Pladetektonik og Jordens klima

Geologi og tid - Jordens historie på 1 år 1. marts (3.800 millioner år siden): første biologiske organismer, inkl. alger 12. november (600 millioner år): komplekse livsformer opstår 10-24. december (225-65 millioner år): dinosaurenes tid 31. december, 13.30 (6 millioner år): første hominider / tidlige mennesker Sidste 100 år: 0.6 sekunder før midnat Q: Hvordan studerer vi klimaet gennem Jordens historie AARHUS UNIVERSITET

Fortidens klima Proxy data - Flora og fauna f.eks. foraminiferer - Isotoper f.eks. oxygen (δ18 O) - Landskabsprocesser f.eks. Gletschere eller vand

Fortidens klima Klima-arkiverne i gleschere og iskapper Grønland: sidste 135 Kyr Antarktis: sidste 850 Kyr

Fortidens klima Klima-arkiverne under oceanerne Marine kerner (Ocean Drilling Project) Marine kerner: sidste ~50 Myr Boreskibet Joides Resolution

Fortidens klima Koraller (~105 år) Søsedimenter (~104 år) Andre klima-arkiver Sedimentære bjergarter (~109 år) Speleothemer (~105 år)

Tidsskalaen og relevante klimaprocesser Kontinuitet og tab af opløsning tilbage i tiden

Et paradox: Faint Young Sun paradox

Faint young sun paradox Ruddiman 2013, Fig. 5-2

Klimaet i det tidlige Præ-kambrium (4.4 3.5 Ga) Fossilized raindrops Sedimenter viser tegn på flydende vand siden 4.4 Ga

Faint young Sun paradox Forskellige forklaringer...men de involverer alle høje koncentrationer af: CO 2 + CH 4 (metan)

Klimaet gennem Jordens historie en variabel størrelse Snowball Earth 2,5 Mia. år 545 Mio. år 245 Mio. år AARHUS UNIVERSITET

Neo-Proterozoikum (1000 540 millioner år siden) Neo-Proteorozoiske tillitter i Namibia => Is tilstede ved lave breddegrader

Snowball Earth : Is-albedo feedback => is-udbredelse til ækvator Problem hvordan undslipper Jorden denne ice world?

AARHUS UNIVERSITET Snowball Earth - hypotesen

Klimaet gennem Jordens historie en variabel størrelse Den kambriske eksplosion af liv Moderne ice house 2,5 Mia. år 545 Mio. år 245 Mio. år AARHUS UNIVERSITET

Fortidens klima det lange perspektiv Rekonstruktion af Jordens kontinenter 750 mio. år siden AARHUS UNIVERSITET 750 Ma

Rekonstruktion af Jordens kontinenter 480 mio. år siden AARHUS UNIVERSITET 480 Ma

Rekonstruktion af Jordens kontinenter 0 mio. år siden AARHUS UNIVERSITET 0 Ma = nutid

Masseuddøen gennem Jordens historie Den Permo-Triassiske masseuddøen ~252 millioner år siden - 96% af alle marine dyrearter - 70% af alle terrestriske dyrearter Millioner år før nu

Q: Hvad har forårsaget klimaændringerne gennem Fanerozoikum?

Is når der er landmasser ved polerne? => Nej Ordovicium/Silur grænsen: Glaciation ved Sydpolen Carbon: Ingen is ved polerne Ø Silur - N. Devon: Ingen is ved polerne Perm: Glaciation

Klimaet gennem Jordens historie Kambriske eksplosion af liv Moderne ice house Permo-Carboniferous ice house 2,5 Gyr 545 Myr 245 Myr Rigtige ice houses men langt fra Snowball Earth Variationer i størrelsesordenen ~10 C (langt fra Snowball Earth)

Glaciale striationer i permiske aflejringer fra Sydafrika

(325-260 Myr) Is i Afrika!

