растителност

  • елементи
  • абстрактно
  • Въведение
  • резултатът
  • Рекорд на Земята
  • Преди и след EOT: сравнение на разпространението на Priabonian и Rupelian биоми
  • Промени в поленовите групи в EOT
  • Количествени оценки на изменението на климата в EOT
  • дискусия
  • методи
  • Реконструкция на палео-биом
  • Поленът се събира чрез EOT
  • Наземна климатология
  • Повече информация
  • Допълнителна информация
  • Word документи
  • Допълнителна информация
  • Excel файлове
  • Допълнителен набор от данни 2-4
  • Коментари

елементи

абстрактно

Бързо глобално охлаждане в еоцен - преход към олигоцен (EOT),

33, 9 - 33, 5 Ma, обикновено се счита за началото на съвременния свят на ледниците. Предложен е голям и бърз спад в атмосферния pCO 2 като движеща сила зад изчезването на морската империя и заледяването на Антарктида. Глобалният наземен отговор на това охлаждане обаче е несигурен. Тук представяме първите реконструкции на глобална растителност и земна температура за EOT. Използвайки обширен набор от палинологични данни, който е статистически групиран в палеобиоми, ние показваме по-преходния характер на земните климатични промени, като предполагаме пространствената и времевата хетерогенност на промяната на растителността в EOT и в двете полукълба. Реконструираните температури на Земята показват охлаждане за много региони, което започна много преди EOT и продължи в ранния олигоцен. Ние заключаваме, че хетерогенният модел на глобална промяна на растителността е регулиран от комбинация от няколко сили като тектоника, спад на морското равнище и дългосрочен спад на концентрациите на парникови газове по време на късен етанол към ранния олигоцен и не е единственият отговор на бърз спад в атмосферния pCO 2 в EOT.

Символите показват различни прокси сървъри: кръгове = борни изотопи (червено 4), диаманти = куполни индекси (жълто 99; тъмно зелено 100, 101; розово 12), квадрати = алкенони (синьо 5; оранжево 102) и триъгълници = диатомови изотопи (зелено ). Изпомпването на CO 2 и минимумите, свързани с EOT, се намират в Pearson et al., 33, 7-33, 5 Ma. 4, Zhang et al. 102 и Heureux и Rickaby 103 записи.

Изображение в пълен размер

В морското царство EOT е представено от двустепенна промяна в кислородните изотопи на подземните води, което е свързано с ледниковия напредък в Антарктида 2, 13, изчезването в морското царство 1, задълбочаването на дълбочината на компенсация на калция 14 и глобалното охлаждане на климата . 2, 6. Продължителността на това глобално охлаждане е несигурна. Някои записи предполагат връщане към почти еоценов климат малко след EOT 3, 15, 16, докато други сочат, че EOT е стъпка на непрекъснато охлаждане 2, 6. Аргументът за климатично отражение спрямо климатична стъпка се умножава допълнително от нарастваща част от неотдавнашна работа, която предполага, че бентосният кислороден изотопен сигнал може да бъде повлиян от промените в циркулацията на океана без атмосферно охлаждане 7 и че антарктическата палеотопография може да съдържа повече ледена покривка, поради което се изисква повече по-малко изотопни кислородни сигнали от температура 17 .

Сините кръгове показват местата, където оригиналната интерпретация интерпретира състоянието на флората или климатичните промени, настъпили в EOT (N = 14). Зелените кръгове показват палинологични места, където не е имало промяна във флората и/или климата спрямо EOT (N = 27). Червените кръгове показват разположението на страниците с постепенна промяна (N = 29). Жълтите кръгове представляват сайтове с несигурна дата или изследвания, които по никакъв начин не се отнасят до EOT (N = 24). Палинологичните обекти, които имат данни само за Приабон или Рупел, са маркирани отделно (N = 122). Карта, генерирана в ArcMap 10.4.1.

Изображение в пълен размер

резултатът

Рекорд на Земята

Що се отнася до сухоземната зона, липсата на дълги и добре датирани записи на седиментите причинява значителни ограничения за подробното пространствено и времево възстановяване на промените в околната среда в EOT. Наборът от данни за наземния прокси, преминаващ през EOT, е много оскъден и доказателствата изглеждат по-малко ясни, отколкото в морските записи, без постоянен модел на промяна 1 Палеоекологичните доказателства могат да бъдат разделени на три основни групи (фиг. 2), които показват и двете а) без промяна в EOT 22, 23, ( б) значително охлаждане в EOT 17, 24, 25, 26, често свързано с повишена сезонност и по-ниски зимни температури от 27, 28 или ° С) постепенна промяна, която започва преди EOT по време на среден до късен етанол и продължава до олигоцен 12, 23, 29, 30. Наземните кислородни изотопи не показват промени в Южна Америка 31, но силно охлаждане в Северна Америка и Северозападна Европа 18, 19. Оборотът на фаунистични бозайници в EOT е добре документиран в случая на Евразия 24, но изглежда не се случва в Северна Америка, където тревопасните зъбни зъби на бозайниците показват дългосрочна промяна от средния еоцен, а не краткосрочна промяна в EOT 32 .

