生物应对全球变暖
虽然地球生物的贡献,影响,各种重要的气候反馈是不完全理解过程和大小而言,毫无疑问在科学界,人为的气候变化产生巨大和持续影响地球上的生态系统(帕尔玛和尤伊,2003;raybet雷竞技最新Rosenzweig et al ., 2008)。改变植物的分布和生态构成土地覆盖(例如,更换常绿的森林通过落叶森林)会导致意味着全球和区域的变化地表反射率,改变入射太阳辐射吸收的总量在地球表面及其空间分布(Baldocchi et al ., 2000;Marland et al ., 2003)。生态系统的变化已经迅速失去以上和海冰的陪同下,在地表反照率随之降低高纬度地区,由于过去一个世纪的全球变暖(适配器,2004;查宾et al ., 2005)。陆地植被的变化也导致蒸发蒸腾和土壤含水量的变化,反过来,云层和大气中的水蒸气质量(轩尼诗et al ., 1997;阿尔珀特et al ., 2006)。在海洋环境中,上升流和养分有效性的变化有可能影响浮游植物的二甲基硫醚的生产速度,从而改变云凝结核浓度和反照率等光学性质的变化层云在海洋(鲍彻,罗曼,1995;Schult et al ., 1997;坎普和波拉德,2008)。然而Vegetatioraybet雷竞技最新n-climate反馈,涉及复杂的、非线性相互作用相互竞争的影响,导致一个不确定的净应对气候强迫。然而,大气环流模型合并vegetation-climate反馈一般产量更高的气候敏感性(5.5°C /二氧化碳加倍;raybet雷竞技最新考克斯et al ., 2000)相对于模型缺乏
正式出版前的版本——主题进一步编辑修正这样的反馈,反映植被对辐射通量的直接影响,水的循环地球表面和潜热运输。
更新世古气候记录raybet雷竞技最新提供的证据确凿的例子的影响,以及气候变化的影响,植物与大气中的二氧化碳的温柔glacial-interglacial振荡几十万年来(Peteet曼,1994;raybet雷竞技最新科内尔和Peteet, 1999;Gillespie et al ., 2004)。的相对重要性这样的反馈,但是,可能会改变大气中的二氧化碳浓度继续增加远高于更新世间冰期的水平,和气候区域的地理分布变化。raybet雷竞技最新例如,更高的二氧化碳水平预计会饱和CO2施肥效应,导致陆地生物圈的一个转变净碳汇净源碳在这个世纪的某个时候(曹和伍德沃德,1998;考克斯et al ., 2000)。此外,当海洋变暖时表面与大气中二氧化碳的增加,变得不那么碱性carbonate-bearing动物会强烈影响(例如,见框2.6),进一步扰乱biota-climate反馈与重建从最近的过去。raybet雷竞技最新
盒2.6
过去和未来气候变化对珊瑚礁的影响raybet雷竞技最新
健康的珊瑚礁生态系统开发在一个相对狭窄的范围的海洋温度和化学(形成et al ., 1999),因此敏感指标的环境条件。全球变化的预测模型珊瑚礁生态系,以其丰富的生物多样性,将会暴露在海洋温度的上升和越来越酸性水域在下个世纪(豪厄格-古尔伯格et al ., 2007;见图2.12)。事实上,研究表明,全球气候变化已经造成急剧下降珊瑚生长在世界各地的珊瑚礁系统raybet雷竞技最新(豪厄格-古尔伯格,1999)。培养与珊瑚在酸化水域进行的实验表明骨骼增长下降随着酸度的增加,在极端的情况下,珊瑚殖民地可以完全失去骨架和成长anemone-like软体动物(细Tchenov, 2007)。事实上,海洋酸化可能竞争与全球变暖的最严重威胁海洋生态系统(豪厄格-古尔伯格et al ., 2007;De 'ath et al ., 2009)。珊瑚礁系统,然而,在本质上是复杂的结构和生态,使得它难以评估的可能影响未来全球变化对现代珊瑚礁完全基于今天的系统的研究。地质记录的化石礁进化提供了机会来研究珊瑚礁生态系统的响应对过去事件的增加全球温度和海洋酸化。
图2.12现存的例子从大堡礁的珊瑚礁,作为生态结构类似物预期用于大气中的二氧化碳值380 ppmv (A), (B) 450 - 500 ppmv, (C) > 500 ppmv(豪厄格-古尔伯格et al ., 2007)。场景对应于一个+ 2°C海洋温度的增加。增加大气中的二氧化碳和温度显示的场景,而不指的是特定的位置
图2.12现存的例子从大堡礁的珊瑚礁,作为生态结构类似物预期用于大气中的二氧化碳值380 ppmv (A), (B) 450 - 500 ppmv, (C) > 500 ppmv(豪厄格-古尔伯格et al ., 2007)。场景对应于一个+ 2°C海洋温度的增加。增加大气中的二氧化碳和温度显示的场景,而不指的是特定的位置
理解地球的深处过去拍照。奥乌豪厄格-古尔伯格来源:照片和许可的,全球变化
研究所,昆士兰大学。
珊瑚礁危机发生在现代海洋可能是第六等重大礁危机记录在过去的500我海洋后生动物的进化。四个前五后生动物的珊瑚礁的危机似乎已经由温室gas-forced全球变暖可能是与海洋酸化(贝隆,2008;基斯林和辛普森,2010)。至少三个礁危机与巨大的温室气体释放到海洋和大气,导致二氧化碳分压增加它们甚至比预期更多的类似地球的未来。例如,主要礁危机早期侏罗纪和白垩纪期间向大气中释放的大量火山二氧化碳导致全球变暖,海洋缺氧,很有可能海洋酸化(Knoll et al ., 1996;Svensen et al ., 2007;Hermoso et al ., 2009)。的一个主要礁危机发生的同时,最有名的温室气体引起海洋酸化在地质记录中,马Paleocene-Eocene热最大(古)56岁(下一章更详细地描述)。虽然珊瑚藻礁开始下降在始新世早期古地中海的地区由于发展很温暖(~ 30至35°C)热带海洋表面温度(Scheibner Speijer, 2008)(图2.13),物种灭绝率表明,古海洋酸化一定是主要的诱发因素以及全球变暖(基斯林和辛普森,2010)。值得注意的是,这个专业的深层时间记录礁危机唯一抓住了影响大规模的海洋生态系统,可能与未来预期损失的珊瑚礁。
区域 |
Paleo-Latitude |
Thanetian-Selandian 马(55.2 - -56.3) |
大肠始新世爬。最优 (50 - 55.2 Ma) |
|
n .钙质阿尔卑斯山W喀尔巴阡山意大利、希腊 |
43“N 32°N |
4 k |
4 k |
|
n亚得里亚海平台,比利牛斯山脉 |
38°N |
4 k |
-:- s |
4 k & |
12°N |
4 k |
4 k |
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西北印度、索马里 |
5°N为0° |
4 k |
4 k |
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5°S |
4 k |
|||
珊瑚藻礁较大的有孔虫类银行4 k小补丁礁图2.13下第三系礁历史从地中海地区和南亚。珊瑚藻礁,普遍在早第三纪早期主要高峰期间的温室效应消失始新世早期气候适宜期,取而代之的是碳酸盐岩成堆由大型底栖有孔虫(货币石银行)。来源:修改从Scheibner Speijer (2008)。 正式出版前的版本——主题进一步编辑校正 长的时间跨度的地质记录,特别是高等大气二氧化碳分压的暖期的记录,包括转换的这些时间,有可能产生独特见解的性质和生物气候扰动响应速度以及进biota-climate反馈伴随全球变暖。raybet雷竞技最新例如,mid-Paleozoic“绿化”的大陆,有脉管的陆地植物的进化和传播(Gensel安德鲁斯,1987;Beerbower et al ., 1992),记录了一个大规模的气候影响的自然实验vegetation-reflecting之间的对比主要unvegetated pre-Devonian世界与一个严重vegetated-that与重大变化在大气中的二氧化碳和截然不同的水文政权(Algeo et al ., 1995年,2001年)。潜在的深层时间记录的另一个例子是提供的重复发生的重大重组和营业额在陆生植物的社区与经常性的表面温度的变化,降水量,季节性,土壤水分的消亡晚古生代冰河时代在~ 295 - 260 Ma, CO2-forced植被地球唯一的模拟冰库温室过渡(见2.7)。 盒2.7 raybet雷竞技最新热带雨林气候驱动重组晚古生代 集成的raybet雷竞技最新气候代理晚古生代的记录与热带paleobotanical档案显示重复气候驱动生态系统重组paleotropical植物与气候和二氧化碳分压的变化,说明与过去相关的生物影响CO2-raybet雷竞技最新forced营业额永久性icefree世界(Montanez et al ., 2007;DiMichele et al ., 2009)。湿地flora-consisting蕨类植物和种子蕨类、sphenopsids lycopsids-was迅速取代了最早的二叠纪的旱地植物现在多元化的季节性干旱生境由突然从ever-wet转向半干旱条件下。Tree-fern-rich组成重新出现在潮湿,凉爽条件~ 285 Ma后续冰川作用的特点是降低二氧化碳分压(图2.14)。这种戏剧性的植物区系的变化与每个气候转变发生在古生代末冰河时期的最后阶段。raybet雷竞技最新 理解地球的过去 干长期 干长期  305.0 300.0 295.0 290.0 285.0 280.0 275.0 270.0 265.0 图2.14花卉丰富模式(A和B) paleotropics最新通过中间宾夕法尼亚的二叠纪期间,策划反对(C)估计二氧化碳分压(蓝线)和paleo-sea表面温度(红色带)。冰期时期或在高南部广泛的冷却纬度是所示蓝色酒吧。前面板(一个)显示了典型的最新的时间分布石炭系湿地组成(蕨类和种子蕨类、sphenopsids和石松)。中间面板(B)说明了旱地分布范围的时间分布(针叶树,callipterids和其他种子植物)多元化的季节性干旱的栖息地。短期内夹层的两个floras-at可能与湿地组成的回归millennial-scale-occurred早二叠纪中期所带来的凉爽和湿润条件下瞬态冰川作用显著降低二氧化碳分压和重新冻结成冰。来源:修改后Montanez et al。(2007)。 305.0 300.0 295.0 290.0 285.0 280.0 275.0 270.0 265.0 图2.14花卉丰富模式(A和B) paleotropics最新通过中间宾夕法尼亚的二叠纪期间,策划反对(C)估计二氧化碳分压(蓝线)和paleo-sea表面温度(红色带)。时期的南方高纬度冰川作用或广泛的冷却由蓝色酒吧所示。前面板(一个)显示了典型的最新的时间分布石炭系湿地组成(蕨类和种子蕨类、sphenopsids和石松)。中间面板(B)说明了旱地分布范围的时间分布(针叶树,callipterids和其他种子植物)多元化的季节性干旱的栖息地。短期内夹层的两个floras-at可能与湿地组成的回归millennial-scale-occurred早二叠纪中期所带来的凉爽和湿润条件下瞬态冰川作用显著降低二氧化碳分压和重新冻结成冰。来源:修改后Montanez et al。(2007)。 这些暂时的连续分布范围追踪气候条件,包含越来越先进的进化谱系表明进化创新发生在盆外更多领域,揭示了植物的迁移到低地盆地。raybet雷竞技最新一个这样的 正式出版前的版本——主题进一步编辑校正场景发生在条件结束时回到寒冷二叠纪早期当独特的种子植物组合,才再次观察到二叠纪末(针叶林)和中生代(苏铁植物),迁移到低地盆地。raybet雷竞技最新在海洋气候转换开大进化包括重大变化在海洋无脊椎生物多样性的外观多样化与早期陆生脊椎动物血统和花卉的重大重组生物群落(克拉珀姆和詹姆斯,2007)。 最近,渐进的,但极端气候变暖(也许> 30 42°C在热带地区)始新世早期的温室(框2.8)可能引发重大热带植物死亡,大量蒸散通量的变化、降水、反照率、表面温度、碳反馈(胡贝尔,2008)。在全球变暖的瞬态和短期干旱陆地生物群落之间的古新世-始新世极热重大重组导致扩张亚热带和热带雨林的纬度的范围(翼et al ., 2005)。氧化的陆地生物圈Paleocene-Eocene边界可能已经发布了几吨二氧化碳排放到大气中,大幅放大现有温室变暖及其气候效应(库尔茨et al ., 2003)。raybet雷竞技最新 盒2.8 在阿尔布始新世生物群系分布温室 煤层的发现在一个世纪前,化石的叶子化石森林,和温暖温带树木在北极圈西海岸的格陵兰岛,现代林木线以北1000多公里,是一个异常温暖的早期指标高纬度地区在过去。北极地区在5000万多年前被森林北至有土地,尽管类似配置的今天的大陆,变得越来越明显的发现数以百计的北极岛屿上类似的网站,和整个亚洲和北美北极(Spicer et al ., 2008)。北半球阿尔布始新世极地森林从根本上不同于现在的北方森林,北极圈以北不生长,因为它们是由落叶针叶树有关美国水松水杉,和各种各样的落叶阔叶树木。叶缘分析Paleocene-Eocene Axel Heiberg岛上分布范围从北极的加拿大(78°N)产量的年平均气温10°±2°C(贝辛格et al ., 1994),形成鲜明对比的现代的年平均气温-30°C。植物化石记录表明,在这个温暖的世界,亚热带和热带雨林都大大扩展了纬度的范围(图2.15)。 理解地球的过去 古新世 古新世
亚热带北极地区极地条件进一步表示发生的始新世早期鳄鱼,海龟,蛇在埃尔斯米尔岛80°N(这个时候道森et al ., 1976;Markwick, 2007)。后续发现的哺乳动物化石和植物,与现代生物群在法国和怀俄明州,证实了假设当时加拿大北极暖温带的一部分土地连接欧洲和北美(Hickey et al ., 1983)。最近的和令人惊讶的发现水生蕨类植物红萍在47个马始新世沉积物ACEX集成海洋钻井程序(IODP)核心的北冰洋(Brinkhuis et al ., 2006)将超现实主义的元素添加到此装饰图案无异的亚热带沼泽森林在一个温暖的,新鲜的北冰洋覆盖着漂浮水生植物。研究这样的无冰,高纬度地区深层时间类似物重要的科学windows到北极生态系统如何操作没有永久的海冰或完全deglaciated条件。 在两极世界森林和热带的中纬度地区,赤道领域的性质是一个严重的问题。最近的估计海洋表面温度为晚白垩世始新世热带地区,基于海洋微生物化石保存完好,表明温度可能超过35 - 40°C(诺里斯et al ., 2002;胡贝尔,2002;皮尔逊et al ., 2007)——缺乏赤道珊瑚礁可能已经因为海水太热。从赤道到北极丰富的证据表明,过去的温室是一个非常不同的地方从今天开始,生物群落的组成和分布是完全不同于目前不仅仅是一个温暖的世界,而是一个与现在完全不同的世界。 现代生物群落的潜在脆弱性灾难性的破坏(杰克逊et al ., 2001;Chase和雷鲍德,2003年)是一个问题被指定为一个“大挑战”的环境科学(NRC, 2001)。在全球范围内,至少现在的灭绝率估计是两个数量级高于长期平均水平(Hassan et al ., 2005),最大可能的大规模物种灭绝速度过去地质(Sepkoski, 1996;Bambach, 2006)。建模未来生物多样性损失及其对地球生态系统和气候的影响,然而,本质上是困难的(鲍et al ., 2007),使其必须评估的结果相当于“自然实验”在地质记录(NRC, 1raybet雷竞技最新995;迈尔斯和小山,2001)。五大,几十个 正式出版前的版本——主题进一步编辑修正小,几十亿年过去一半的物种大灭绝(Sepkoski, 1996;Bambach, 2006)提出独特的见解关于生态系统敏感性和应对环境压力,潜在的生态崩溃,和生态系统恢复的机制(本顿和Twitchett, 2003;Bottjer et al ., 2008)。此外,古生物的集成、地层和地球化学记录许多过去半个几十亿年的间隔显示过去的生物失误和可变字符大规模灭绝事件(例如,盒子2.4,2.6,2.7,2.8),这不仅对不同严重程度,而且持续时间、选择性和环境压力的性质(例如,超级温室环境的过渡奥陶系冰川作用,Trotter et al ., 2008;早中三迭世辐射,佩恩et al ., 2004;微型浮游生物危机和有孔虫耳声发射失误的白垩纪,Leckie et al ., 2002;Eocene-Oligocene动物物种灭绝和移民,Kobashi et al ., 2001;Ivany et al ., 2004)。最重要的是,独特地质记录截图过去climate-ecological交互作用充分发挥出来,从而影响档案,响应,互动,和恢复raybet雷竞技最新从过去的全球变暖,主要气候过渡。 |
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