DOI: https://doi.org/10.1038/s41561-024-01610-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39822309
تاريخ النشر: 2025-01-01
المؤلف: Hana Jurikova وآخرون
الموضوع الرئيسي: علم الحفريات والطبقات الأحفورية
نظرة عامة
يتناول قسم ورقة البحث الدور الحاسم لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي في تنظيم مناخ الأرض، لا سيما خلال عصر الجليد الباليوزي المتأخر، الذي استمر من حوالي 370 مليون إلى 260 مليون سنة مضت. يتميز هذه الفترة بأنها آخر تجميد كبير قبل عصر الجليد السيني المتأخر الحالي، وتُلاحظ لشدتها وتأثيرها على أشكال الحياة المعقدة. تقدم الدراسة سجل نظائر البورون الذي يمتد لـ 80 مليون سنة والذي يعمل كبديل لتحديد مستويات ثاني أكسيد الكربون بدقة خلال هذه الحقبة.
تشير النتائج إلى أن المرحلة الرئيسية من عصر الجليد الباليوزي المتأخر، التي بدأت منذ حوالي 330 مليون سنة، استمرت بمستويات منخفضة من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وهي حالة غير مسبوقة في تاريخ الأرض الجيولوجي. ومن الجدير بالذكر أنه حوالي 294 مليون سنة مضت، حدث زيادة دراماتيكية بمقدار أربعة أضعاف في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، مما أدى إلى نهاية هذا العصر الجليدي وأدى إلى ارتفاع كبير في درجة حرارة الأرض، مما حول المناخ إلى فترة البيرمي المبكر.
نقاش
في هذا القسم، يقدم المؤلفون تحليلًا شاملاً لديناميات المناخ في العصر الباليوزي المتأخر، مع التركيز بشكل خاص على عصر الجليد الباليوزي المتأخر (LPIA) وانتقاله اللاحق. قاموا بإنشاء سجل زمني مُعَير باستخدام قواقع البراكيوبود المحفوظة جيدًا، مما أدى إلى توليد بيانات نظائر جديدة ($\delta^{11}B$, $^{87}Sr/^{86}Sr$, $\delta^{13}C$, و$\delta^{18}O$) واستخدام طرق عددية مبتكرة لتحديد أعمار الأقسام الطبقية. تشير النتائج إلى انخفاض كبير في قيم $\delta^{11}B$ حوالي 294 مليون سنة مضت، مما يشير إلى انخفاض في درجة حموضة المحيط وزيادة في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، بالتزامن مع تحول أوسع في تركيبات النظائر البحرية وأنماط ترسيب الرواسب. يُفسر هذا الانخفاض على أنه يدل على تغييرات كبيرة في نظام المحيط والغلاف الجوي، مرتبطًا بارتفاع سريع في مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي خلال حدود أسيلين-ساكمارين.
علاوة على ذلك، يقوم المؤلفون بتحديد التغيرات في كيمياء كربونات المحيط، موضحين أن قيم $\delta^{11}B$ المعاد بناؤها تشير إلى زيادة كبيرة في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، مع تقديرات تشير إلى مستويات حوالي 300 جزء في المليون خلال LPIA. يجادلون بأن الارتفاع السريع في ثاني أكسيد الكربون مرتبط على الأرجح بانبعاثات المقاطعات البركانية الكبيرة (LIP)، لا سيما من LIP المركز في سكاجيراك، والذي يتزامن مع توقيت التحولات المناخية الكبيرة. تفترض الدراسة أن هذه الانبعاثات لم تسهم فقط في نهاية LPIA ولكن أيضًا سهلت فترة من التحول البيئي التي قد تكون قد ساهمت في زيادة التنوع البيولوجي، مما مهد الطريق لتطور الأمينوتات. بشكل عام، تؤكد الأبحاث على الدور الحاسم للنشاط البركاني في تشكيل ديناميات المناخ الماضية وتبرز أوجه التشابه مع سيناريوهات تغير المناخ المعاصرة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41561-024-01610-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39822309
Publication Date: 2025-01-01
Author(s): Hana Jurikova et al.
Primary Topic: Paleontology and Stratigraphy of Fossils
Overview
The research paper section discusses the critical role of atmospheric CO₂ in regulating Earth’s climate, particularly during the Late Palaeozoic Ice Age, which lasted from approximately 370 million to 260 million years ago. This period is characterized as the last significant glaciation before the current Late Cenozoic Ice Age and is noted for its intensity, impacting complex life forms. The study presents an 80-million-year boron isotope record that serves as a proxy for accurately quantifying CO₂ levels during this era.
The findings indicate that the main phase of the Late Palaeozoic Ice Age, which began around 330 million years ago, was sustained by prolonged low levels of atmospheric CO₂, a condition unprecedented in Earth’s geological history. Notably, around 294 million years ago, there was a dramatic fourfold increase in atmospheric CO₂, which marked the end of this ice age and led to a significant warming of the Earth, transitioning the climate into the Early Permian period.
Discussion
In this section, the authors present a comprehensive analysis of Late Palaeozoic climate dynamics, particularly focusing on the Late Palaeozoic Ice Age (LPIA) and its subsequent transition. They constructed a time-calibrated record using well-preserved brachiopod shells, generating new isotopic data ($\delta^{11}B$, $^{87}Sr/^{86}Sr$, $\delta^{13}C$, and $\delta^{18}O$) and employing innovative numerical methods to assign ages to stratigraphic sections. The findings indicate a significant decline in $\delta^{11}B$ values around 294 million years ago, suggesting a decrease in ocean pH and an increase in atmospheric CO2, coinciding with a broader shift in marine isotopic compositions and sediment deposition patterns. This decline is interpreted as indicative of major changes in the ocean-atmosphere system, linked to a rapid rise in atmospheric CO2 levels during the Asselian-Sakmarian boundary.
The authors further quantify the changes in ocean carbonate chemistry, demonstrating that the reconstructed $\delta^{11}B$ values imply a substantial increase in atmospheric CO2, with estimates suggesting levels around 300 ppm during the LPIA. They argue that the rapid CO2 rise is likely associated with large igneous province (LIP) emissions, particularly from the Skagerrak-Centred LIP, which coincides with the timing of significant climatic transitions. The study posits that these emissions not only contributed to the end of the LPIA but also facilitated a period of environmental transformation that may have fostered biodiversity increases, setting the stage for the evolution of amniotes. Overall, the research underscores the critical role of volcanic activity in shaping past climate dynamics and highlights parallels with contemporary climate change scenarios.