Jaka była najgorętsza Ziemia?
Ten artykuł został opublikowany po raz pierwszy w sierpniu 2014 roku i został zaktualizowany o nowe badania opublikowane od tego czasu. Ten artykuł jest jedną z dwuczęściowych serii o minionych temperaturach, w tym o tym, jak ciepło było na Ziemi „ostatnio.”
nasza 4,54-miliardowa planeta prawdopodobnie doświadczyła najgorętszych temperatur w swoich najwcześniejszych dniach, kiedy wciąż zderzała się z innymi skalistymi szczątkami (planetezymalami) krążącymi wokół układu słonecznego. Ciepło tych zderzeń utrzymywałoby stopioną ziemię, a temperatura w górnej części atmosfery wzrosła do 3600 ° Fahrenheita.
nawet po tych pierwszych upalnych tysiącach lat, planeta często była znacznie cieplejsza niż obecnie. Jednym z najcieplejszych okresów był okres geologiczny znany jako Neoproterozoik, pomiędzy 600 a 800 milionami lat temu. Warunki były również często upalne między 500 milionów i 250 milionów lat temu. W ciągu ostatnich 100 milionów lat wystąpiły dwa duże skoki temperatury: Gorąca szklarnia kredowa (około 92 mln lat temu) i Paleoceńsko-Eoceńska (około 56 mln lat temu).
Climate.gov.
Historia gorących
rekordów temperatury z termometrów i stacji pogodowych istnieje tylko dla niewielkiej części życia naszej planety 4,54 miliarda lat. Badając pośrednie wskazówki-chemiczne i strukturalne sygnatury skał, skamieniałości i kryształów, osadów oceanicznych, skamieniałych RAF, pierścieni drzew i rdzeni lodowych—naukowcy mogą jednak wnioskować o przeszłych temperaturach.
żadna z tych technik nie pomaga na bardzo wczesnej Ziemi. W czasie znanym jako Hades (tak, ponieważ był jak Hades), zderzenia Ziemi z innymi dużymi planetezymalami w naszym młodym Układzie Słonecznym—w tym wielkości Marsa, którego uderzenie w ziemię prawdopodobnie stworzyło Księżyc-stopiłyby i wyparowały większość skał na powierzchni. Ponieważ żadne skały na ziemi nie przetrwały tak dawno temu, naukowcy oszacowali wczesne warunki ziemskie na podstawie obserwacji księżyca i modeli astronomicznych. Po kolizji, która spowodowała powstanie księżyca, planeta została oszacowana na około 2300 kelwinów (3680°f).
jak mogło wyglądać zderzenie Księżyca Ziemi. Kolizje między ziemią i skalistymi odłamkami we wczesnym Układzie Słonecznym utrzymywałyby stopioną powierzchnię i temperaturę powierzchni pęcherzy. Zdjęcie dzięki uprzejmości NASA.
nawet po ustaniu kolizji, a planeta miała dziesiątki milionów lat do ochłodzenia, temperatura powierzchni prawdopodobnie przekraczała 400° Fahrenheita. Kryształy cyrkonu z Australii, zaledwie o 150 milionów lat młodsze od samej ziemi, wskazują, że nasza planeta mogła ochłodzić się szybciej niż wcześniej sądzono naukowcom. Mimo to, w powijakach, Ziemia doświadczyłaby temperatury znacznie wyższej niż my, ludzie, moglibyśmy przetrwać.
ale załóżmy, że wykluczymy gwałtowne i upalne lata, kiedy ziemia po raz pierwszy się uformowała. Kiedy jeszcze powierzchnia Ziemi spuchła?
rozmrażanie zamrażarki
między 600 a 800 milionami lat temu—okres, który geolodzy nazywają Neoproterozoikiem—dowody sugerują, że Ziemia przeszła epokę lodowcową tak zimną, że pokrywy lodowe nie tylko ograniczały szerokość geograficzną, ale mogły rozciągać się aż do poziomu morza w pobliżu równika. Odbijając coraz więcej światła słonecznego z powrotem w Przestrzeń Kosmiczną, gdy się rozszerzały, pokrywy lodowe ochłodziły klimat i wzmocniły własny wzrost. Oczywiście, Ziemia nie utknęła w zamrażarce, więc jak planeta się rozmroziła?
historia geologiczna Ziemi od jej powstania 4,6 miliarda lat temu, podzielona przez eon i okres, przedstawiająca skamieniałości typowe dla danego okresu. Skamieniałości ujawniają nie tylko starożytne Rośliny i zwierzęta, ale także starożytne klimaty. Grafika © Ray Troll, 2010. Użyte za pozwoleniem.
nawet gdy pokrywy lodowe pokrywały coraz więcej powierzchni Ziemi, płyty tektoniczne nadal dryfowały i zderzały się, więc aktywność wulkaniczna również trwała. Wulkany emitują dwutlenek węgla gazów cieplarnianych. W naszym obecnym, w większości wolnym od lodu świecie, naturalne wietrzenie skał krzemianowych przez opady deszczu zużywa dwutlenek węgla w geologicznych skalach czasowych. Podczas chłodnych warunków Neoproterozoiku opady deszczu stały się rzadkością. Ponieważ wulkany wytwarzają dwutlenek węgla i niewielkie lub żadne opady deszczu, aby przetrwać skały i pochłonąć gaz cieplarniany, temperatury wzrosły.
