Disse sidene ble laget i forbindelse med utstillingen "Messels siste jungel" fra 2008.
Innledning
Vi skal her se litt nærmere på det siste store temperaturoptimumet som vi kaller eocen Optimum (forkortet EO), og prøve å gi svar på noen naturlige spørsmål omkring dette fenomenet:
Hvordan var det egentlig? Hvorfor skjedde det, og hvordan gikk det over?
Et interessant aspekt omkring disse fenomenene er at mennesket ikke har opplevd noen av de skikkelig store høytemperaturperiodene Jorda har vært gjennom. Derimot er vår tilstedeværelse her på Jorda helt avhengig av den store utrydding og fornying av livsformene som har funnet sted rundt de største høytemperaturperiodene vi har hatt.
Figuren over viser kontinentene slik vi antar de var for 47 millioner år siden
Hvordan var klimaet i eocen perioden? Som navnet sier dreide det seg om et optimum, et temperaturmaksimum, målt i havets overflatelag. Økningen antas å ha vært størst ved høye breddegrader, det vil si i det som mange millioner år senere skulle bli Norge, og områdene videre nordover. Her viser boreprøver at temperaturøkningen kan ha vært så mye som 8-9 °C, og ga en temperatur på ca 23 °C. Ved midlere breddegrader anslås økningen å ha vært ca 5-6 °C, og her endte det opp i ca 35 °C. Ved ekvator økte temperaturen minst, men nådde allikevel opp over 40 °C.
Temperaturøkningen fant sted over hele Jorda, men altså relativt sett minst ved ekvator. Oppmerksomme lesere vil reagere på at 8-9 °C kunne gi topptemperaturer ved Nordpolen på 23 °C. Det skyldes at Jorda på forhånd var ganske varm og hadde vært det i flere hundre millioner år. Oversikter over store istider på Jorda viser at det var ca 300 millioner år siden siste istid.
På grunn av de høye temperaturene over så lang tid var Jorda isfri på Antarktis, og ble det i Arktis etter hvert som EO virket.
Figuren viser temperaturkurven for Jorda fra nå og 65 millioner år bakover i tiden.
Vi ser at det går flere millioner år før den når toppen, og like mange år på å komme tilbake til utgangs-temperaturen.
Uten å gå nærmere inn på det, ser vi at perioden fra eocen til i dag preges av et betydelig fall i temperaturen. I enkelte perioder dannes det pånytt is på Antarktis. Disse fenomenene går vi ikke nærmere inn på i denne artikkelen.
Hvilke konsekvenser finner vi?
I havet skjedde det flere ting: Den høye temperaturen ga som nevnt nedsmelting av den arktiske isen som ikke allerede var smeltet. Dette ga en havnivåøkning på ca 4- 5 m i tillegg til den termiske utvidelsen av havvannet som også ga 4-5m økning av havvannstanden, altså en total effekt på ca 10m. Dette førte igjen til endringer i saltinnhold i havet, endrede havstrømmer. Samtidig foregikk en betydelig forflytning av de tektoniske platene. Dette påvirket også havstrømmene.
Hele Jorda ble varmere, men forskjellen mellom ekvatortemperaturen og polartemperaturen var nye mindre enn den er nå.
Flora og fauna
Den brå og betydelige temperaturøkningen også i de dypere havlagene førte til en nær 100% utrydding av flere vanlige flagellattyper i de nordlige farvann. Store ledige varme havmasser ga så grunnlag for betydelig innvandring av subtropiske/tropiske algetyper.
På landjorda skjedde det ikke så fort, men resultatet ble det samme. Det varme fuktige klimaet ga en eksplosiv vekst av skog. Hele Jorda var dekket av store skoger, faktisk fra pol til pol. De store og primitive krypdyrene og pattedyrene som dominerte tidligere, taklet ikke de varme forholdene, og ble i løpet av perioden utkonkurrert av små moderne pattedyr og fugler. Det ser ut til at de små dyra taklet høy temperatur mye bedre enn de store.
