукотско-аляскинских и канадских окраинах Бофорта. Ключевые моменты. Палеокеанография и палеоклиматология. 34. 10.1029 / 2018PA003485.
  15. ^ Bauch, Henning A .; Полякова, Елена Ивановна (июнь 2003 г.). «Диатомовые данные о засолении арктической окраины Сибири: последствия для режима речного стока в голоцене» (PDF) . Палеоокеанография . 18 (2): н / д. Bibcode : 2003PalOc..18.1027B . DOI : 10.1029 / 2002PA000847 .
  16. ^ Yu, L. Глобальная взаимосвязь между круговоротом воды в океане и приповерхностной соленостью. J. Geophys. Res. -Океаны 116 , C10025 (2011).
  17. ^ Виноградова, Н. & Понте, Р. В поисках отпечатков пальцев недавней интенсификации круговорота воды в океане. J. Clim. 30. С. 5513–5528 (2017).
  18. ^ Лю, К., Лян, X., Понте, Р.М. и др. Вертикальное перераспределение соли и слоистые изменения солености мирового океана. Нац Коммуна 10, 3445 (2019).
  19. ^ Goosse, Х. и Зунзы, В .: Декадных тенденции в Антарктике морского льдаконечном счетеконтролируемый обратной связью льда океана, криосферы, 8, 453-470, https://doi.org/10.5194/tc-8- 453-2014, 2014.
  20. ^ Lehman, Скотт Дж .; Кейгвин, Ллойд Д. (30 апреля 1992 г.). «Внезапные изменения в циркуляции Северной Атлантики во время последней дегляциации». Природа . 356 (6372): 757–762. Bibcode : 1992Natur.356..757L . DOI : 10.1038 / 356757a0 . S2CID 4351664 . 
  21. ^ Оппо, DW; Lehman, SJ (19 февраля 1993 г.). «Средняя глубина циркуляции приполярной Северной Атлантики во время последнего ледникового максимума». Наука . 259 (5098): 1148–1152. Bibcode : 1993Sci ... 259.1148O . DOI : 10.1126 / science.259.5098.1148 . PMID 17794395 . S2CID 23996710 .  
  22. ^ а б в Макманус, Дж. Ф.; Francois, R .; Gherardi, J.-M .; Кейгвин, LD; Браун-Леже, С. (22 апреля 2004 г.). «Коллапс и быстрое возобновление атлантической меридиональной циркуляции, связанные с ледниковыми изменениями климата». Природа . 428 (6985): 834–837. Bibcode : 2004Natur.428..834M . DOI : 10,1038 / природа02494 . PMID 15103371 . S2CID 205210064 .  
  23. ^ Pelejero, C. (30 сентября 2005). «От доиндустриальной до современной междекадной изменчивости pH коралловых рифов». Наука . 309 (5744): 2204–2207. Bibcode : 2005Sci ... 309.2204P . DOI : 10.1126 / science.1113692 . PMID 16195458 . S2CID 129883047 .  
  24. ^ Пирсон, Пол Н .; Палмер, Мартин Р. (17 августа 2000 г.). «Концентрации углекислого газа в атмосфере за последние 60 миллионов лет». Природа . 406 (6797): 695–699. Bibcode : 2000Natur.406..695P . DOI : 10.1038 / 35021000 . PMID 10963587 . S2CID 205008176 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с палеокеанографией, на Викискладе?