Temperatura máxima del Paleoceno / Eoceno

El Paleoceno / Eoceno - Máximo Térmico (PETM) hace aproximadamente 55,8 millones de años fue una fase de calentamiento geológicamente hablando muy corta pero extrema, la duración se estima dependiendo del análisis científico de 170.000 a 200.000 años. El aumento de la temperatura global en ese momento se produjo sobre la base de un clima cálido ya existente y se asoció con una entrada mucho mayor de gases de efecto invernadero en la atmósfera terrestre y los océanos del mundo . Durante el PETM, la temperatura global aumentó en un promedio de 6 ° C (según otros estudios, brevemente hasta 8 ° C) durante un período probable de 4.000 años, de aproximadamente 18 ° C en el Paleoceno tardío a al menos 24 ° C. a principios del Eoceno , con un análisis más reciente estimó valores significativamente más altos.

La anomalía térmica en el límite Paleoceno-Eoceno se asoció con una disminución pronunciada en la concentración del isótopo de carbono estable 13 C. Esto indica que al comienzo del PETM se distribuyó una gran cantidad de carbono empobrecido en 13 C en la atmósfera y la hidrosfera . Mientras tanto, varias muestras de sedimentos y estudios de isótopos proporcionan información significativa sobre las condiciones ambientales cambiantes tanto en las latitudes tropicales como en las altas de los hemisferios norte y sur . De esta manera, por ejemplo, a través de la relación de los isótopos de carbono 13 C y 12 C, se pudo demostrar una clara disminución de la vegetación en relación con períodos pronunciados de sequía durante la anomalía térmica.

En las geociencias y especialmente en la paleoclimatología , el PETM a menudo se analiza bajo el aspecto de qué efectos tiene una entrada masiva de carbono , limitada a unos pocos milenios, en el sistema climático . Aquí a menudo la comparación con el dióxido de carbono antropogénico actual - las emisiones y el aumento de su concentración en la atmósfera (ver: Dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra ) tirado.

Duración de la fase de calentamiento

Hay una serie de afirmaciones científicas diferentes y, a veces, contradictorias sobre el tiempo necesario desde el comienzo del calentamiento hasta que se alcanza la temperatura máxima. Mientras que hasta hace poco un "tiempo de espera" de alrededor de 18.000 años se consideraba un valor realista, una publicación publicada en 2013 se refiere a una secuencia de sedimentos en la arcilla Marlboro de Salisbury Embayment , que, según las mediciones de isótopos, liberó 3.000 gigatoneladas de carbono en sugiere sólo 13 años. Sin embargo, esta tesis encontró poco apoyo en la literatura científica y dio lugar a varias declaraciones críticas. Los autores de un estudio publicado en marzo de 2016 estimaron que la duración de la fase de calentamiento basándose en una comparación entre la firma de carbono δ 13 C y la firma de oxígeno δ 18 O era de aproximadamente 4.000 años. Según esto, el aporte anual de carbono del orden de magnitud de 0,6 a 1,1 petagramos fue paralelo al calentamiento asociado. Dado que el sistema climático relativamente lento desde el punto de vista térmico, incluidos los océanos, reaccionó al aumento de la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera sin un retraso significativo, se excluye la inyección de carbono que tuvo lugar en unos pocos años.

Estudios recientes parecen confirmar la suposición de que durante un clima cálido global , la sensibilidad climática aumentó en consecuencia. Para el PETM, teniendo en cuenta todos los factores de retroalimentación a corto y largo plazo, se postula una sensibilidad climática en el rango de 3,7 a 6,5 ​​° C.

Después de que el PETM disminuyó y una " fase de recuperación " más larga , 2 millones de años después, el Máximo Térmico Eoceno 2 (ETM-2, 53,6 millones de años) provocó otro fuerte calentamiento global con una duración de también un máximo de 200.000 años. A esto le siguieron tres anomalías de calor más cortas y menos pronunciadas en el período entre 53,3 y 52,8 millones de años.

