Gece Okuması Fosillerde gizlenmiş çok sayıda eski hava durumu sırları var
Modern hava istasyonlarının gözlem verileri, insanların dünyanın iklimini anlamasını kısıtlayan kısa bir zaman aralığına (çoğunlukla 100 yıldan az) sahiptir. Jeologlar 100 yıldan uzun bir süredir dünyanın geçmiş iklim değişiklikleri hakkında büyük miktarda veri elde etmek için buz çekirdekleri, okyanus birikintileri, ağaç halkaları, mercanlar, göller ve bataklıklar, dikitler gibi yeryüzündeki çeşitli jeobiyolojik taşıyıcılar kullandılar.
Yaşayan istiridye.
Bununla birlikte, mevcut paleoiklim araştırma taşıyıcılarının zaman çözünürlüğü, genellikle on yıllardan aylara kadar düşüktür. Böyle bir zaman çözünürlüğü, Dünya'nın geçmiş iklim değişikliklerini incelemek için kullanılabilir, ancak bir gün-saat veya hatta daha kısa bir zaman ölçeğinde meydana gelen hava değişikliklerini incelemek için kullanılamaz.
Çin Bilimler Akademisi'nden bir akademisyen olan An Zhisheng'in rehberliğinde, Çin Bilimler Akademisi Toprak Çevre Enstitüsü'nden araştırmacılar ve 5 yıldan fazla süren sıkı çalışmalardan sonra diğer birimler, Güney Çin Denizi fosillerinden gün-saat çözünürlükte eski hava durumu bilgilerinin elde edilebileceğini keşfettiler. İlgili makaleler yakın zamanda Proceedings of the National Academy of Sciences'da yayınlandı. Özel makalemizin ilk yazarı ve Çin Bilimler Akademisi Toprak Çevre Enstitüsü'nde araştırmacı olan Yan Hong, okuyuculara ilgili konularda popüler bir bilim yorumu sunacak.
Antik iklim araştırması sadece ay için "doğru" olabilir mi?
İklim, aylar, mevsimler, yıllar, birkaç yıldan yüzlerce yıla kadar değişen zaman ölçekleri ile atmosferik fiziksel özelliklerin uzun vadeli ortalama durumu veya değişimidir. İklim soğuk, ılık, kuru ve ıslak özelliklerle ölçülür ve genellikle belirli bir dönemin ortalama değeri ve sapma değeri ile karakterize edilir. Hava, atmosferin fiziksel özelliklerinin anlık durumudur. Zaman ölçeği, şiddetli yağmur, tayfun, soğuk dalga vb. Gibi günler, saatler, dakikalar ve hatta saniyedir.
Yan Hong, insan uygarlığının doğuşundan bu yana, iklim ve hava değişikliklerini anlamanın en önemli görevlerden biri haline geldiğini anlattı.Örneğin, eski Çin tarihi belgelerinde iklim ve hava değişiklikleri hakkında birçok bilgi kaydedildi ve İlkbahar ve Sonbahar Dönemi ile Savaşan Devletler Dönemi doğdu. Harika denebilecek yirmi dört güneş terimi bugün hala kullanılıyor. Ve Avrupa'da Antik Yunan filozof Aristoteles, aynı zamanda dünyanın en eski meteoroloji kitabı olan "Meteoroloji" yi MÖ 300'den fazla yazmıştır.
16. yüzyılın ortalarından sonra, Avrupa endüstrisinin gelişimi bilim ve teknolojinin gelişimini teşvik etti ve çeşitli meteorolojik gözlem araçları icat edildi.Örneğin, 1593'te İtalyan bilim adamı Galileo termometreyi icat etti, 1643'te İtalyan bilim adamı Tori Zelli barometreyi icat etti ve 1783'te. Shuer higrometreyi icat etti ve benzerleri. Bu cihazlar, meteoroloji istasyonlarının kurulması için gerekli koşulları sağlar. Yer havası gözlem istasyonları ve istasyonları birbiri ardına kurulmuş ve bir yer hava durumu gözlem ağı oluşturmuştur.
İnsanlar yaklaşık 400 yıldır termometreler ve barometreler gibi meteorolojik gözlem araçlarını icat etmiş olsalar da, ilk gözlemsel veriler ya birleşik bir standarda sahip değildi ya da kaybolmuştu ve coğrafi dağılım nispeten seyrek ve düzensizdi. Yüksek kaliteli meteoroloji istasyonlarının en uzun gözlem verileri 100 yıldan azdır ve çoğu meteoroloji istasyonu 100 yıldan daha azdır.
