Badanie ze Stanford podważa oczekiwania dotyczące występowania dużych osadów w wyniku zmiany klimatu trwającej 34 miliony lat, stwierdzając zamiast tego globalny wzór erozji. Odkrycie to pozwala uzyskać wgląd w wpływ zmian klimatycznych na systemy osadowe.
Według często cytowanych konwencjonalnych modeli ochłodzenie i znaczny spadek poziomu mórz około 34 milionów lat temu powinny były doprowadzić do powszechnej erozji kontynentalnej i osadzenia na dnie oceanu gigantycznych ilości materiału piaszczystego. W końcu była to jedna z najbardziej drastycznych zmian klimatycznych na Ziemi od czasu wyginięcia dinozaurów.
Jednak z nowego przeglądu Stanforda, obejmującego setki badań sprzed kilkudziesięciu lat, wynika kontrastowo, że na obrzeżach wszystkich siedmiu kontynentów nie znaleziono nigdy żadnych osadów pochodzących z tego przejścia. Odkrycie tej rozległej na całym świecie luki w zapisie geologicznym zostało niedawno opublikowane w: Recenzje nauk o Ziemi.
„Wyniki sprawiły, że zaczęliśmy się zastanawiać: «Gdzie podział się cały osad?»” – powiedział starszy autor badania Stephan Graham, profesor Welton Joseph i Maud L’Anphere Crook w Szkole Zrównoważonego Rozwoju Stanford Doerr. „Odpowiedź na to pytanie pomoże nam uzyskać lepsze podstawowe zrozumienie funkcjonowania systemów sedymentacyjnych oraz wpływu zmian klimatycznych na głębokomorski zapis osadowy”.
Luka geologiczna zapewnia nowy wgląd w procesy osadzania się i erozji osadów, a także szersze sygnały środowiskowe wynikające z dramatycznych zmian klimatycznych, co może pomóc naukowcom lepiej zrozumieć ogrom dzisiejszego zmieniającego się klimatu.
„Po raz pierwszy przyjrzeliśmy się globalnie niedostatecznie zbadanej reakcji największych na planecie systemów ruchu mas osadów podczas ekstremalnego przejścia eocenu do oligocenu” – powiedział główny autor badania Zack Burton, PhD ’20, który jest obecnie adiunkt nauk o Ziemi na Uniwersytecie Stanowym w Montanie.
Tim McHargue, adiunkt nauk o Ziemi i planetach na Uniwersytecie Stanforda, jest także współautorem badania.
Od cieplarni do lodowni
W okresie eocenu i oligocenu Ziemia uległa głębokiemu ochłodzeniu planetarnemu. Na Antarktydzie, która wcześniej była wolna od lodu, pojawiły się gigantyczne pokrywy lodowe, poziom mórz na świecie spadł, a życie lądowe i morskie poważnie wymarło.
Wcześniej, we wczesnej fazie eocenu, który trwał od około 56 milionów do 34 milionów lat temu, na Ziemi panowały najwyższe temperatury i najwyższy poziom mórz, odkąd ponad 66 milionów lat temu chodziły po niej dinozaury – wynika z danych zastępczych dla klimatu. .
Burton i współpracownicy początkowo skupili się na badaniu wpływu warunków wczesnego eocenu na głębinowe systemy depozycji. Wyniki badania – opublikowane w Natura Raporty naukowe w 2023 r. – odkryto obfite złoża bogate w piasek w basenach oceanicznych wzdłuż obrzeży kontynentów Ziemi. Zespół badawczy przypisał ten wzrost osadzania głównie intensyfikującym się warunkom klimatycznym i pogodowym sprzyjającym erozji gruntu. Ich ciekawość wzmogła się. Burton i współpracownicy rozszerzyli następnie badania na późny eocen i wczesny oligocen, kiedy Ziemia nagle zmieniła klimat z „cieplarni” i „szklarni” w klimat odwrotny, „lodowni”.
Na potrzeby nowego badania badacze skrupulatnie przeglądali literaturę naukową i techniczną dokumentującą starożytne osady znajdujące się do kilku kilometrów pod dnem morskim, przeglądając badania opublikowane od ostatniej dekady do ponad stu lat temu. Literatura obejmowała badania odwiertów ropy i gazu na morzu, badania wychodni skał na lądzie, a nawet interpretacje danych sejsmicznych w celu wywnioskowania charakterystyki osadów eocenu i oligocenu. W sumie uwzględniono nieco ponad sto miejsc geograficznych na całym świecie, obejmujących każdy kontynent.