Consecuencias climáticas y biológicas del PETM

Conchas de foraminíferos bentónicos (que viven en el lecho marino) de América del Norte

Varios estudios muestran que los océanos almacenaron cantidades considerables de calor durante el PETM. Para las aguas subpolares (Mar de Siberia occidental) se determinaron 27 ° C, y los núcleos de sedimentos de la región costera frente a Tanzania muestran temperaturas de hasta un máximo de 40 ° C. En relación con una entrada considerable de dióxido de carbono, esto provocó una acidificación de los océanos hasta las capas más profundas y la creación de ambientes anóxicos . En general, en el curso del PETM, ocurrió un desarrollo en los océanos que, al menos en su enfoque, fue muy similar a un evento anóxico oceánico . Este proceso se vio favorecido por un debilitamiento o desplazamiento significativo de las corrientes de aguas profundas, así como por el aumento de las inundaciones de productos meteorológicos continentales en los océanos debido a los rápidos procesos de erosión. Además, en el transcurso de la temperatura máxima, el nivel del mar subió de 3 a 5 metros debido a la expansión térmica (expansión térmica) del agua del océano. No había capas de hielo que pudieran haberse derretido.

Incluso si la emergencia climática del PETM fue de corta duración según los estándares geológicos, tuvo un impacto duradero en la biodiversidad y paleoecología de todo el planeta. La expansión de la zona climática tropical a latitudes más altas provocó una migración a gran escala de flora y fauna . Aunque el contenido de vapor de agua del aire y, por lo tanto, la tendencia a la precipitación aumentan con el aumento de las temperaturas , aparentemente hubo un clima árido en muchas áreas durante el PETM , combinado con una disminución en la diversidad de plantas, incluido el desarrollo de síntomas de estrés por sequía . Se asume que las regiones cercanas a la polar registraron una mayor intensidad de precipitación, en contraste con esto, los períodos de sequía ocurrieron principalmente en los subtrópicos.

Se produjeron rápidos cambios morfológicos y adaptaciones evolutivas no solo en los hábitats terrestres , sino también en muchos casos en el océano. Aquí hubo una extinción masiva de los foraminíferos bentónicos con una pérdida de especies de entre el 30 y el 50 por ciento, con una alta probabilidad debido al calentamiento de las capas oceánicas más profundas en alrededor de 4 a 5 ° C y un déficit de oxígeno asociado. La acidificación del agua de mar con una disminución relativamente fuerte del valor del pH también jugó un papel decisivo en la desestabilización de los biotopos marinos . Afectados por esto, pero solo parcialmente amenazados de extinción, fueron los organismos asentados en las profundidades marinas (erizos de mar, mejillones, caracoles), así como casi todos los grupos de plancton .

El gradiente de temperatura meridional (el gradiente de temperatura desde el ecuador hasta las regiones polares) fue considerablemente más plano en el momento del PETM que en el resto del Cenozoico . Esto también se aplica a las regiones cercanas a la superficie de los océanos. La diferencia de temperatura de los océanos entre las regiones ecuatorial y polar fue de 17 ° C (actualmente: 22 ° C) en grandes partes del Paleoceno y disminuyó a 6 ° C durante el PETM. P. 436 Como resultado, prevaleció un clima cálido y templado en las regiones polares.

Algunas familias y géneros reaccionaron al rápido aumento del calentamiento de los mamíferos con una marcada tendencia a la baja estatura ( enanismo inglés ). Esto afectó tanto a las formas de vida depredadoras como la extinta Creodonta y Oxyaenidae , así como a los primeros representantes de los parientes equinos . Además, fue posible demostrar, sobre la base de Ichnofossils , que formas de vida más pequeñas (por ejemplo, insectos o gusanos de la clase Clitellata ) también se adaptaron a las condiciones ambientales cambiantes y perdieron hasta el 46 por ciento de su tamaño original. Las razones de la reducción del tamaño corporal son los períodos de sequía asociados con el clima extremadamente cálido y la consiguiente falta de alimentos suficientes con el efecto correspondiente en los herbívoros e, indirectamente, en los carnívoros . Además, la influencia directa del clima tropical y las tasas de precipitación fuertemente fluctuantes , según varios estudios, favorecieron reacciones fenotípicas y cambios microevolutivos con respecto al crecimiento en tamaño.

Una tendencia a "enano" también capturó muchas especies marinas, incluidos los ostrácodos (mariscos). Es muy probable que este desarrollo en particular sea el resultado del calentamiento y la acidificación de las regiones de aguas profundas y una interrupción relacionada de los procesos de remineralización del carbono orgánico. También se encontraron desarrollos biológicos comparables pero algo menos pronunciados durante la duración del Máximo Térmico 2 del Eoceno posterior .