Jakie dowody mają naukowcy, że to wszystko wydarzyło się około 700 milionów lat temu? Jednym z najlepszych dowodów są „węglany czapowe” leżące bezpośrednio nad osadami glacjalnymi z epoki Neoproterozoicznej. Węglany Cap-warstwy skał bogatych w wapień, takie jak wapień—powstają tylko w ciepłej wodzie.
formacja skalna w Namibii, która pokazuje rodzaj skały, która tworzy się tylko w ciepłej wodzie (Cap dolostone) leżącej bezpośrednio nad rodzajem zmieszanej skały osadowej, datowanej na 635 milionów lat temu, powszechnie występującej na skraju lodowców (dimiktyt). Obraz ze slajdów dydaktycznych dostępnych na SnowballEarth.org.
fakt, że te grube, bogate w wapń warstwy skalne usadowiły się bezpośrednio na osadach skalnych pozostawionych przez cofające się lodowce, wskazuje, że temperatury znacznie wzrosły pod koniec Neoproterozoiku, być może osiągając średnią globalną wyższą niż 90° Fahrenheita. (Dzisiejsza średnia globalna jest niższa niż 60 ° F.)
Arktyka tropikalna
projekt Smithsonian Institution próbował zrekonstruować temperatury dla eonu Phanerozoic, czyli mniej więcej ostatniego pół miliarda lat. Wstępne wyniki opublikowane w 2019 r.wykazały, że przez większość tego czasu dominowały ciepłe temperatury, a globalne temperatury wielokrotnie wzrastały powyżej 80°F, a nawet 90°F—o wiele za ciepłe dla pokrywy lodowej lub wieloletniego lodu morskiego. Około 250 milionów lat temu, wokół równika superkontynentu Pangea, było nawet zbyt gorąco na bagna torfowe!
wstępne wyniki projektu prowadzonego przez Smithsonian Institution Scott Wing i Brian Huber, pokazując średnią temperaturę powierzchni ziemi w ciągu ostatnich 500 milionów lat. Przez większość czasu globalne temperatury wydają się być zbyt ciepłe (czerwone części linii) dla utrzymujących się polarnych czap lodowych. Ostatnie 50 milionów lat to wyjątek. Obraz zaadaptowany z Smithsonian National Museum of Natural History.
geolodzy i paleontolodzy odkryli, że w ciągu ostatnich 100 milionów lat globalne temperatury osiągnęły najwyższy poziom dwukrotnie. Jeden kolec był gorącą szklarnią kredową około 92 milionów lat temu, około 25 milionów lat przed wymarciem ostatnich ziemskich dinozaurów. Rozległa aktywność wulkaniczna mogła spowodować wzrost poziomu dwutlenku węgla w atmosferze. Temperatury były tak wysokie, że champsozaury (Gady podobne do krokodyli) żyły tak daleko na północ, jak Arktyka Kanadyjska, a lasy o ciepłej temperaturze kwitły w pobliżu bieguna południowego.
kolejnym okresem gorejącym był paleocen-Eoceński maksimum termiczne (PETM) około 55-56 milionów lat temu. Choć nie tak gorący jak kredowa cieplarnia, PETM przyniósł gwałtownie rosnące temperatury. Przez większą część paleocenu i wczesnego eocenu bieguny były wolne od czap lodowych, a palmy i krokodyle żyły nad kołem podbiegunowym.
w okresie paleocenu-eocenu większość kontynentalnych Stanów Zjednoczonych miała subtropikalne środowisko. Ta kopalna Palma pochodzi z Fossil Butte National Monument w Wyoming. Zdjęcie dzięki uprzejmości U. S. National Park Service.
podczas PETM średnia globalna temperatura wydaje się wzrosnąć nawet o 5-8°C (9-14°F) do średniej temperatury tak wysokiej jak 73°F. (ponownie, dzisiejsza średnia globalna jest nieśmiała 60°F.) W mniej więcej tym samym czasie dane paleoklimatyczne, takie jak skamieniały fitoplankton i osady oceaniczne, rejestrują masowe uwalnianie dwutlenku węgla do atmosfery, co najmniej dwukrotnie lub nawet czterokrotnie zwiększając stężenia tła.
Głębokie temperatury Oceanu były na ogół wysokie w paleocenie i eocenie, ze szczególnie ciepłym skokiem na granicy między dwoma epokami geologicznymi około 56 milionów lat temu. Temperatury w odległej przeszłości są wnioskowane z proxies (stosunek izotopów tlenu z Fossil foraminifera). Obliczenie temperatur sprzed 35 milionów lat temu (czerwony) zakłada, że ocean jest wolny od lodu i nie dotyczy nowszych warunków (szary). „Q” stoi kwartalne. Wykres Huntera Allena i Michona Scotta, wykorzystując dane z Narodowego Centrum Danych klimatycznych NOAA, dzięki uprzejmości Carrie Morrill.
nadal nie wiadomo, skąd wziął się cały dwutlenek węgla i jaka była dokładna kolejność zdarzeń. Naukowcy rozważali wysychanie dużych mórz śródlądowych, aktywność wulkaniczną, rozmrażanie wiecznej zmarzliny, uwalnianie metanu z ocieplonych osadów oceanicznych, ogromne pożary, a nawet—krótko—kometę.