Chociaż zastosowana w badaniu metoda analizy literatury sama w sobie nie jest nowa, skala takiego podejścia, jaką umożliwiły ogromne internetowe bazy danych, może okazać się bardzo pouczająca, stwierdził Graham. „W przeszłości geologicznej mogły istnieć inne podobne zdarzenia, które wymagałyby dokładniejszego zbadania” – powiedział Graham, „a zacznijmy od zrobienia dokładnie tego, co zrobiliśmy – naprawdę dokładnego przeszukania światowej literatury geologicznej na temat pewnych podejrzanych okresów punktualnie.”
„Faktyczny proces ponownej oceny, ponownego badania i ponownej analizy literatury, która w niektórych przypadkach nie była dostępna od dziesięcioleci, stanowi wyzwanie, ale może być bardzo owocny” – stwierdził Burton. „Ta metoda może prowadzić do ekscytujących i nieoczekiwanych odkryć, jakich udało nam się dokonać tutaj”.
Całkowicie nieoczekiwane
W miarę jak Burton i jego współpracownicy przeglądali skompilowany inwentarz danych, byli coraz bardziej zakłopotani oczywistym brakiem obecności osadów.
„Nie zaobserwowaliśmy obfitego osadzania się piasku, jak w przypadku naszych badań ciepłego klimatu wczesnego eocenu” – powiedział Burton. „Zamiast tego zaobserwowaliśmy, że wyraźne, powszechne niezgodności erozyjne – innymi słowy luki w zapisie skalnym – powstały podczas ekstremalnego ochłodzenia klimatycznego i zmian oceanograficznych w eocenie i oligocenie”.
Naukowcy przedstawiają kilka teorii na temat przyczyn braku osadzania się osadów. Silne prądy denne oceanów, napędzane temperaturą i zasoleniem wód, mogły zostać wywołane lub wzmocnione przez poważną zmianę klimatu, potencjalnie powodując erozję dna oceanu i zmiatając osady spływające z kontynentów. Tymczasem mechanizmy działające na szelfach kontynentalnych odsłonięte w wyniku spadku poziomu morza mogły umożliwić osadom całkowite ominięcie położonych bliżej basenów sedymentacyjnych, wysyłając osady znacznie dalej na głębinową równinę dna oceanu. Prawdopodobnie pewną rolę odegrały także procesy bardziej ograniczone regionalnie, takie jak erozja lodowcowa wokół Antarktydy.
Niezależnie od mechanizmów, jakie mogły tu wystąpić, wspólnie stworzyły one podobne sceny erozji w basenach oceanicznych na każdym kontynencie. Ta wszechobecność wskazuje na to, co naukowcy nazwali globalną kontrolą – co oznacza, że głębokie zmiany klimatyczne były odczuwalne wszędzie, od najwyższych mas lądowych po najgłębsze wody.
W ten sposób nagłe zdarzenie klimatyczne na granicy eocenu i oligocenu oraz jego nowo zaobserwowane, istotne skutki wzdłuż obrzeży kontynentów mogą pomóc naukowcom lepiej zrozumieć globalny ogrom zachodzących obecnie zmian klimatycznych. Choć spowodowane przez człowieka zmiany klimatyczne, które zaszły w ciągu ostatnich kilku stuleci, mają obecnie znacznie mniejszą skalę w porównaniu z przejściem eocenu do oligocenu, zachodzą w niepokojąco szybszym tempie – twierdzą badacze ze Stanford.
„Nasze odkrycia mogą pomóc nam dowiedzieć się, jakie radykalne zmiany mogą nastąpić na powierzchni Ziemi w obliczu szybkich zmian klimatycznych” – powiedział Graham. „Przeszłość geologiczna kształtuje teraźniejszość, a zwłaszcza przyszłość”.
Odniesienie: „Globalna niezgodność eocenu i oligocenu w klastycznych basenach osadowych” autorstwa Zachary’ego FM Burtona, Tima R. McHargue’a i Stephana A. Grahama, 7 października 2024 r., Recenzje nauk o Ziemi.
DOI: 10.1016/j.earscirev.2024.104912
Badania były wspierane w ramach projektu Stanford dotyczącego systemów depozycji głębinowych i procesów basenowych oraz programów stowarzyszonych z przemysłem modelowania powierzchniowego. Programy stowarzyszeń przemysłowych Stanford są finansowane ze składek członkowskich wpłacanych przez firmy.