Posibles causas y mecanismos relacionados

sistema serie paso ≈ edad ( mya )
más alto más alto más alto más joven
Paleógeno Oligoceno Chattium 23,03
⬍
28,1
Rupelium 28,1
⬍
33,9
Eoceno Priobonio 33,9
⬍
38
Bartonio 38
⬍
41,3
lutecio 41,3
⬍
47,8
Ypresium 47,8
⬍
56
Paleoceno Tanecio 56
⬍
59,2
Selandio 59,2
⬍
61,6
Danio 61,6
⬍
66
Más adentro Más adentro Más adentro mayor

El descubrimiento de la anomalía térmica PETM es relativamente reciente y ocurrió más bien por accidente a fines de la década de 1980. El objetivo original de los investigadores involucrados era recopilar datos más precisos sobre las extinciones masivas en la frontera Cretácico-Paleógeno utilizando muestras de sedimentos como parte del Programa de Perforación Oceánica . P. 435 Al analizar los núcleos de perforación, que también incluyeron el momento de la transición Paleoceno-Eoceno, se encontraron indicios de un calentamiento abrupto de las profundidades marinas en ese momento hace unos 56 millones de años. Los nuevos hallazgos se publicaron por primera vez en forma científica en 1991 en la revista Nature .

En las décadas siguientes, la temperatura máxima del Paleoceno / Eoceno se convirtió en uno de los puntos focales de la investigación paleoclimatológica, principalmente sobre una base interdisciplinaria y documentada en varios miles de estudios. Muchos detalles sobre el complejo de preguntas del PETM ahora podrían aclararse de manera relativamente completa con la ayuda de análisis de isótopos y la evaluación de una amplia gama de datos indirectos . La respuesta a la pregunta clave sobre la causa exacta del PETM aún está pendiente. Las siguientes secciones describen las hipótesis que actualmente son el foco de discusión científica.

Tectónica de placas y vulcanismo

Como causa principal del calentamiento abrupto al inicio del PETM, varios estudios favorecen a la Provincia Magmática del Atlántico Norte Unido ( Provincia Ígnea del Atlántico Norte inglesa , también Meseta Thulean ), que se creó durante la formación y expansión del Atlántico Norte. Los procesos ígneos o volcánicos comenzaron ya en el Paleoceno inferior (alrededor de 64 a 63 mya), se extendieron en una forma mucho más débil hasta el Mioceno temprano y registraron varios ciclos de actividad aumentada, incluso hace 57 a 53 millones de años, con alternancia de intrusivos y efusivos. las fases ocurrieron a lo largo de los bordes divergentes de la placa. Los basaltos de inundación que se elevaban desde el manto terrestre tenían un área de aproximadamente 1,3 a 1,5 millones de km² y cubrían partes de Groenlandia, Islandia, Noruega, Irlanda y Escocia. Sin embargo, el alcance y el momento exacto de las emisiones volcánicas y sus efectos en el sistema climático de la Tierra en ese momento siguen siendo controvertidos y objeto de controversia científica. Si bien algunos estudios postulan una liberación de CO 2 de varios miles de gigatoneladas de fuentes volcánicas dentro de una ventana de tiempo estrecha, otros estudios contradicen este punto de vista al enfatizar que el PETM está relacionado principalmente con la liberación de metano.

Según esta hipótesis, extensos depósitos de hidrato de metano fueron desestabilizados por la expansión del Atlántico Norte, posiblemente en conexión con terremotos y deslizamientos de tierra submarinos , con lo cual grandes cantidades del gas liberado se distribuyeron en la atmósfera.

Hipótesis del metano

En la literatura especializada de las últimas décadas ha habido datos muy diferentes de 300 a más de 2000 ppm para la concentración de CO 2 atmosférico inmediatamente antes del inicio del PETM. Estudios más recientes calcularon un corredor entre 840 y un máximo de 1,680 ppm como la variable más probable, por lo que se postuló un aumento de CO 2 de solo unos pocos cientos de ppm para el tiempo del máximo de temperatura . Por otro lado, también se sostiene la opinión de un aumento de dióxido de carbono de alrededor del 70 por ciento en comparación con el período anterior al PETM. Pero incluso este aumento significativo solo puede explicar parcialmente el aumento de la temperatura global de 6 a 8 ° C. En general, la ciencia asume un factor climático adicional en forma de liberación de metano de depósitos de hidrato de metano submarino.

