schimbările

  • obiecte
  • abstract
  • introducere
  • Rezultatul
  • Record de pământ
  • Înainte și după EOT: comparația distribuției biomilor priabonieni și rupelieni
  • Modificări ale grupurilor de polen din EOT
  • Estimări cantitative ale schimbărilor climatice în EOT
  • discuţie
  • metode
  • Reconstrucția paleo-biomului
  • Polenul este colectat prin EOT
  • Climatologia solului
  • Mai multe detalii
  • Informatii suplimentare
  • Documente Word
  • Informatii suplimentare
  • Fișiere Excel
  • Set de date suplimentare 2-4
  • Comentarii

obiecte

abstract

Răcire globală rapidă în tranziția Eocen - Oligocen (EOT),

33, 9 - 33, 5 Ma, este în general considerat a fi începutul lumii moderne a ghețarilor. O scădere rapidă și rapidă a pCO 2 atmosferic a fost propusă ca forță motrice în spatele dispariției imperiului mării și a înghețării din Antarctica. Cu toate acestea, răspunsul global terestru la această răcire este incert. Aici vă prezentăm primele reconstrucții ale vegetației globale și ale temperaturii terestre pentru EOT. Folosind un set de date palinologice extinse care a fost grupat statistic în paleo-bioeme, arătăm natura mai tranzitorie a schimbărilor climatice terestre sugerând heterogenitatea spațială și temporală a modificării vegetației în EOT în ambele emisfere. Temperaturile pământului reconstituite arată răcirea pentru multe regiuni, care au început cu mult înainte de EOT și au continuat până la începutul Oligocenului. Concluzionăm că modelul eterogen al schimbării vegetației globale a fost reglementat de o combinație de mai multe forțe, cum ar fi tectonica, scăderea nivelului mării și scăderea pe termen lung a concentrațiilor de gaze cu efect de seră în timpul etanolului târziu până la oligocenul timpuriu și nu este singurul răspuns la o scăderea rapidă a pCO 2 atmosferic în EOT.

Simbolurile indică diferite servere proxy: cercuri = izotopi de bor (roșu 4), diamante = indexuri cupolă (galben 99; verde închis 100, 101; roz 12), pătrate = alchenone (albastru 5; portocaliu 102) și triunghiuri = izotopi diatomei (verde ). Pomparea cu CO 2 și valorile minime asociate cu EOT se găsesc în Pearson și colab., 33, 7-33, 5 Ma. 4, Zhang și colab. 102 și Heureux și Rickaby 103 înregistrări.

Imagine la dimensiune completă

În tărâmul marin, EOT este reprezentat de o schimbare în două etape a izotopilor de oxigen din apele subterane, care este legată de progresul glaciar din Antarctica 2, 13, extincțiile din tărâmul marin 1, adâncirea adâncimii de calciu 14 și răcirea climatică globală. 2, 6. Persistența acestei răciri globale este incertă. Unele înregistrări sugerează o revenire la un climat aproape eocen la scurt timp după EOT 3, 15, 16, în timp ce altele indică faptul că EOT a fost un pas de răcire continuă 2, 6. Argumentul reflecției climatice față de pasul climatic este înmulțit în continuare cu un corp în creștere de lucrări recente care sugerează că semnalul izotopului bentonic al oxigenului poate fi afectat de modificările circulației oceanului fără răcirea atmosferică 7 și că paleotopografia antarctică poate conține mai mult acoperire de gheață mai puține semnale de oxigen izotop de la temperatura 17 .

Cercurile albastre arată locurile în care interpretarea originală a interpretat starea florei sau schimbările climatice care au avut loc în EOT (N = 14). Cercurile verzi indică situri palinologice în care nu a existat nicio modificare a florei și/sau a climatului la EOT (N = 27). Cercurile roșii arată plasarea paginilor cu o schimbare treptată (N = 29). Cercurile galbene reprezintă site-uri cu date incerte sau studii care nu se referă la EOT în niciun fel (N = 24). Siturile palinologice care au date numai pentru priabonian sau rupelian sunt marcate separat (N = 122). Harta generată în ArcMap 10.4.1.