Преди и след EOT: сравнение на разпространението на Priabonian и Rupelian биоми

От 216 обекта с палинологични данни (59 обекта с проби за приабонски и рупелийски) са реконструирани 154 приабонци ​​и 106 рупелски палеобиоми. Статистически дефинираните палеобиоми показват географско разпространение, което е много по-топло за света, отколкото днес, с топли умерени гори, достигащи Арктическия кръг. Сравнението на разпространението на рупелския и приабоновския биоуп разкрива смесена картина на регионалните промени и липса на промени (фиг. 3). Въз основа на насоките, разработени от Междуправителствената група на

Палеобиомите бяха реконструирани, използвайки данните за сходството на Jaccard за наличието и отсъствието на прашец и спорови таксони, които бяха групирани чрез клъстер анализ и групите бяха обективно дефинирани от SIMPROF (вижте подробности за методите). Карта, генерирана в ArcMap 10.4.1.

Изображение в пълен размер

Промени в поленовите групи в EOT

Сходството на Jaccard (синя линия) е мярка за сходството между поленовата система и комплекта, който е непосредствено стратиграфски под нея. Броят на посочените поленови таксони (червена линия) предоставя просто средство за определяне дали тафономичните процеси (запазване/идентифициране на палиноморфите) може да са повлияли на сходството на поленовите сглобки. Някои сайтове имат числени хронологии, докато други са датирани в геоложки фази (пълните подробности за техниките за датиране, използвани на всеки обект, са дадени в Допълнителна таблица S2). Карта, генерирана в ArcMap 10.4.1.

Изображение в пълен размер

Количествени оценки на изменението на климата в EOT

36 Ma, след това реконструираният MATR се охлажда до 11, 3–15,5 ° C (фиг. 5). Този MATR остава относително постоянен до 32–31 Ma, когато MATR се увеличава до 12, 2–20, 6 ° C (фиг. 5).

Хоризонталните ленти представляват MATR въз основа на подхода за съвместно съществуване. Вертикалните ленти представляват редица неточности при датирането на всеки прашец. Цветните области показват тенденция в MATR. Сивите ленти показват приетия EOT времеви диапазон (33, 9–33, 5 Ma). MATR е реконструиран с помощта на подход за съвместно съществуване, който реконструира диапазона от еднакво възможни температури, в рамките на които би могъл да съществува изкопаем флорален масив. 93 Ако диапазонът е тесен, има повече доверие в интерпретацията на изменението на климата, докато широкият диапазон осигурява по-малко доверие в нашите палеоклиматични интерпретации. Карта, генерирана в ArcMap 10.4.1.

Изображение в пълен размер

дискусия

Изменението на климата по време на EOT беше свързано с намаляване на атмосферния CO2 с 400-600 ppmv в периода 0,5 Ma 4, 5, което трябваше да наложи латентна реорганизация на разпределението на биома 36. Глобалните реконструкции на неогеновата растителност и наземните температури, използващи методи, подобни на тези в това проучване, показват висока чувствителност на разпределението на латентния биом към минали промени в глобалния климат и CO 2 20, 21. Например, намаляването на атмосферния CO2 с приблизително 150-250 ppmv от края на средния климатичен оптимум на миоцен до месиана е довело до равномерно, равномерно изместване на вегетационните зони с повече от 10 градуса ширина 20. Климатичната чувствителност (реакция на глобалната температура при удвояване на pCO 2) може да бъде много по-ниска по време на палеогена, отколкото по време на неогена 9, 37. Тъй като обаче температурната реакция на промените в pCO 2 е силно засилена при по-високи географски ширини, внезапна промяна в глобалната температура дори от няколко градуса трябва да предизвика равномерно изместване на зоните на растителност с висока ширина 20, 21, 36 .

В средните ширини на северното полукълбо основните ни палеобиохимични промени между Приабониан и Рупел са свързани с разпространението на сухи биоми в Югозападна Европа и Централна до Източна Азия (Фиг. 3). Разпределението на сухи биомери в тези региони е в съответствие с предишни проучвания 26, 47, 48. Засушаването в Централна Азия е налице от ранния еоценски период и вероятно е резултат от тектонска плаваемост 48 и последваща морска регресия през средния до късния еоценски период 49, изолирайки района от източници на влага 48, 49. Въпреки че засушаването в Европа се дължи на алпийското покачване и спадане на морското равнище 47, това вероятно е от края на еоцена, тъй като изотопните доказателства от Испания не показват промяна през късния еоцен и ранния олигоцен 50, докато основната флорална промяна започва през Приабонският 51. Разпределението на палеобиомерите и сходството на Jaccard на тропиците не показват значителна промяна между Приабониан и Рупелиан (Фигури 3 и 4). Докато намаленият брой на тропическите мангрови гори, блатистите и горските биоми по време на Рупелия може да се свърже с прогнозния глобален спад на морското равнище от 70 метра, което е свързано с растежа на антарктическата ледена покривка 52 .