El metano se produce en el océano mediante el proceso bioquímico de metanogénesis . Si el agua está sobresaturada con metano y se encuentra a alta presión y a bajas temperaturas, el gas puede cristalizar en hidrato de metano estable, principalmente en la plataforma continental desde una profundidad mínima de unos 300 metros. Las propiedades específicas y los extensos depósitos de hidrato de metano llevaron a la ciencia a la suposición generalizada de que los depósitos de hidrato de metano que se habían vuelto inestables durante el PETM liberaban grandes cantidades de gases de efecto invernadero a la atmósfera y, por lo tanto, contribuían significativamente al efecto de calentamiento (con metano en la atmósfera). solo uno tiene un tiempo de residencia corto o una vida media de 12 años y es oxidado por el oxígeno a dióxido de carbono y agua). Sin embargo, esta tesis relativamente simple no resistió un examen crítico en todos los puntos y se expandió a un modelo de pensamiento que incluía depósitos carbonosos alternativos y capas de sedimentos ("hipótesis del fondo marino"). Al hacerlo, hubo que tener en cuenta que la entrada de carbono se produjo menos en ráfagas cortas, pero aparentemente de forma relativamente continua durante milenios.

Hipótesis de impacto

Durante los 22 millones de años del Eoceno , se produjo un número superior a la media de impactos de asteroides o cometas en la Tierra, como los impactos de Montagnais o de la Bahía de Chesapeake . Sin embargo, esta acumulación no fue un evento periódico en el sentido de la hipótesis de la némesis , sino que ocurrió puramente por casualidad según un análisis estadístico publicado en 2017. Sin embargo, la posibilidad de que eventos de impacto importantes hayan tenido un impacto significativo en el PETM y las anomalías de calor subsiguientes es en gran medida inconsistente con los datos disponibles y se considera una tesis externa en la ciencia.

Posible influencia de los ciclos de Milanković

Diagrama a largo plazo (2 millones de años) para la excentricidad de la órbita terrestre

Un estudio publicado en 2012 se basa en los cambios cíclicos en los parámetros de la órbita de la Tierra como causa de los máximos de temperatura del Eoceno. La hipótesis se basa en el supuesto de que con una excentricidad pronunciada de la órbita terrestre y una inclinación máxima simultánea del eje terrestre, la tendencia de calentamiento asociada condujo a que enormes cantidades de gases de efecto invernadero procedentes del deshielo del permafrost llegaran a la atmósfera en poco tiempo, especialmente en la Antártida . Después de una fase de clima cálido intensivo, en la que gran parte del dióxido de carbono emitido se volvió a unir debido a los procesos de meteorización acelerados, la tierra se enfrió lentamente antes de que comenzara nuevamente el ciclo controlado por los parámetros orbitales.

Según el estado actual del conocimiento, parece cuestionable si en las condiciones climáticas cercanas al límite del Paleoceno-Eoceno (extensión de las zonas climáticas subtropicales hasta latitudes más altas, gradiente de temperatura plano y amplificación polar ) hubo una cantidad significativa de permafrost antártico. Lo mismo se aplica al continente polar cercano al norte. La evidencia de enfriamiento en la región del Polo Sur solo ocurrió en el período posterior a las anomalías de calor (52 ma) y cada vez más con las nevadas estacionales en el Eoceno medio (41 ma). Independientemente de esto, un papel posiblemente central de los ciclos de Milanković en los eventos de cambio climático y especialmente en el curso del ciclo del carbono se está convirtiendo cada vez más en el foco de investigación.

Posición especial del PETM

En la búsqueda de un modelo consistente del máximo de temperatura del Paleoceno / Eoceno , un enfoque de investigación puede ser que el PETM y el Máximo Térmico 2 del Eoceno fueron seguidos por tres anomalías térmicas más cortas y menos pronunciadas en un corto período de tiempo. Esto podría ser una indicación de una constelación geofísica que se repitió varias veces durante un período de poco menos de 3 millones de años. En la siguiente serie del Cenozoico hasta el presente geológico, ya no ocurrieron eventos comparables. Así, el Eoceno temprano es de particular importancia desde un punto de vista paleoclimatológico.

El Ypresium , la etapa cronoestratigráfica más baja del Eoceno, transcurre casi en paralelo al llamado óptimo climático del Eoceno , una época caracterizada por condiciones subtropicales a tropicales que terminó hace unos 49 a 48 millones de años sin que se produjera el clima extremo de las anomalías térmicas incrustadas. alcanzado de nuevo. Después de eso, comenzó una tendencia de enfriamiento lento y al principio casi progresivo (en parte debido al evento Azolla ), que se aceleró considerablemente en la transición Eoceno-Oligoceno (33,9 a 33,7 millones de años), así como una gran extinción de especies y un rápido declive. en la concentración atmosférica de CO 2 registrada y al mismo tiempo marcó el inicio de la Edad de Hielo Cenozoica con la formación de la Capa de Hielo Antártico .