Imagine la dimensiune completă

Rezultatul

Record de pământ

În ceea ce privește zona terestră, lipsa unor înregistrări sedimentare lungi și bine datate determină limitări semnificative la reconstrucția detaliată spațială și temporală a modificărilor de mediu din EOT. Setul de date proxy terestru care trece prin EOT este foarte rar și dovezile par a fi mai puțin clare decât în ​​înregistrările maritime fără un model consistent de schimbare 1. Dovezile paleoecologice pot fi împărțite în trei grupe principale (Fig. 2), care arată fie (A) nicio modificare în EOT 22, 23, ( b) răcire semnificativă în EOT 17, 24, 25, 26, adesea asociată cu o sezonalitate crescută și temperaturi mai scăzute de iarnă de 27, 28 sau c) o schimbare treptată care a început înainte de EOT în timpul etanolului mediu spre târziu și a continuat până la oligocenul 12, 23, 29, 30. Izotopii de oxigen terestru nu au prezentat modificări în America de Sud 31, ci o răcire puternică în America de Nord și Europa de Nord-Vest 18, 19. Cifra de afaceri a mamiferelor faunistice în EOT este bine documentată în cazul Eurasia 24, dar nu pare să aibă loc în America de Nord, unde nodulii dinților erbivori de mamifere prezintă o schimbare pe termen lung față de Eocenul mijlociu, mai degrabă decât o schimbare pe termen scurt în EOT 32 .

Înainte și după EOT: comparația distribuției biomilor priabonieni și rupelieni

Dintre cele 216 de situri cu date palinologice (59 de situri cu probe pentru priabonian și rupelian), au fost reconstruite 154 priabonieni și 106 paleo-biomi rupelieni. Paleo-biomii definiți statistic arată o răspândire geografică mult mai caldă pentru lume decât astăzi, cu păduri calde temperate care ajung în cercul polar polar. O comparație a distribuției bioupelor rupeliene și priabonoviene relevă o imagine mixtă a schimbărilor regionale și a niciunei modificări (Fig. 3). Pe baza liniilor directoare elaborate de grupul interguvernamental pe

Paleo-biomii au fost reconstituiți folosind datele de similaritate ale lui Jaccard cu privire la prezența și absența taxonilor de polen și spori, care au fost grupați după analiza clusterelor, iar grupurile au fost definite obiectiv de SIMPROF (vezi detaliile metodelor). Harta generată în ArcMap 10.4.1.

Imagine la dimensiune completă

Modificări ale grupurilor de polen din EOT

Similitudinea lui Jaccard (linia albastră) este o măsură a similarității dintre sistemul polen și ansamblul care este imediat stratigrafic sub acesta. Numărul taxonilor de polen numiți (linia roșie) oferă un mijloc simplu de a determina dacă procesele tahomonomice (conservarea/identificarea palinomorfilor) ar fi putut afecta similaritatea ansamblurilor de polen. Unele site-uri au cronologii numerice, în timp ce altele sunt datate în faze geologice (detaliile complete ale tehnicilor de datare utilizate la fiecare site sunt date în tabelul suplimentar S2). Harta generată în ArcMap 10.4.1.

Imagine la dimensiune completă

Estimări cantitative ale schimbărilor climatice în EOT

36 Ma, apoi MATR reconstruit a fost răcit la 11, 3-15,5 ° C (Fig. 5). Acest MATR a rămas relativ constant până la 32-31 Ma când MATR a crescut la 12, 2-20, 6 ° C (Fig. 5).

Barele orizontale reprezintă MATR bazat pe abordarea coexistenței. Barele verticale reprezintă game de inexactități pentru datarea fiecărui ansamblu de polen. Zonele de culoare arată o tendință în MATR. Barele gri arată intervalul de timp EOT acceptat (33, 9–33, 5 Ma). MATR a fost reconstruit folosind o abordare de coexistență care reconstituie gama de temperaturi la fel de posibile în cadrul căreia ar putea exista o matrice florală fosilă. 93 Dacă gama este îngustă, există mai multă încredere în interpretarea schimbărilor climatice, în timp ce gama largă oferă mai puțină încredere în interpretările noastre paleoclimatice. Harta generată în ArcMap 10.4.1.

