Snowball Earth-hypotesen. Att jorden var helt istäckt för 700 miljoner år sedan. Bild: BBC

Transkript

1 Snowball Earth-hypotesen Att jorden var helt istäckt för 700 miljoner år sedan. Bild: BBC

2 Dina lärare

3 Om kursen Orienteringskursen Snowball Earth-hypotesen handlar om ett flertal världsomfattande - s.k. snowball - glaciationer som antas ha skett för miljoner år sedan (Neoproterozoikum). Som kursdeltagare kommer du få lära dig om de geologiska processer som styr Jordens klimat samt orsakerna bakom extrema klimathändelser och du kommer att få ta del av ett ämne med pågående vetenskapsdebatt samt aktuell forskning. Kurslitteratur är Earth s climate: past and future av Ruddiman och ett flertal vetenskapliga artiklar. Geology of Islay av Webster, Anderson och Skelton rekommenderas som extra läsningsmaterial för exkursionsdelen.

4 Kunskapskontroll Ditt betyg baseras på: En skriftlig tentamen (80%) En exkursionsrapport (20%) Vi använder en 7-gradig betygskala (A-F): Godkänt: A: 90%; B: 80%; C: 70%; D: 60%; E: 50% Ej godkänt: Fx: 40%; F: <40%

5 Ditt schema 16/1. Geologin bakom klimatsystemet Alasdair Skelton 23/1. Extrema klimathändelser i Jordens historia (växthus och ishus) Helen Coxall 30/1. Den pågående istiden Sarah Greenwood 6/2. Snowball Earth-hypotesen Alasdair Skelton 13/2. Arktiska oceanen finns det analogier för Snowball Earth-hypotesen under de senaste årmiljonerna? Martin Jakobsson 20/2. Sedimentologiska bevis för och emot hypotesen Alasdair Skelton 6/3. Geokemiska bevis för och emot hypotesen Alasdair Skelton 13/3. Bevis för och emot hypotesen från Islay och Garvellachöarna Alasdair Skelton 20/3. Livets utveckling och Snowball Earth-hypotesen Otto Hermelin 24-26/3. Exkursion till Islay, Skottland 3/4. Kan en Snowball Earth händer igen? Alasdair Skelton 10/4. Tentamen (Omtentamen 28/5)

6 Exkursion till Islay, Skottland 24-26/3-2019

7 Exkursion till Islay, Skottland Exkursionen är fysisk krävande exkursion med vandringar på km (alt. 4-6 km) i ojämn terräng. Bilder från Cotswold Outdoors och Hostelling Scotland

8 Anmälan Du anmälar dig på plats genom att fylla i och lämna in blanketten som du får på föreläsning. Du får endast anmäla dig själv. Du lämnar in anmälningsblanketten idag eller vid nästa föreläsningen (23/1). Du får en bekräftelse att du har fått en plats på exkursion senast 24/1. Du ordnar din resa till och från Islay efter att du har fått denna bekräftelse. Du infomerar Alasdair Skelton (alasdair.skelton@geo.su.se) om (1) ankomsttid och plats (Islay flygplats, Port Ellen eller Port Askaig) och (2) avgångstid och plats.

9 Du ordnar egen transport till/från Islay Ut- och hemresa: Alt. 1. Flyg till/från Islay via London/Amsterdam och Glasgow (t ex BA, KLM)** Alt. 2. Flyg till/från Edinburgh*,** (t ex SAS, Norwegian, BA, KLM); Buss från flygplatsen via Glasgow till Kennacraig (bokas på Färja från Kennacraig till Islay ( * Vi rekommenderar att du inte flyger hem på samma dag som du lämnar Islay i fall färjan ställs in pga vädret. ** Vi rekommenderar att du har lämnat Storbritannien senast 28/3 pga Brexit.

10 Snowball Earth-hypotesen Att jorden var helt istäckt för 700 miljoner år sedan. Bild: BBC

11 Ishus, istider och glaciationer Ett ishus är en kall period av Jordens historia som vanligtvis kännetäcknas av att istäcken finns i polarregionerna. Ett ishus varar 10-tals miljoner år. En istid är en kallare period med upprepade omfattande nedisningar. En istid varar i miljontals år. En glacial eller glaciation är nedisning under en istid. En glaciation kan vara i tusentals år. Ett ishus kan innehålla således istider som i sin tur kan innehålla flera glaciationer.