Yüz yıldan az olan bu meteorolojik veriler, dünyanın iklimindeki ve hava koşullarındaki değişiklikleri doğru bir şekilde anlamak ve geleceği tahmin etmek için yeterli olmaktan uzaktır. 19. yüzyılın ortalarından itibaren modern araçsal veri eksikliğini gidermek için, Jeologlar, yeryüzündeki geçmiş iklim değişikliklerini yeniden inşa etmek için yeryüzündeki buz çekirdekleri, okyanus yatakları, ağaç halkaları, mercanlar, göl yatakları, dikitler vb. Gibi çeşitli jeobiyolojik taşıyıcıları kullanmaya başladılar ve bu, paleoklimatolojiyi doğurdu. Bir konu.
Örneğin, son binlerce yılda belirli bir alandaki sıcaklık veya yağış değişikliklerini yeniden yapılandırmak için ağaç halkalarının genişliğini kullanmak; okyanus yüzeyindeki sıcaklık değişimlerini yeniden yapılandırmak için mercan yıllık katmanlarının oksijen izotopunu ve element oranlarını kullanmak; son birkaç milyon yıldaki Doğu Asya'yı belirtmek için lös tortularının tane boyutunu kullanmak Kış rüzgarının şiddeti vb.
Yüz yıldan fazla süren sıkı çalışmanın ardından jeologlar, son 65 milyon yıl veya daha uzun süredir Dünya'nın iklim değişikliği için başarıyla bir çerçeve oluşturdular. Bu bilgi, dünyanın iklim tarihi hakkındaki anlayışımızı büyük ölçüde zenginleştirdi. Dünya tarihinde süper buz çağları, süper sıcak dönemler ve şiddetli buzul-buzullar arası döngülerin olduğunu bize bildirin. Aynı zamanda akıntıyı anlamamıza da yardımcı olur. Dünya iklimi tarihinde küresel ısınmanın yeri.
Paleoklimatoloji çalışması pek çok sonuç elde etmiş ve dünyadaki iklim değişikliğini anlamamıza önemli yardım sağlamış olsa da, paleosentez terimini nadiren duymuş gibiyiz. Paleo-deri araştırması önemli mi? Tabii ki değil.
Jeologlar buz çekirdekleri, okyanus yatakları, ağaç halkaları, mercanlar, göl yatakları, dikitler vb. Gibi birçok paleoiklim araştırma taşıyıcısı geliştirmiş olsalar da, sağlayabilecekleri bilginin zaman çözünürlüğü çok düşüktür, genellikle onlarca Yıllardan yüzlerce yıla kadar, ağaç halkaları ve mercanlar gibi en yüksek çözünürlüklü taşıyıcılar ancak yıllara veya aylara ulaşabilir. Başka bir deyişle, bu jeobiyolojik taşıyıcılar aracılığıyla elde ettiğimiz şey, birkaç yüz yıl ve en fazla birkaç ay boyunca ortalama iklim bilgisidir. Bu bilgi Dünya'nın iklimindeki (aylık ve üzeri) değişiklikleri anlamak için kullanılabilir, ancak bir gün-saat veya daha kısa bir zaman ölçeğinde meydana gelen hava değişikliklerini incelemek için kullanılamaz.
Yaşayan istiridye.
İstiridye neden paleo deri araştırmalarının taşıyıcısı olma potansiyeline sahiptir?
Yan Hong tanıttı, İstiridye, dünyadaki en büyük çift kabukludur. Eosen'den beri (yaklaşık 50 milyon yıl önce) tropikal Pasifik-Hint okyanus mercan resiflerinin önemli bir parçası olmuştur. İstiridyelerin ömrü 100 yıla ulaşabilir veya bunu aşabilir ve karbonat kabukları çok hızlı büyür ve birkaç on yıl içinde 1 metreden fazla büyüyebilir. İstiridye kabukları genellikle yıllık büyüme katmanlarına veya hatta günlük büyüme katmanlarına sahiptir, bu çok ideal bir yüksek çözünürlüklü küresel değişim geçmişi araştırma taşıyıcısıdır.