В средните ширини на южното полукълбо разпределението на палеобиома е непроменено между Приабонско и Рупелско (Фиг. 3). В южна Южна Америка сухоземните кислородни изотопи и фитолити демонстрират квазистатичен климат и растителност през 23, 31 EOT. Напротив, динамиката на пожар в тази зона се променя преди EOT в

35 Ma и след EOT в краткосрочен период от 200 мокри интервала 53. Едновременно с тази първа промяна в динамиката на пожара се възстановява охлаждането на MATR за югозападната част на Атлантическия океан с ≤ 5 ° C (Фиг. 5). Разпределението на палеобиомерите остава постоянно в Австралия, докато реконструкциите на MATR показват събитие на охлаждане преди 35 млн. Години (фигури 3 и 5). Наличието на високо и високо надеждни места от палеобиоми на тундра в Антарктида демонстрира продължаване на растителността в началото на олигоцена на континента въпреки развитието на голяма антарктическа ледена покривка 54, 55, 56 .

Недостатъчният контрол на възрастта и липсата на съвременна аналогова растителност са неразделна част от най-дълбоките геоложки проучвания и също така ограничават нашия подход, който трябва да бъде разгледан преди по-нататъшно обсъждане на по-широките последици от нашите открития. Ниското натрупване на нашите записи може да попречи на идентифицирането на предполагаем "преходен" EOT с краткотрайно охлаждане и последващо връщане към нивата почти преди EOT 3, 16. Нито реконструкциите на регионална температура (фиг. 5), нито записите от седименти в нашия набор от данни, които имат достатъчен контрол и разделителна способност за възрастта, за да идентифицират краткосрочна промяна в EOT (фиг. 4), не подкрепят хипотезата за „преходни” EOT.

Минимизирахме потенциалната несигурност при използването на NLR за възстановяване на биоми, използвайки статистически подход за производството на палеобиоми (Фиг. 3). Този метод използва данни за присъствието/отсъствието, а не за изобилието на отделни таксони на отделен прашец. Като се фокусирахме върху данните за присъствие/отсъствие, премахнахме всякакъв шум в нашите реконструкции от промяна на местообитанията, промени в земя, промени в средата на отлагане или разлики между техниките за преброяване на палинолозите 67. Нашият подход е специално разработен да идентифицира големи промени в разпределението на биомите, причинени главно от изменението на климата и придружени от значителни промени в състава на таксоните. По тази причина обаче нашият подход не може да открие относителни промени в изобилие в по-малка степен, което може да обясни някои разлики в нашата реконструкция в глобален мащаб в сравнение с отделни проучвания, които установиха промяна в EOT от колебанията в дела на различните видове полени . .

методи

Реконструкция на палео-биом

Диаграмата показва процесите, извършени за разработване на статистически клъстерирани палеобиомери за EOT. Цветовете на кутиите се отнасят до етапите на процеса: червено = първоначални данни; син = статистическо групиране и интерпретация; зелено = краен продукт.

Изображение в пълен размер

Поленът се събира чрез EOT

Използвахме единадесет сайта от файла с данни на TEVIS с непрекъснат запис, обхващащ EOT, за да анализираме промените в събирането на полени с течение на времето. Тези поленови клъстери със сигурност са свързани с хроностратиграфията, което дава възможност да се знае позицията на EOT; числа 2, 3, 8 и 11 имат числена хронология; 6 и 7 имат датирани хоризонти в горната и долната част на записите; 1, 4, 5, 9 и 10 нямат цифрова хронология, но позицията на EOT е известна (допълнителна таблица S2). След това за всеки обект беше начертан индекс на сходство на всеки набор от полени на Jaccard по отношение на поленовия набор непосредствено стратиграфски под него. Броят на поленовите таксони в набора от данни също беше начертан, тъй като значително увеличаване или намаляване на броя на поленовите таксони изкуствено би намалило сходството на последователните събрания.

Наземна климатология

Използването на непосредствено живеещи роднини (NLR) при реконструкция на растителни съобщества и променливи на околната среда като температура предполага, че съвременните климатични толеранси за биоми и видове могат да бъдат удължени до последните 95 години. Това предположение е обосновано от множество прокси проучвания, обхващащи по-голямата част от кайнозоя, които показват сравними резултати от реконструкции на земната температура, използващи NLR, физиогномични и изотопни методи 95, 98. Въпреки общото съгласие между различните техники за възстановяване на земната температура, ние фокусирахме резултатите си върху относителни температурни промени, а не върху абсолютни стойности (Фиг. 5).

Повече информация

Как да цитирам тази статия: Libra, MJ и Salzmann, U. Хетерогенност в глобалната растителност и наземните климатични промени по време на късния преход на еоцена към ранния олигоцен. Sci. Представител. 7, 43386; doi: 10, 1038/srep43386 (2017).

Забележка на издателя: Springer Nature остава неутрален от претенциите за юрисдикция в публикувани карти и институционални асоциации.