12 Vilken planet är varmaste och varför? Venus Jorden T = 460 C T = 15 C Bilder: NASA

13 Solenergi Bild: Walmart

14 Solenergi 645 W/m 2 Venus T = 340 C 342 W/m 2 Jorden T = 52 C Bilder: NASA

15 Albedo Svart stol Vit katt

16 Albedo 645 W/m 2 Venus 130 W/m2 515 W/m 2 T = -136 C 342 W/m W/m 2 Jorden 242 W/m 2 T = -18 C Bilder: NASA

17 Växthuseffekten Svart täcke Vit katt

18 Solenergi och växthuseffekten 0,04% CO 2 T = 15 C Jorden Bild: NASA

19 Växthuseffekten 96,5% CO 2 T = 460 C Venus Bild: phys.org

20 Svag solen paradox Solenergi för 750 miljoner år sedan = 0,9 Idag

21 Temperaturförändring under geologisk tid Temperatur ( C) ,8 0,6 0,4 0,2 0, Miljoner år sedan Miljoner år sedan Modified after Merritts et al. (1997)

22 ,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Temperatur ( C) Kallare Varmare Temperaturförändring under geologisk tid 30 Paleocen-eocen-termalmaximum 56 miljoner år sedan ?? 2100 (RCP 8,5) Snowball Earth och miljoner år sedan Miljoner år sedan Miljoner år sedan Kenozoikum: 18 O: Zachos et al. (2008); T: Hansen et al. (2013) Fanerozoikum: 18 O: Veizer et al. (2000); T: Royer et al. (2004) Neoproterozoikum: 13 C: Halverson et al. (2005)

23 Temperaturmättningar och proxier Historiska mättningar Stockholm Geologiska proxier Data/bilder: Moberg et al. (2002;2003), Bolincentret för klimatforskning; NASA

24 Syreisotoper O 18 O

25 18 O δ 18 O = 18 O 16 O sample 18 O 16 O standard O 16 O VSMOW = Craig (USGS) 18 O VSMOW = O VPDB VSMOW = Vienna Standard Mean Ocean Water VPDB = Vienna Pee Dee Belemnite

26 T( C) Isotopisk fraktionering O O O PDB Epstein et al. (1953) T = 16,5 4,3[ 18 O PDB ] + 0,146 [ 18 O PDB ] 2 Bild: UCL

27 T( C) Isotopisk fraktionering O O O PDB Epstein et al. (1953) T = 16,5 4,3[ 18 O PDB ] + 0,146 [ 18 O PDB ] 2 Bild: UCL

28 Isotopisk fraktionering 16 O 18 O 18 O 16 O 16 O 16 O 16 O 18 O 16 O 16 O 18 O

29 18 O som en proxy för klimat 18 O 6 Nedisningar Miljoner år sedan Zachos et al. (2008)

30 18 O som en proxy för klimat 18 O Växthus Ishus Miljoner år sedan Zachos et al. (2008)

31 18 O som en proxy för klimat 18 O 5 Ishus Växthus Miljoner år sedan Veizer et al. (2000)

32 Kolisotoper C 13 C

33 Isotopisk fraktionering 12 C 13 C Bild: ucmp.berkeley.edu

34 13 C som en proxy för klimat (?) Sturtian Snowball Earth Marinoan Snowball Earth C Karbonat Shuram anomaly Miljoner år sedan Påverkan av borttagning av organisk material på karbonater Hydrotermal 13 C Borttagning av organisk material Data: Halverson et al. (2005)

35 ,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Temperatur ( C) Kallare Varmare Temperaturförändring under geologisk tid 30 Paleocen-eocen-termalmaximum 56 miljoner år sedan ?? 2100 (RCP 8,5) Snowball Earth och miljoner år sedan Miljoner år sedan Miljoner år sedan Kenozoikum: 18 O: Zachos et al. (2008); T: Hansen et al. (2013) Fanerozoikum: 18 O: Veizer et al. (2000); T: Royer et al. (2004) Neoproterozoikum: 13 C: Halverson et al. (2005)

36 Temperaturförändring under geologisk tid Kallare Varmare ?? Temperaturförändring enligt proxier Temperaturförändring enligt svag solen-hypotes Miljoner år sedan Kenozoikum: 18 O: Zachos et al. (2008); T: Hansen et al. (2013) Fanerozoikum: 18 O: Veizer et al. (2000); T: Royer et al. (2004) Neoproterozoikum: 13 C: Halverson et al. (2005)

37 Le Chateliers princip...

38 CO 2 och växthuseffekten Temperatur ( C) CO 2 i atmosfären (ppm) År 275 Data: IPCC (2013)

39 Kolcykeln kg Modifierad från Geisler (1997) och CDAC (1993)

40 Kolcykeln ,2 74, ,6 0, kg/år 0,2 Modifierad från Geisler (1997) och CDAC (1993)

41 Fältspat + H 2 O + CO 2 = Lera + Katjoner + HCO 3 -

42

43 Katjoner + HCO 3- = Kalksten

44 En negativ feedback (återkoppling) Ökad växthuseffekt Jorden blir varmare Snabbare vittring Mer CO 2 kvar i luften Jorden får mer energi från Solen Mindre CO 2 kvar i luften Långsammare vittring Jorden blir kallare Minskad växthuseffekt

45 Temperaturförändring under geologisk tid Kallare Varmare ?? Miljoner år sedan Temperaturförändring enligt proxier Temperaturförändring enligt svag solen-hypotes med vitringseffekten medräknad Kenozoikum: 18 O: Zachos et al. (2008); T: Hansen et al. (2013) Fanerozoikum: 18 O: Veizer et al. (2000); T: Royer et al. (2004) Neoproterozoikum: 13 C: Halverson et al. (2005)