Hepinizin bildiği gibi, ortak küçük kabuklarımız genellikle aşağı doğru açılır ve kasların içinden geçebilir. Ancak istiridye genellikle mercan resif tepsisine açıklıkları yukarı doğru olacak şekilde sabitlenir ve ömür boyu hareket etmezler. Bu taşınmaz özellik, paleoiklim ve paleo deri üzerine yaptığımız araştırmalar için çok önemlidir. İstiridye sürekli hareket ediyorsa, kaydedilen iklim ve çevre bilgisi, konum değiştikçe bozulacaktır. Neyse ki, deniz tarağı, tıpkı çevredeki okyanus, hava durumu ve iklim bilgilerini aynı yerde kaydetmeye devam eden bir deniz hava durumu istasyonu gibi bir ömür boyu hareket etmez. Bu sadece doğal bir "jeolojik hava istasyonu" dur.
İstiridyelerin dış örtüsünde çok sayıda zooksantel vardır.Zooksantellerin fotosentezi doğrudan istiridye için enerji sağlayabilir.Bu nedenle, istiridye aslında fotosentez yoluyla yaşar.Çocuk dönemlerinde birkaç zooksantel yemek dışında, Bir ömür boyu neredeyse hiç yemek yemeyin. Paleo-hava rekonstrüksiyonu için istiridye kullanmamız için fotosentezle yaşayan istiridyelerin özellikleri de çok önemlidir.Hava değiştiğinde zooksantellerin fotosentez verimliliği değişecek, istiridyelerin büyüme hızı gibi biyojeokimyasal özellikler değişecektir. Bu nedenle fosil istiridyelerin büyüme hızı değişimlerini test ederek, eski iklim ve hava durumu değişiklikleri hakkında bilgi edinmek mümkündür.
İstiridyelerin en uzun ömrü 100 yıldır ve çoğu 50 yıl civarındadır. Başka bir deyişle, tek bir istiridye 50-100 yıllık iklim veya hava durumu kayıtları sağlayabilir. Çok uzun olmasa da birçok fosil kabuklu fosilimiz var.Bazıları on yıllar önce, bazıları yüzlerce yıl önce ve bazıları binlerce, hatta on binlerce yıl önce yaşadı. Çok sayıda geçmiş iklim ve hava durumu değişikliği bilgisi sağlayabilir.
Bir fosil kabuklu hayvanın enine kesiti ve yıllık katman sayısı, kabukluların ömrünün yaklaşık 60 yıl olduğunu göstermektedir.
İlk olarak, yıllık istiridye katmanlarına bir göz atalım. Güney Çin Denizi'ndeki Xisha'dan bir istiridyenin enine kesitinde, istiridyelerin yıllık laminası olan laminaları açıkça görebiliriz.Kış ve yaz aylarında farklı büyüme oranları nedeniyle karbonatlar farklı optik özellikler sergiler. Tabakanın genişliği yıldan yıla 1-20 mm arasında değişir, gençken daha hızlı, yaşlandığında yavaş büyür. Ama insan gibi yaşlandığında uzamayacak, sadece yavaş büyüyor ama yine de büyüyecek.
Dünya Çevre Enstitüsü'nün kendi geliştirdiği mikro sondaj ekipmanını kullanarak, aylık çözünürlükte numuneler elde etmek için her bir midye-yıllık katmandan 12'den fazla numune alınabilir. Bu örnekleri test ederek, oksijen izotopunun ve element oranının aylık çözünürlük kayıtlarını elde edebiliriz. Bu veriler esas olarak sıcaklık tarafından kontrol edilir ve bunlar ile sıcaklık arasında nicel bir ilişki vardır Mevcut sıcaklığı hesaplamak için bir dönüşüm denklemi kurulabilir.
Bu, paleoiklim araştırmalarında istiridye kullanmanın temel ilkesidir. Genellikle bir fosil deniz tarağı topladıktan sonra, yaşadığı yaklaşık yaşı belirlemek için radyokarbon tarihleme kullanırız ve ardından her bir laminer tabakadan 12'den fazla numune alır ve ardından numunelerin oksijen izotopunu ve element oranını test eder ve ardından kullanırız. Denklemleri dönüştürün, o andaki sıcaklığı hesaplayın ve ilgili iklim sistemi değişikliklerini tartışın.
Bu noktaya kadar, istiridye ile yaptığımız şey, aylarca süren bir paleoiklim araştırmasıdır ve gün-saat ölçeğinde hava değişikliklerinin derinliklerine inmek hala imkansızdır.