CO 2 og ændringer i Jordens klima CO 2 i atmosfæren ~ Udbredelsen af iskapper Kritisk tærskel ved 500 ppm (?) CO 2 < 500 ppm => Udbredelse af iskapper og gletschere CO 2 > 500 ppm => Jorden mere eller mindre fri for is Klimasensitivitet over 500 mio. år = 2.8 C Royer et al. 2003

BLAG -spredningshypotesen Øget spredning af oceanbundspladerne Kraftigere vulkanisme Mere CO 2 til atmosfæren

Hydrolyse CO 2 trækkes ud af atmosfæren gennem forvitring Silikatmineraler opløses af grundvand indeholdende karbonsyre: CaSiO 3 + H 2 CO 3 (=H 2 O+CO 2 ) CaCO 3 + SiO 2 + H 2 O

Kemisk forvitring afhænger af: Temperatur (T stigning => hurtigere forvitring) (10 C ~ fordobling af forvitringen) Nedbør (P stigning => hurtigere forvitring) Vegetation (V stigning => hurtigere forvitring) => Hurtigere forvitring i troperne AARHUS UNIVERSITET Ruddiman 2013, Fig. 4-6

Kemisk forvitring: - en klima-afhænging feedback Denne mekamisme sikrer et relativt stabilt klima = Jordens termostat AARHUS UNIVERSITET Ruddiman 2013, Fig. 4-7

Pladetektonik og CO 2 gennem Fanerozoikum (542 mio. år) - Carbon cykler mellem dybe reservoirer og atmosfæren over 10 Myr - Små ubalancer i udvekslingen af CO 2 driver klimavariationer over Myr AARHUS UNIVERSITET

Faint young Sun paradox et gensyn Early Earth : - Svagere sol - Aktiv vulkanisme (mere CO 2 ) - Langsom forvitring - Færre kontinenter (mindre albedo) Modern Earth : Stærkere sol Hurtig forvitring (CO 2 i karbonatbjergarter) AARHUS UNIVERSITET Ruddiman 2013, Fig. 04-08

men hvad med Snowball Earth? Virkede termostaten ikke pga. kontinenterne placering? AARHUS UNIVERSITET

Uplift weathering en aktiv mekanisme (Raymo, Froelich, and Ruddiman) AARHUS UNIVERSITET Ruddiman 2013, Fig. 7-14

Hævning af Tibet-plateauet AARHUS UNIVERSITET Ruddiman 2000

Kontinent-kontinent kollision Kollision af kontinenter bjergkædedannelse eksponering af frisk materiale med stor overflade hurtig forvitring

Uplift Weathering Negativ feedback via global afkøling og mindre forvitring Ruddiman 2013, Fig. 7-19

Klimaet gennem Kænozoikum (sidste 65 mio. år)

Ruddiman 2013, Fig. 7-7 Sidste 50 mio år: Greenhouse til Icehouse

Lukning af Tethys havet og forbindelsen mellem Nordog Sydamerika (4 Ma)

Antarktis isoleres Australia/Antarctica Passage: 40-30 Ma Drake Passage: 25-20 Ma (?) Afkøling af kontinentet?

BLAG-spredningshypotesen og de sidste 50 Myr - Forklarer afløling før 15 Myr (især før 30-40 Myr ago) - Kan ikke forklare afkølingen efter 15Myr Ruddiman 2013, Fig. 7-7 Ruddiman 2013, Fig. 7-13

Hævning af Tibet-plateauet (gennemsnitlig elevation > 5000m) Ruddiman 2013, Fig. 7-15

Hævning af det tibetanske plateau Omfattende opløftning og fysisk erosion => høj kemisk forvitring => mindre CO 2 => Global afkøling gennem sidste 15 mio. år Sediment flux fra Himalaya og Tibet Til det Indiske Ocean Ruddiman 2013, Fig. 7-7 Ruddiman 2013, Fig. 7-17

Kvartæret (sidste 2.6 mio. år) domineret af istider-mellemistider