Imagine la dimensiune completă

discuţie

Schimbările climatice din timpul EOT au fost asociate cu o scădere a CO2 atmosferic de 400-600 ppmv în perioada 0,5 Ma 4, 5, care urma să forțeze o reorganizare latentă a distribuției biomului 36. Reconstrucțiile globale ale vegetației neogene și temperaturile terestre folosind metode similare cu cele din acest studiu au arătat o sensibilitate ridicată a distribuției biomului latent la schimbările anterioare ale climatului global și ale CO 2 20, 21. De exemplu, o scădere a CO2 atmosferic de aproximativ 150-250 ppmv de la sfârșitul optimului climatic mediu Miocen până la mesian a dus la o deplasare uniformă și uniformă a zonelor de vegetație de peste 10 grade latitudine 20 Sensibilitatea la climă (răspunsul la temperatura globală la dublarea pCO2) ar putea fi mult mai redusă în timpul paleogenului decât în ​​timpul neogenului 9, 37. Cu toate acestea, deoarece răspunsul temperaturii la modificările pCO2 este puternic îmbunătățit la latitudini mai mari, o schimbare bruscă a temperaturii globale de chiar și câteva grade ar trebui să declanșeze o deplasare uniformă a zonelor de vegetație cu latitudine mare 20, 21, 36 .

În latitudinile mijlocii ale emisferei nordice, modificările noastre paleo-biochimice majore dintre priabonian și rupelian sunt asociate cu distribuția de biomi uscați în sud-vestul Europei și din centrul către estul Asiei (Fig. 3). Distribuția biomerilor uscați în aceste regiuni este în conformitate cu studiile anterioare 26, 47, 48. Ariditatea în Asia Centrală a fost prezentă de la începutul perioadei Eocenului și este probabil rezultatul flotabilității tectonice 48 și a regresiei marine ulterioare în perioada Eocenului mijlociu până la sfârșitul anului 49, izolând zona de sursele de umiditate 48, 49. Deși ariditatea în Europa este atribuită creșterii și scăderii alpine a nivelului mării 47, aceasta este probabil de la sfârșitul Eocenului, deoarece dovezile izotopice din Spania nu arată nicio modificare prin Eocenul târziu și începutul Oligocenului 50, în timp ce principala modificare florală începe în timpul Priabonianul 51. Distribuția paleo-biomerilor și asemănarea cu tropice a lui Jaccard nu prezintă nicio schimbare semnificativă între priabonian și rupelian (figurile 3 și 4). În timp ce numărul redus de mangrove tropicale, mlaștini și biomi de pădure din timpul Rupelianului poate fi legat de un declin estimativ al nivelului mării global de 70 de metri, care este legat de creșterea stratului de gheață din Antarctica .

În latitudinile mijlocii ale emisferei sudice, distribuția paleo-biomului este neschimbată între priabonian și rupelian (fig. 3). În sudul Americii de Sud, izotopii de oxigen terestru și fitoliții au demonstrat un climat și o vegetație cvasistatică pe 23, 31 EOT. Dimpotrivă, dinamica unui incendiu în această zonă se schimbă înainte de EOT la

35 Ma și după EOT într-un interval umed de 200 pe termen scurt 53. Concomitent cu această primă modificare a dinamicii focului, este reconstruită răcirea MATR pentru regiunea Atlanticului de Sud-Vest cu ≤ 5 ° C (Fig. 5). Distribuția paleo-biomerilor rămâne constantă în Australia, în timp ce reconstrucțiile MATR arată un eveniment de răcire înainte de 35 Ma (Figurile 3 și 5). Prezența unor situri paleo-biom de tundră foarte fiabile în Antarctica demonstrează continuarea vegetației la începutul Oligocenului pe continent, în ciuda dezvoltării unei mari acoperiri de gheață din Antarctica 54, 55, 56 .