Jak nic, co kiedykolwiek widzieliśmy
najgorętsze okresy na Ziemi—Hadejski, późny Neoproterozoik, Gorąca szklarnia w Kredzie, PETM—miały miejsce przed istnieniem ludzi. Te starożytne klimaty byłyby niczym, czego nasz gatunek nigdy nie widział.
współczesna cywilizacja ludzka, ze swoim stałym rolnictwem i osadnictwem, rozwinęła się w ciągu ostatnich 10 000 lat. Okres ten na ogół charakteryzował się niskimi temperaturami i względną globalną (jeśli nie regionalną) stabilnością klimatu. W porównaniu do większości historii Ziemi, dzisiaj jest niezwykle zimno; żyjemy teraz w tym, co geolodzy nazywają interglacjałem-okresie między zlodowaceniami epoki lodowcowej. Ale jak emisji gazów cieplarnianych ciepły klimat Ziemi, jest możliwe, że nasza planeta widział swoje ostatnie zlodowacenie przez długi czas.
British Geological Survey. Greenhouse Earth-Historia starożytnych zmian klimatu. [Dostęp 13 Czerwca 2020]
Engber, D. (2012, lipiec 5). Jaka jest najgorętsza na Ziemi?
Hearling, T. W., Harvey, T. H. P., Williams, M., Leng, M. J., Lamb, A. L., Wilby, P. R, Gabbott, S. E., Pohl, A., Donnadieu, Y. (2018). Klimat wczesnego kambru. Science Advances, 4 (5), easar5690.
Śnieżna Ziemia. 04.02.10,00: 00
Hipoteza kuli śnieżnej Ziemi: testowanie granic globalnych zmian. Terra Nova. 14(3), 129-155.
Huber, B. T., MacLeod, K. G., Watkins, D. K., Coffin, M. F. (2018). Wzrost i spadek kredowego gorącego klimatu szklarniowego. Global and Planetary Change, 167, 1-23.
Międzyrządowy Zespół ds. zmian klimatu (IPCC). (2013). IPCC Fifth Assessment Report-Climate Change 2013: the Physical Science Basis. Podsumowanie dla decydentów.
Klages, J. P., Salzmann, U., Bickert, T., Hillenbrand, C.-D., Gohl, K., Kuhn, G., Bohaty, S. M., Titschack, J., Müller, J., Frederichs, T., Bauersachs, T., Ehrmann, W., van de Flierdt, T., Pereira, P. S., Larter, R. D., Lohmann, G., niezgodzki, I., Uenzelmann-neben, G., … Dziadek, R. (2020). Umiarkowane lasy deszczowe w pobliżu bieguna południowego podczas szczytowego ciepła kredowego. Przyroda, 580 (7801)
(2006, 1 marca). Starożytne kryształy sugerują wcześniejszy ocean. NASA Earth Observatory. 04.02.10,00: 00
McInerney, F. A., & Wing, S. L. (2011). Maksimum termiczne paleocenu-eocenu: Perturbacja cyklu Węglowego, klimatu i biosfery z implikacjami na przyszłość. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 39 (1), 489-516.
Paleoklimatologia: jak wnioskować o przeszłych klimatach? Microbial Life Educational Resources, Montana State University. [Dostęp 9 Czerwca 2020]
Retallack, G. J. (2013). Permskie i triasowe kryzysy szklarniowe. Gondwana 24 Lok. 1, 90-103
Royer, D. L., Berner, R. A., Montañez, I. P., Tabor, N. J., Beerling, D. L. (2004). CO2 jako główny czynnik napędzający klimat Fanerozoiczny. GSA dzisiaj, 14( 3), 4-10.
Scientific American Frontiers. (2000, 19 grudnia). Zamrozić. 04.02.10,00: 00
Sen, N. H. (2010). Środowisko Hadejsko-Archajskie. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2(6). doi: 10.1101 / cshperspect.A002527
Sun, Y., Joachimski, M. M., Wignall, P. B., Yan, C., Chen, Y., Jiang, H., Wang, L., Lai, X. (2012). Śmiertelnie wysokie temperatury w szklarni wczesnego triasu. Nauka, 338(6105)
ziemski Paleoklimat. Gradienty równoleżnikowe eocenu. Stanford University School of Earth Sciences. 04.02.10,00: 00
Archean Eon i Hadean i eocenu Epoka. 04.02.10,00: 00
Voosen, P. (2019). Projekt śledzi 500 milionów lat klimatu roller-coaster. Nauka, 364(6442)
Leave a Reply