Bir sonraki nokta, daha önce istiridyeleri gözlemlemek için çıplak gözle kullanmıştık, ancak daha sonra geliştirdik. Biyolojik araştırmada yaygın olarak kullanılan bir lazer konfokal mikroskop kullanarak, mikroskop altında net ve sürekli günlük büyüme laminalarını görebiliriz. Güneş deseninin genişliği 10-60 mikrondur. Başka bir deyişle, istiridye aslında her gün küçük bir katman büyüyor, ancak onu çıplak gözle göremiyoruz, ancak mikroskopla görebiliyoruz.
Bu heliosfer çok önemlidir çünkü günlük çözünürlüğe sahip kronolojik bir çerçeve oluşturmak için kullanılabilir ve bu aynı zamanda günlük çözünürlüklü paleoweather araştırmalarımızın temelini oluşturur.
İstiridyelerin açık ve sürekli güneş desenleri varsa, istiridyelerin geçirdiği zamanı günden güne bölebiliriz. Daha sonra istiridyelerin en azından günlük çözünürlük büyüme oranı değişiklikleri günlük büyüme genişliğine göre belirlenebilir. Ayrıca istiridye büyümesinin fotosenteze bağlı olduğunu ve hava değişikliklerinden etkileneceğini daha önce belirtmiştik. Bu nedenle günlük büyüme hızı o andaki hava değişikliklerini yansıtabilir.
Günlük çözünürlüğün doğru bir kronolojik çerçevesi ile, çözünürlüğü daha da iyileştirmek için her bir güneş katmanında daha fazla karışıklık yaratabiliriz. Örneğin, güneş katmanındaki element dağılımını test etmek için nano-ikincil iyon kütle spektrometresi kullanmak.
Az önce istiridyelerin her bir güneş modelinin genişliğinin 10-60 mikron olduğunu ve nano-ikincil iyon kütle spektrometresinin ölçüm çözünürlüğünün 1 mikron ve hatta daha yüksek olabileceğinden bahsettik Teorik olarak her güneş modelinde 10-60 elde edilebilir. Sürekli bir element verisi (veri çözünürlüğü 0.4-2.4 saat), saatlik çözünürlük jeokimyasal sırasını oluşturabilir.
Günlük çözünürlüklü büyüme oranları ve saat çözünürlüklü jeokimyasal kayıtlarla, günlük-saat çözünürlükte paleo-hava çalışmaları yapabiliriz. Örneğin, günlük-saatlik çözünürlük büyüme oranı ve istiridyelerin element oranı kayıtlarındaki nabız benzeri ani değişikliklerin neredeyse tamamen Güney Çin Denizi'nin kuzey kesimindeki yazın tayfunlar ve kışın soğuk dalgalar gibi aşırı hava olaylarıyla ilgili olduğunu bulduk. Örneğin, Güney Çin Denizi'nin kuzeyine bir tayfun çarptığında, hava koşullarının bozulması nedeniyle deniz tarağının günlük büyüme hızı düşecek; aynı zamanda tayfunun neden olduğu kuvvetli rüzgar, okyanus yüzeyinde Fe, Ba ve diğer besin maddelerinin artmasına ve yüzey verimliliğinin artmasına neden olabilir. , Ve istiridyelerin jeokimyasal parametrelerinde kaydedilmiştir.
Bu bilgi, istiridyelerin günlük büyüme katmanının, geçmişte meydana gelen tayfunlar ve soğuk dalgalar gibi aşırı hava olaylarını incelemek için kullanılma potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir. Diğer bir deyişle, Fosillerde kaç tane tayfun, kaç tane yağmur fırtınası, kışın kaç tane soğuk dalga olduğu vs. okunabilir.
Örneğin, karbon tarihleme yöntemleriyle elde edilmiş bir fosil kabuklu fosili elde ettik.Bu kabuklu, yaklaşık 2000 yıl önce Çin'deki Han Hanedanı olarak hayatta kaldı. Sonra birkaç yıl boyunca çıplak gözle, bu midyenin ömrünün 60 yıl olduğunu biliyoruz, sonra 60 yıl boyunca göreli bir kronolojik çerçeve oluşturabiliriz. Oksijen izotopunu ve element oranını aylık çözünürlükle test ederek o zamanki ortalama iklim durumunu hesaplayabiliriz.Eğer hesaplama sonuçları o andaki sıcaklığın mevcut olandan 1,2 daha yüksek olduğunu gösteriyorsa, Çin'deki Han Hanedanlığı döneminde bunun yaklaşık 2000 yıl önce olduğu sonucuna varılabilir. Güney Çin Denizi'ndeki sıcaklık şu anda olduğundan 1,2 ° C daha yüksektir ve bu tipik bir sıcak dönemdir. Ayrıca, lazer eş odaklı mikroskopi ve nano-ikincil iyon kütle spektrometrisini kullanarak 60 yıllık, gün-saat çözünürlüklü biyojeokimyasal kaydı elde edebiliriz. Sonra o zamanki hava koşullarını analiz edebiliriz, örneğin kaç tane tayfun, kaç tane şiddetli yağmur, kışın kaç tane soğuk dalga olduğu vb.