Controlul insuficient al vârstei și lipsa vegetației analogice moderne fac parte integrantă din cele mai profunde studii geologice și ne limitează abordarea, care trebuie luată în considerare înainte de a discuta în continuare implicațiile mai largi ale descoperirilor noastre. Acumularea redusă a înregistrărilor noastre poate împiedica identificarea unui presupus EOT „tranzitoriu” cu răcire pe termen scurt și revenirea ulterioară la niveluri aproape înainte de EOT 3, 16. Nici reconstrucțiile regionale ale temperaturii (Fig. 5), nici înregistrările sedimentelor din setul nostru de date, care au un control și o rezoluție de vârstă suficiente pentru a identifica o modificare pe termen scurt a EOT (Fig. 4), nu susțin ipoteza EOT „tranzitorie”.

Am minimizat incertitudinea potențială a utilizării NLR pentru reconstrucția biomilor folosind o abordare statistică a producției de paleo-biomi (Fig. 3). Această metodă a utilizat mai degrabă date despre prezența/absența decât despre abundența taxonilor individuali ai polenului individual. Concentrându-ne pe datele privind prezența/absența, am eliminat orice zgomot din reconstrucțiile noastre din variația habitatului, schimbările de teren, modificările mediului de depunere sau diferențele dintre tehnicile de numărare a palinologilor 67. Abordarea noastră este concepută special pentru a identifica schimbări mari în distribuția biomului cauzate în principal de schimbările climatice și însoțite de modificări semnificative în compoziția taxonilor. Din acest motiv, însă, abordarea noastră nu poate detecta modificări relative ale abundenței într-o măsură mai mică, ceea ce poate explica unele diferențe în reconstrucția noastră la scară globală comparativ cu studiile individuale care au constatat o modificare a EOT din fluctuațiile proporției diferitelor tipuri de polen. . .

metode

Reconstrucția paleo-biomului

Diagrama de flux arată procesele efectuate pentru a dezvolta paleo-biomeri grupați statistic pentru EOT. Culorile casetelor se referă la etapele procesului: roșu = date originale; albastru = grupare statistică și interpretare; verde = produs final.

Imagine la dimensiune completă

Polenul este colectat prin EOT

Am folosit unsprezece site-uri din fișierul de date TEVIS cu o înregistrare continuă care acoperă EOT pentru a analiza modificările adunării polenului în timp. Aceste grupuri de polen sunt cu siguranță asociate cu cronostratigrafie, ceea ce face posibilă cunoașterea poziției EOT; numerele 2, 3, 8 și 11 au cronologie numerică; 6 și 7 au orizonturi datate în partea de sus și de jos a înregistrărilor; 1, 4, 5, 9 și 10 nu au o cronologie numerică, dar poziția EOT este cunoscută (tabelul suplimentar S2). Pentru fiecare sit, un indice de similaritate a fiecărui set de polen al lui Jaccard a fost apoi reprezentat grafic în raport cu polenul setat imediat stratigrafic sub acesta. Numărul taxonilor polenici din setul de date a fost, de asemenea, reprezentat grafic, deoarece o creștere sau scădere semnificativă a numărului taxonilor polenici ar reduce artificial similaritatea ansamblurilor succesive.

Climatologia solului

Utilizarea rudelor vii imediate (NLR) în reconstrucția comunităților de vegetație și a variabilelor de mediu, cum ar fi temperatura, presupune că toleranțele climatice moderne pentru biomi și specii pot fi extinse în ultimii 95 de ani. Această ipoteză a fost confirmată de mai multe studii proxy care acoperă cea mai mare parte a cenozoicului, care arată rezultate comparabile ale reconstrucțiilor de temperatură a pământului utilizând metode NLR, fizionomice și izotopice 95, 98. În ciuda acordului general dintre diferitele tehnici de reconstrucție a temperaturii terestre, ne-am concentrat rezultatele pe schimbări relative de temperatură, mai degrabă decât pe valori absolute (Fig. 5).

Mai multe detalii

Cum se citează acest articol: Balanță, MJ și Salzmann, U. Heterogenitatea în vegetația globală și schimbările climatice terestre în timpul tranziției târzii a Eocenului la Oligocenul timpuriu. Știință. reprezentant. 7, 43386; doi: 10, 1038/srep43386 (2017).

Nota editorului: Springer Nature rămâne neutru în revendicările de jurisdicție în hărțile publicate și asociațiile instituționale.