Mange av disse nye dyreartene kom over landmassene fra Asia, og mange vandret helt over til det nordamerikanske kontinentet, slik det var mulig med kontakt mellom kontinentene fra Europa, Grønland og Amerika. Se figur 1.
Informasjon om dyre og planteliv fra den tiden får vi gjennom fossiler. En av de viktigste fossilfunnplassene som gir oss dette, heter Grobe Messel og representerer livet på Jorda (Europa) for ca 47 millioner år siden.
Stedet som ligger i Tyskland nær Darmstadt, er med sin unike plassering i tiden også kjent for de rike fossilfunnene fra Grobe Messel. Dannelsen av de rike fossilfunnene i Grobe Messel er tidsmessig godt plassert for å beskrive de livsformer som regjerte på slutten av eocen. Funnene viser tydelig det store forfallet av gamle arter på veg ut, og en kraftig oppkomst av nye moderne arter. Blant annet er menneskets historie her på Jorda avhengig av den katastrofe dette var for mange andre dyrearter. Stedet er også kjent for meget høy kvalitet på fossilfunnene.
Messel-hesten.
Denne hesten, liten som en kanin, er forstadiet til dagens hester. Et eksempel på de små vellykkede pattedyrene som kom østfra og utviklet seg bra i det varme klimaet i eocen. Over tid har den etter hvert øket i størrelse. Denne hesten er det gjort mange funn av.
Leptictidum.
Denne representanten for pattedyr som utviklet seg fra krypdyrene i krittiden. Typisk med meget lang hale, kraftige bakbein, som den gikk med. Den hadde ikke kraftige nok ledd til å kunne hoppe. Den døde ut i mot slutten av eocen.
Hvorfor ble det så varmt og hvorfor varte det så lenge?
Vi ser at PETM har et helt annet forløp enn EO . Den starter opp med en fart som i geologisk sammenheng er imponerende. I løpet av 2-3 tusen år har havtemperaturen ved Nordpolen nådd 23°C. Etter 110 tusen år har naturen fått rettet opp dette og vi er tilbake på EO .
LMO er ikke like imponerende, men likevel måtte naturen jobbe i 400 tusen år før den også var tilbake på EO .
Ser vi nøye på temperaturkurven under EO ser vi at den er meget urolig. Noen av disse urolighetene er i seg selv betydelige. Under den oppstigende delen av EO ser en to ekstra temperaturtopper. Den ene er betegnet PETM, og den andre har fått klengenavnet ELMO etter de røde lagene en finner i boreprøvene fra den tiden. Begge disse toppene er på sitt maksimale like høye i temperatur som den store EO.
PETM antas å ha blitt trigget av et eller flere store vulkanutbrudd i metanrike områder. Deler av Jorda brant i 800 år, sier noen. Resonanser med andre planeter og Jordas stilling i forhold til Sola trekkes inn som forklaring til mange temperaturendringer på Jorda, både varme perioder og istider. Dette passer dårlig på EO og PETM , men gir en god forklaring på ELMO.
Både PETM og ELMO utviklet seg altså fra kraftige, men meget kortvarige prosesser som gled over i kortvarige drivhusprosesser som ga meget høye temperaturer, men som naturen klarte å avvikle i løpet av få hundre tusen år.
I sterk kontrast til ELMO og PETM utviklet EO seg langsomt og ubønnhørlig over 7-8 millioner år. I første halvdel av EO perioden ser det ut til å pågå en langvarig og stabil prosess som bygget opp meget høye CO2 -verdier i atmosfæren, 6-7 ganger de verdiene vi finner i dag. Kilden til dette karbonet var store mengder av frosset metan i de øvre lagene på havbunnen. Mange milliarder tonn med metan ble frigjort i denne perioden. Mye ble forbrent til CO2 , og en del spredte seg i atmosfæren. Begge gassene bidro til en drivhusprosess ut av balanse. [5]
Men hva startet det hele?