Deniz tarağının eşsiz güneş deseni tabakası
Daha önce de belirtildiği gibi, istiridye eski hava durumu bilgilerini kaydetme potansiyeline sahiptir, anahtar nokta bir güneş katmanına sahip olmasıdır. Öyleyse soru şu, diğer jeobiyolojik taşıyıcıların güneş katmanları var mı? Ağaç halkaları ve mercanlar gibi.
Cevap, bilim adamlarının da birçok girişimde bulundukları, ancak şimdilik, açık ve sürekli güneş modellerine sahip başka bir taşıyıcı bulamadıklarıdır.
Ağaç halkaları gibi. Mikroskobik analiz, ağaçların temelde bir mevsimde bazı hücre katmanlarını büyüttüğünü, ancak her gün değil, dolayısıyla güneş tabakası elde edilemediğini göstermektedir. Ve ağaçlar genellikle kışın büyümeyi durdurur veya yavaş büyür ve sürekli kayıt sağlayamazlar.
Bir başka örnek de mercandır. Ayrıca Güney Çin Denizi'nden mercan örnekleri üzerinde mikroskobik analiz yaptık ve güneş tabakası bulunmadı. Teorik olarak, istiridye her gün kalsiyum sıvısı salgılayan tek bir canlı vücuttur ve bir katman oluşturmak mantıklıdır. Mercanlar, mercan böceklerinin salgıladığı kireçli kemiklerden oluşur ve teorik olarak açık ve sürekli güneş desenlerine sahip olmak zordur.
Diğer küçük kabuklar, istiridyelere benzer ve teorik olarak bunlara sahip olabilirler, ancak istiridye ile karşılaştırıldığında büyüme hızları çok yavaştır ve mevcut teknolojiden net ve sürekli güneş kalıpları elde etmek zor olabilir.
Bazı insanlar istiridyelerin güneş düzeninde bir kusur olup olmadığını sordular. Bununla ilgili bazı doğrulamalar yaptık ve bariz bir kusur bulamadık. Örneğin, Güney Çin Denizi'nde büyük bir istiridye topladık. Yıllık lamina ve izotopik yıllık döngü, ömrünün yaklaşık 23,5-24 yıl olduğunu gösteriyor. Güneş laminalarını sayıyoruz. Toplam güneş laminası 8,649 katman olup, ortalama 360 ila Temelde, her yıl 368 katın belirgin bir eksikliği yoktur.
Güney Çin Denizi'ndeki fosil midye kabuklarının fotoğrafı.
Karbon 14 tarihleme hatası paleoweather araştırmasını etkiler mi?
Diğer bir soru da, karbon-14 tarihleme hatasının birkaç on yıl olacağı ve fosil istiridyelerin tarihlemesinin yalnızca karbon-14 ile belirlenebileceği. Bu, istiridyelerin eski hava araştırmalarını etkileyecek mi?
Cevap hayır. Karbon-14 testi bize sadece istiridyelerin hangi çağda yaşadığını söyler, bu da yeterlidir. En çok ihtiyacımız olan şey, istiridyelerin yaşamları boyunca aldığımız göksel çözünürlük kayıtlarının sürekli olmasını sağlamak için doğru nispi kronolojidir, böylece bu on yıllarda hava koşullarının nasıl olduğunu analiz edebiliriz. nın-nin.
Örneğin, yukarıda bahsedilen Han Hanedanı fosil istiridyeleri, nihayet elde ettiğimiz şey, 2000'den sonraki 60 yılda, Güney Çin Denizi'nin sıcaklığının günümüzden yaklaşık 1,2 ° C daha yüksek olması, yani tipik bir sıcak dönem ve bu 60 yıl içinde tayfun Nasıl, ne kadar şiddetli yağmur, soğuk dalga vb. Bu 60 yılın 2000-2060 mı yoksa 2010-2070 mi olduğu çok önemli değil.
Kaynak Beijing Daily Client | Muhabir Wang Hongliang
Zhou Wenli'yi düzenle
İşlem Editörü Liu Weili