KänozoikumKreide-Paläogen-GrenzeEocene Thermal Maximum 2Miozän#Klima, Ozeane und VegetationEem-WarmzeitLetzteiszeitliches MaximumAtlantikumJüngere DryaszeitGlobale ErwärmungPaläogenNeogenQuartär (Geologie)PaläozänEozänOligozänMiozänPliozänPleistozänHolozänChristopher ScoteseJames E. HansenJames E. HansenJames E. HansenEPICAEPICAGreenland Ice Core ProjectDelta-O-18Repräsentativer Konzentrationspfad
Diagrama en el que se puede hacer clic del desarrollo de la temperatura en el Cenozoico que incluye un escenario de calentamiento sobre la base de la trayectoria de concentración representativa extendida ECP 6.0 hasta el año 2300. La anomalía climática del PETM se muestra en la parte superior izquierda.

Relevancia hoy

Según el juicio científico unánime, la temperatura máxima del Paleoceno / Eoceno fue la fase de calentamiento natural más concisa y más rápida de todo el Cenozoico, es decir, los últimos 66 millones de años. En contraste con anomalías de temperatura geológica comparables, como la del límite Pérmico-Triásico , la concentración de gases de efecto invernadero aumentó masivamente durante el PETM sin una liberación adecuada de óxidos de nitrógeno , dióxido de azufre y sulfuro de hidrógeno . Como resultado, los paralelismos con el calentamiento global actual se están dibujando cada vez más en la literatura especializada , combinados con la pregunta de si el PETM representa un "plan" para los desarrollos climáticos futuros. En este contexto, sin embargo, algunos autores sugieren que los rápidos cambios ambientales actuales, incluida una posible desestabilización de la biosfera , podrían conducir a una condición climática específica para la que no existe equivalente en la historia conocida de la tierra.

La cantidad de carbono liberado en el límite del Paleoceno-Eoceno se estima en la literatura especializada más reciente en 3,000 a casi 7,000 gigatoneladas, con estudios individuales que incluso estiman un volumen en la región de 10,000 gigatoneladas. En contraste, las emisiones antropogénicas de carbono hasta la fecha ascienden a alrededor de 645 gigatoneladas (eso es más de 2,300 gigatoneladas de CO 2 ). Existe un amplio consenso en la investigación de que el promedio anual de emisiones de gases de efecto invernadero durante el siglo XXI hasta la fecha ha superado las del PETM en unas diez veces. El cambio climático asociado se intensificará con la misma rapidez si la liberación de dióxido de carbono o metano no se reduce drásticamente en las próximas décadas. Si esto no tiene éxito, existe una alta probabilidad de que el desarrollo siga un curso similar al de hace 55,8 millones de años. Hay indicios de que en ese momento la mayoría de los gases de efecto invernadero se liberaron en una etapa relativamente temprana del máximo de temperatura del Paleoceno / Eoceno, permanecieron en la atmósfera durante milenios sin una disminución significativa en la concentración y luego solo se descompusieron muy lentamente. Esta observación corresponde en gran medida al conocimiento sobre el desarrollo climático actual. Con una concentración de CO 2 de 500 ppm y superior, se espera un efecto autorreforzante del aumento de temperatura en el contexto de un período cálido más largo, que entre otras cosas conduciría al fracaso de un ciclo completo de la Edad de Hielo en alrededor de 30.000 a 50.000 años.

Aparte de los ecosistemas difícilmente comparables de las dos épocas, una diferencia esencial entre el inicio del PETM y el presente es que las temperaturas base en las que se basó el calentamiento posterior difieren relativamente fuertemente. La temperatura promedio para el mundo sin hielo del Paleoceno tardío fue de 18 ° C, mientras que la temperatura global para el siglo XX fue de 14-15 ° C. Esto permite concluir que el cambio climático antropogénico no alcanzará el clima extremo del PETM en un futuro previsible o con un uso moderado de los recursos. Sin embargo, es probable que la ocurrencia de un posible "escenario del peor de los casos" sea grave, especialmente debido a la influencia a veces incalculable de los elementos de inflexión en el sistema terrestre en relación con el cambio en las zonas climáticas y de vegetación, así como la extensa el derretimiento de las capas de hielo de la Antártida Occidental y Groenlandia y el correspondiente aumento del nivel del mar en varias decenas de metros. Las “existencias” de hidrato de metano en el lecho marino de más de 10 billones de toneladas (10,000 gigatoneladas), que podrían desestabilizarse cada vez más si se mantiene la tendencia actual al calentamiento, representan un riesgo potencial adicional .

Ver también

literatura

enlaces web

Evidencia individual

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