Det er blant annet foreslått at India med sin tektoniske plate kolliderte med det asiatiske kontinent slik at deler av platene gikk til værs og dannet Himalaya, mens andre platedeler ble trykket ned i Jordas indre hvor den høye magmatemperaturen frigjorde store mengder med CO2 fra geologisk materiale. Dette ga et kraftig bidrag til det atmosfæriske nivået av CO2 , som blandet seg opp i drivhuseffekten og ga en betydelig temperaturøkning. Altså en lokal prosess som friga mineralsk karbon til atmosfæren. Akkurat det motsatte av det som hele tiden skjer i havet når CO2 nivået øker, nemlig at CO2 bindes som karbonat.
Forskjellen på de to prosessene ligger i temperaturen som i magma er ca 1000°C og på karbonatbindingen på havbunnen som i denne perioden kunne ligge på 10-15 °C.
Den forhøyede havtemperaturen førte i sin tur til øket frigjøring av frosset metan på havbunn. Det meste av metanet oksiderte til CO2, resten ble frigjort til atmosfæren og bidro sammen med CO2 til ennå høyere temperaturer. Vi fikk en galopperende drivhusprosess ute av balanse.
Andre teorier forklarer oppstarten og den lange varigheten av temperaturoptimumet med bevegelsene av de tektoniske platene og påfølgende endrede strømningsforhold i havene.
Hvordan gikk det over
Her er det ikke gode svar, men det forskes mye omkring disse problemene. Det antas at et ukjent engangsfenomen satte i gang en langvarig drivhuseffekt ute av likevekt. Vi fikk en runddans med høyere CO2 ---høyere temperatur----varmere havvann som i sin tur ---- mer CO2 osv.
Mot dette har vi en, alltid pågående prosess i havet som binder CO2 som karbonatholdige mineraler. Prosessen har en kolossal kapasitet, men er langsom. Det vil si at den kan rydde opp i det meste, men det vil ta lang tid. Hele tiden var det derfor i havene en pågående prosess med å binde CO2 som karbonat. Når tilgangen på metan etter flere millioner år ble mindre ble denne bindingen av mineralsk karbonat raskere enn dannelsen av CO2 , slik at CO2 nivået flatet ut og etter hvert begynte å synke. Til slutt sank den så lavt at drivhuseffekten gikk over i en ishus-effekt. Perioden avsluttes derfor med et raskt og stort fall i temperaturen som førte oss inn i en betydelig istid.
Det er ennå mye usikkerhet omkring teoriene som skal forklare det som skjedde den gangen, men om få år er nok det meste på plass. Derimot er det stor enighet omkring temperaturberegningene, havnivået, hva som levde på den tiden og hvordan det gikk med dem. Uten denne store hendelsen i Jordas historie hadde vi kanskje ikke vært her!
Litteraturhenvisninger / for mer lesning:
- http://en.wikipedia.org/wiki/Paleocene-Eocene_Thermal_Maximum
- http:/www.odsn.de/odsn/services/paleomap/paleomap.html
- Doug MacDougall, Frozen Earth ,. University of California Press (2004) s. 143-4 og s. 171-3.
- Appy Sluijs, Global change during the Paleocene-Eocene thermal maximum . Doktorgradsarbeide., Utrecht University.(2006)
- Robert Rhode , 65 million years of climate change, for Global Warming .(2006). Dataene kommer fra: James Zachos et al Trends, Rhythms, and Aberrations in Global Climate 65Ma to present ; Science 292(s686-93)(2001)
- Intergovernmental Panel on Climate Change .(IPCC) 2001. kap.6. (Generelt om klima, drivhuseffekter og dagen I dag)
- Science Blogg: Purdue University . Antarctic iced over when greenhouse gasses, not ocean currents shifted .(2004)
- Matthew Huber et.al . Heat transport, deep waters, and thermal gradients . Geophysical research letters vol.28 p. 3481-84
- Takuro Kobashi et. al . Water mass stability reconstructions from greenhouse to icehouse . Paleoceanography vol 19 p 1022: