Paleocēna-eocēna termālais maksimums

Klimata izmaiņas pēdējo 65 mlj. gadu laikā. Redzams straujš temperatūras kāpuma pīķis (PETM) pirms 55 mlj. gadu.

Paleocēna-eocēna termālais maksimums (angļu: Paleocene-Eocene Thermal Maximum vai Initial Eocene Thermal Maximum, saīsināti PETM vai IETM) ir ģeoloģisks notikums, kas norisinājās uz paleocēna un eocēna robežas (apmēram pirms 55,5 miljoniem gadu), izsaukdams strauju Zemes klimata sasilšanu, būtiskas izmaiņas atmosfērā un vairāku sugu izmiršanu. Paleocēna-eocēna termālais maksimums bija viena no lielākajām un straujākajām klimata izmaiņām fanerozoja ģeoloģiskajā vēsturē, un tas ilga vairākus tūkstošus gadu.

Paleocēna-eocēna termālā maksimuma izpausmes

Paleocēna-eocēna termālais maksimums izpaudās kā strauja temperatūras celšanās uz kontinentu virsmas un okeāna augšējos slāņos, kā arī izmainīja atmosfēras oglekļa izotopu sastāvu, radīja izmaiņas sedimentācijā un daudzu organismu sugu izmiršanu. Saskaņā ar paleoklimatiskajām rekonstrukcijām kontinentu temperatūra šī notikuma laikā palielinājās par 8 °C. Ūdens temperatūra tropiskajā joslā sasniedza 20 °C, kas ir par 1,5 °C augstāka, nekā mūsdienās. Arktiskajās jūrās sasilšana notika vēl būtiskāk. Ziemeļu ledus okeāna virsējo slāņu temperatūras kāpums varēja sasniegt līdz pat 10 °C.

Visskaidrāk termālais maksimums izpaudās karbonātisko nogulumu izotopu sastāvā, kurā attiecība 13C/12C vispirms ļoti ātri samazinājās par 2–2,5 ‰, bet pēc tam apmēram 150–200 tūkst. gadu laikā atgriezās normālā stāvoklī. Oglekļa izotopu sastāva izmaiņas tiek rekonstruētas, analizējot okeānisko nogulumu urbumu materiālu. Izotopu metožu precizitāte, nosakot nogulumu absolūto vecumu, nav pietiekama šādu īsu intervālu noteikšanai. Līdz ar to var runāt par paleocēna-eocēna termālā maksimuma 200 tūkst. gadu garumu, tomēr izsekot notikuma vēsturi absolūtajās laika vienībās pagaidām nav iespējams.

Termālā maksimuma laikā ogļskābes daudzums atmosfērā sasniedza 2–3 ‰ (t.i. 5–8 reizes vairāk, nekā pašlaik, 400 ppm), turklāt liela tās daļa izšķīda okeāna ūdenī, kas palielināja tā skābumu. Rezultātā bojā ejošā planktona kaļķa čaulas sāka izšķīst ūdenī, nesasniedzot dibenu. Tāpēc nogulumiežu griezumos termālais maksimums atklājas nomainot baltos karbonātiskos nogulumus ar sarkanajiem māliem, kas pēc tā beigām atkal nomainās ar karbonātiskajiem nogulumiem.

Cēloņi

Oglekļa izotopu sastāva izmaiņas paleocēna-eocēna termālā maksimuma laikā varētu skaidrot ar oglekļa pāriešanu no Zemes biosfēras uz okeāniem un atmosfēru, jo visam dzīvajam oglekļa izotopu sastāvs ir nobīdīts uz vieglā izotopa pusi. Bet tomēr šajā gadījumā lai izskaidrotu milzīgo oglekļa izotopu sastāva nobīdi no normālā stāvokļa, vajadzētu vienā mirklī pārnest atmosfērā un okeānos oglekļa daudzumu, kas ir ekvivalents visai mūsdienu biosfērai, ieskaitot augsnes. Daudz reālistiskāks izskatās metāna pārejas modelis no kristālhidrātiem atmosfērā un okeānos. Saskaņā ar aplēsēm, priekš šādas izotopu anomālijas rašanās ir nepieciešams sadalīties tikai trešdaļai kristālhidrātu formā saistītajam metānam.

Kristālhidrāti ir specifiski ūdens un ogļūdeņražu savienojumi, kur gāzes ieiet ledus struktūras nišās. Paaugstinoties temperatūrai tie kļūst nestabili, un var sadalīties sprādzienveidīgi.

Kā lielākajai klimatisko izmaiņu daļai, arī šajā gadījumā cēloņsakarību gaita nav īsti skaidra. Kristālhidrāti kļūst nestabili paaugstinoties temperatūrai, tādējādi to sadalīšanos varēja izprovocēt strauja planētas sasilšana. No otras puses metāns ir gāze ar spēcīgu siltumnīcas efektu un tā koncentrācijas pieaugums atmosfērā pats par sevi izsauc globālo sasilšanu.

Straujš temperatūras kāpums uz Zemes, kas notika pirms apmēram 55,5 miljoniem gadu, kad vidējā gaisa temperatūra pie Zemes virsmas un okeāna augšējo slāņu temperatūra pieauga par apmēram 5—8 grādiem, pēc amerikāņu zinātnieku versijas, varētu būt saistīta ar komētas vai meteorīta nokrišanu.

Sekas

Temperatūras maksimumam atbilst globālas klimatiskās izmaiņas uz planētas, kā arī tās augšējās ģeosfēras sastāva izmaiņas. Tās atstāja iespaidu arī uz biosfēru. Uz paleocēna un eocēna robežas notika būtiska sugu izmiršana. Pazuda primitīvie zīdītāji, kurus nomainīja mūsdienu tipa zīdītāji, kas bija mazāka auguma. Tad izmira arī 30—40% dziļūdens foraminīferu.

Īpašu interesi izsauc šī notikuma sedimentācijas sekas, un kā pēc tam Zeme atgriezās normālā stāvoklī. Oglekļa izotopu anomālija sāka iet mazumā eksponenciāli un izzuda 150 tūkstošu gadu laikā. Tas laiks ir salīdzināms ar mūsdienu okeāniskā oglekļa izgulsnēšanos nogulumiežos. Oglekļa anomālija ir saistīta ar biogēnā bārija nogulsnēšanās palielināšanos, uz kā pamata S. Bains u.c. 2000 gadā ieteica, ka okeānu produktivitāte palielinās, pieaugot erozijas procesiem kontinentos un palielinoties erozijas produktu ieskalošanai okeānos. Tādā veidā paleocēna-eocēna termālais maksimums parāda ne tikai strauju temperatūras un atmosfēras sastāva izmaiņu, bet arī planētas turpmākās atbildes mehānismu, kas nonivelē šīs radušās izmaiņas.