46 Geologisk tid

47 Geologiskt tid i ett dygn :00 12:

48 :00 24:

49 Sturtian 20:12: :00 24:

50 Marinoan 20:36: :00 24:

51 Plattektoniksteori Bild: Marshak (2015)

52 Alfred Wegners kontinentaldrift-hypotes Glossopteris Mesosaurus Kaledoniderna Tilliter Bild: Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research

53 Alfred Wegners kontinentaldrift-hypotes Glossopteris Mesosaurus Kaledoniderna Tilliter Bild: Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research

54 Patrick Blacketts polvandringskurvor Nordamerikansk kurva Europeisk kurva 520Ma Bild: Nobelprisarkivet

55 Patrick Blacketts polvandringskurvor Europeisk kurva Nordamerikansk kurva 400Ma 180Ma Bild: Nobelprisarkivet

56 Tharp och Hezeens karta och Hess uppsats om geopoesi Bilder: Marie Tharp Maps; USGS; Princeton University

57 Vein, Matthews och Morleys magnetiska anomalier Bilder: USGS; Vine och Matthews 1963; Vine 1967

58 Plattektoniksteori Bild: Marshak 2015

59 Temperaturförändring under geologisk tid Kallare Varmare ?? Temperaturförändring enligt proxier Miljoner år sedan Kenozoikum: 18 O: Zachos et al. (2008); T: Hansen et al. (2013) Fanerozoikum: 18 O: Veizer et al. (2000); T: Royer et al. (2004) Neoproterozoikum: 13 C: Halverson et al. (2005)

60 När låg kontinenter på polarna? Animation: Cambridge Paleomap Services Limited

61 En positiv feedback (återkoppling) Ökad Jorden blir växthuseffekt varmare Snabbare vittring Kontinenter på polarna Mer CO 2 kvar i luften Snabbare istillväxt Mindre CO 2 kvar i luften Mer Albedo Långsammare vittring Jorden blir kallare Minskad växthuseffekt

62 Gondwana Antarktis Kallare Varmare Temperaturförändring under geologisk tid Pangaea?? Temperaturförändring enligt proxier Miljoner år sedan Kenozoikum: 18 O: Zachos et al. (2008); T: Hansen et al. (2013) Fanerozoikum: 18 O: Veizer et al. (2000); T: Royer et al. (2004) Neoproterozoikum: 13 C: Halverson et al. (2005)

63 Pangaeas växthus Bild: Cambridge Paleomap Services Limited

64 Modellering av Pangaeas växthusklimat Bild: Kutzbach 1994

65 Pangaeas vinter Pangaeas sommar Bilder: Kutzbach 1994

66 En positiv feedback (återkoppling) Ökad Jorden blir växthuseffekt varmare Snabbare vittring Mer CO 2 kvar i luften Mer CO2 från vulkaner Snabbare oceanbottenspridning Mindre CO 2 kvar i luften Långsammare vittring Jorden blir kallare Minskad växthuseffekt

67 Har spridningshastighet ändrats? Animation: Cambridge Paleomap Services Limited

68 Temperaturförändring under geologisk tid Kallare Varmare ?? Temperaturförändring enligt proxier Miljoner år sedan Kenozoikum: 18 O: Zachos et al. (2008); T: Hansen et al. (2013) Fanerozoikum: 18 O: Veizer et al. (2000); T: Royer et al. (2004) Neoproterozoikum: 13 C: Halverson et al. (2005)

69 När bildades bergskedjorna? Animation: Cambridge Paleomap Services Limited

70 Kaledoniderna ( 450 Ma) Bild: Bolincentret för klimatforskning

71 Pyrenéerna ( 300 Ma) Bild: El Fosilmaníaco

72 Himalaya (Idag) Bild: Pavel Novak

73 En positiv feedback (återkoppling) Ökad Jorden blir växthuseffekt varmare Snabbare vittring Bergkedjesbildning Mer CO 2 kvar i luften Mer relief Snabbare vittring Mindre CO 2 kvar i luften Långsammare vittring Jorden blir kallare Minskad växthuseffekt

74 Temperaturförändring under geologisk tid Kallare Varmare Kaledoniderna Pyrenéerna Himalaya 0?? Temperaturförändring enligt proxier Miljoner år sedan Kenozoikum: 18 O: Zachos et al. (2008); T: Hansen et al. (2013) Fanerozoikum: 18 O: Veizer et al. (2000); T: Royer et al. (2004) Neoproterozoikum: 13 C: Halverson et al. (2005)

75 Snowball Earth-hypotesen Under geologisk tid regleras Jordens temperatur av: Solenergi Kemisk vittring Kontinentaldrift Oceanbottenspridning Bergkedjesbildning Vad hänt med Jordens temperaturreglering under Snowball Earth? Bild: BBC