Kappekonvektion forbundet med søvejslukning, der transformerede jordens oceanografiske cirkulationsmønstre

Dr. Straume forklarer betydningen af ​​dette projekt, og hvad der oprindeligt udløste holdets interesse for forbindelsen:"Jeg er interesseret i forbindelsen mellem topografisk udvikling og klimatiske ændringer, især konsekvenserne af at åbne og lukke strategiske oceaniske gateways.

"At udforske linket til den dybe Jord, som vi gør her, er måske det, der fascinerede mig mest med dette projekt. Det fremhæver, hvordan nogle af de postulerede interaktioner mellem den indre Jord, faste overflade og hav/atmosfære i stigende grad bliver tilgængelige for kvantitative udforskning.

"Resultaterne af denne artikel viser, at dynamikken i Jordens indre kunne have påvirket overfladehøjden på steder, hvor den sandsynligvis har bidraget til ændringer i havcirkulation, biogeografi og klima. Tidligere ændringer i topografi og de mekanismer, der forårsager sådanne ændringer, er vigtigt for at forstå klimatiske ændringer på geologiske tidsskalaer (over millioner af år)."

For at gøre det digitaliserede Dr. Straume palæogeografiske kort og andre tilgængelige data over Eurasien, Arabien og Nordafrika for at generere digitale højdemodeller af tidligere topografi, og sammenlignede disse med nye modeller for dynamisk topografidannelse i samme tidsinterval. Derudover indlæste holdet feltsedimentologiske data for at begrænse grænserne for den vestsibiriske søvej, såvel som biologiske data for at indikere migrationen af ​​arter på tværs af landmasser, hvilket betyder, hvornår søvejen var åben eller lukket.

Ved at udforske processen mere detaljeret afslører Dr. Straume, hvordan holdet var i stand til at rekonstruere topografi på geologiske tidsskalaer:"Kortene er digitaliseret separat for hver af de tektoniske plader, vi fokuserede på i denne undersøgelse, baseret på tektoniske-sedimentære-palinspastiske kort og andre tilgængelige data.

"Konturerne af hver geologisk enhed blev tegnet manuelt, hvilket skabte individuelle polygoner for hver enhed for hver geologisk tidsudsnit. Efterfølgende tildelte vi højder til enhederne, flettede dem ind i et gitter, der spænder over området af interesse, og modellerede ændringerne mellem tiderne hvor vi ikke har data. Kortene er relativt nøjagtige i større skalaer, men der er betydelige usikkerheder regionalt i både tid og rum, som vi forsøgte at minimere ved også at tage hensyn til andre data og de tektoniske og geodynamiske omgivelser."

Rekonstruktioner viser, at Eurasien var dækket af en lavvandet søvej i eocæn (56-33,9 Ma), mens Arabien også blev oversvømmet af et epikontinentalt (indlands) hav på dette tidspunkt, indtil det viste sig at blive terrestrisk af Sen Miocæn (~11,6 Ma). Kollisionen af ​​Eurasien og Arabien førte i sidste ende til lukningen af ​​Tethys Seaway ~20 Ma, en dyb passage, der forbandt Atlanterhavet og Indo-Stillehavet. Moderne havcirkulationsmønstre stammer fra denne lukning og påvirker overførslen af ​​varme, næringsstoffer og vandmasser i og på tværs af havbassiner fra ækvator til polerne.

"Lukningen af ​​Tethys Seaway var vigtig for havcirkulationen i den forstand, at den begrænsede transporten fra Det Indiske Ocean til Atlanterhavet, hvilket kunne påvirke styrken af ​​Atlantic Meridional Overturning Circulation og derved påvirke klimaet globalt," siger Dr. Straume.

"Havde det ikke lukket, kunne væltningen i Atlanterhavet have været svagere, end det er i dag. Derudover havde det sandsynligvis en vis indflydelse på udviklingen af ​​moderne-lignende asiatiske monsuner. Lukningen dannede også en landbro, som pattedyr gik henover og legede med. en rolle i deres biogeografiske spredning over det nordlige Afrika, Arabien og Eurasien."

Dr. Straume og kolleger undersøgte rollen af ​​kappekonvektion for at forklare disse ændringer ved at bruge nutidens målinger fra seismisk tomografi (billeddannelse af Jordens indre ved hjælp af seismiske bølger fra jordskælv og eksplosioner) og hastigheder af litosfæriske pladebevægelser. Disse blev derefter brugt til at 'arbejde baglæns' og bestemme tæthedsanomalier i kappen gennem tiden, hvilket kunne kædes sammen med dynamisk topografi.

Forskerholdet foreslår, at der er et godt tillidsniveau for kappe-rekonstruktioner gennem cenozoikum, men dette falder tilbage i geologisk tid og begrænser derfor brugen af ​​denne teknik længere ind i Phanerozoic eonen og derefter.

Dr. Straume foreslår, "Konfidensniveauet for kappe-rekonstruktionerne og den tilsvarende palæodynamiske topografi falder hurtigt tilbage i tiden. Det er svært at give et kvantitativt mål for denne usikkerhed, men generelt er alt før ~60 Ma ikke særlig pålideligt. kappetætheden bliver mere lagdelt, og strømningshastighederne falder længere tilbage i tiden. Desuden kan regioner, der i dag oplever aktiv opstrømning/kappefanen, blive upålidelige hurtigere, fordi den bagudgående advektion ikke tager højde for, hvor længe denne har været aktiv."

Forskerne fandt dog en tydelig sammenhæng mellem dynamiske topografibegivenheder og palæogeografiske ændringer i den vestsibiriske søvej, såvel som Eurasien, med negative palæodynamiske topografianomalier sammenlignet med moderne dynamiske topografier.

Det eurasiske vestsibiriske hav er modelleret til at have været op til 800 m lavere under eocæn sammenlignet med i dag. Dette indikerer den rolle, kappekonvektion kan have spillet i at transformere Jordens marine og terrestriske landskaber med opstrømning under Eurasien og subduktion under Tethyshavet. De undersøgte yderligere eustacys rolle, havniveauændringer på grund af landhævning eller landnedsættelse for at forklare åbningen af ​​den vestsibiriske søvej, men fastslog, at dette ikke kunne have handlet alene for at producere søvejen.

Det er vigtigt at forstå åbningen og lukningen af ​​gamle søveje på grund af implikationerne for oceanografi og den biogeografiske spredning af organismer både i havet og på tværs af landmasser.

Ændringer i havets cirkulationsmønstre kan have haft betydelige konsekvenser for transporten af ​​varme fra troperne til polerne i en af ​​de varmeste perioder i de sidste 66 millioner år, Paleocæn-Eocæn Thermal Maximum, og en åben vestsibirisk søvej kunne have bidraget til denne varmetransport på det tidspunkt.

Flere oplysninger: Eivind O. Straume et al., Impact of mantel convection and dynamic topography on the Cenozoic palæogeography of Central Eurasia and the West Siberian Seaway, Earth and Planetary Science Letters (2024). DOI:10.1016/j.epsl.2024.118615

Journaloplysninger: Earth and Planetary Science Letters

© 2024 Science X Network