PALEOİKLİMİN TEMEL PRENSİPLERİ

... konulu sunumlar: "PALEOİKLİMİN TEMEL PRENSİPLERİ"— Sunum transkripti:

1 PALEOİKLİMİN TEMEL PRENSİPLERİ
Dersin sorumlusu: Prof. Dr. Turhan AYYILDIZ

2 Ders KONULARI Dersin tanıtılması - Dünya İklim Sistemi ve Bileşenleri Hakkında Genel Bilgiler Plaka Tektoniği ve İklim Değişimlerinin İlişkisi Paleomagnetizm, Yaşlandırma Yöntemleri (Radyoaktif İzotoplar ve diğerleri) Paleoiklim Çalışmalarında Duraylı İzotop Uygulamaları (Oksijen, Karbon vd., Paleoiklimsel kanıtların Değerlendirilmesi – Denizel = Sedimanlar (Bentik ve Planktonik Foraminiferler) ve Mercanlar) Karasal = Buz Karotları, Pollenler, Ağaç Halkaları, Sarkıt ve Dikitler ve Gölsel Sedimanlar) ARASINAV Dünya üzerindeki buzullaşma dönemleri Buztopu Dünya Hipotezi (Snowball Earth) ve Prekambriyen’de İklim Permiyen-Triyas Yok Oluşu - Okyanus ve İklim değişimleri Kretase Ilık İklim Devri (Deniz Seviyesi değişimleri, Plakaların Haraketliliği, Atmosferdeki CO2 değişimleri, Okyanus Asitleşmesi Senozoikte İklim (Paleosen-Eosen Termal Maksimum Dönemi) Pleistosen Buzullaşması (Orbital Dönüşümlerinin Buzullaşmaya Deniz Seviyesi Değişimlerine Etkisi, Heinrich ve Dansgaard-Oeschger Olayları) Holosen Son Buzullaşma Dönemi: Buzul Çökelimi ve Sıcaklık Değişimleri, Younger Dryas Olayı

3 İKLİM NEDİR? İklim, bir yerde uzun bir süre boyunca gözlemlenen sıcaklık, nem, hava basıncı, rüzgar, yağış, yağış şekli gibi meteorolojik olayların ortalamasına verilen addır. Hava durumundan farklı olarak iklim, bir yerin meteorolojik olaylarını uzun süreler içinde gözlemler. Bir yerin iklimi o yerin enlemine, yükseltisine, yer şekillerine, kalıcı kar durumuna ve denizlere olan uzaklığına bağlıdır. İklimi inceleyen bilim dalına klimatoloji adı verilir. İklim bir çok alt sistemin ürünüdür.

4 Hava durumu ve iklim İklim uzun dönem kayıtları (yaklaşık 30 yıl), ortalamaları ve değerleri gösterir, hava ise günlük tecrübelerdir. İklim ve havayı daha açık ve net tanımlayıcı tanımlarda mevcuttur. Bunlar; ‘İklim sizin umduğunuz, hava ise bulduğunuzdur’ ‘İklim hangi elbiseyi alacağınızı, hava ise hangi elbiseyi giyeceğinizi söyler’ ‘Hava saat ise, iklim takvimdir’

5 İKLİME ETKİ EDEN FAKTÖRLER

6 Milankovitch döngülerinin yalınlaştırılmış birlikte gösterimi: Yerküre’nin yörüngesinin eklindeki (E), eksen eğikliğindeki (T) ve iklimsel presesyonundaki (P) değişiklişklerin yalınlaştırılmış çizimsel gösterimi (Jansen vd., 2007)

7 Yörünge zorlaması (Milankovitch)
1. Şekil (eksantrisite, ~ 100K ve 400K yıl) 2. Eğilme (eğiklik, ~ yıl = 41K yıl) 3. Titreşim (devinim, ~ 23K yıl) There are three types of orbital change of relevance to our discussion. These were first described by the Yugoslavian astronomer Milutin Milankovitch who proposed the idea of a climate connection in the 1930's. Figure 11. Eccentricity changes on a ~100,000 year cycle. The basic premise of the theory is that, as the Earth travels through space, three separate cyclic movements combine to produce variations in the amount of solar energy falling on the Earth. Figure 11 illustrates the first type of orbital change, dealing with the changes in the shape of the Earth's orbit (eccentricity) as the Earth rotates about the Sun. The more eccentric the orbit the more elliptical the orbital shape. It turns out that the Earth's orbit goes from quite elliptical to nearly circular in a cycle with a period of ~100,000 years. Presently, we are in a period of low eccentricity (~3%) and this gives us a seasonal change in solar energy of ~7%. When the eccentricity is at its peak (~9%), the "seasonality" reaches ~20%. In addition a more eccentric orbit will change the length of seasons in each hemisphere by changing the length of time between the vernal and autumnal equinoxes. TILT -- The angle of the Earth's axial tilt (obliquity of the ecliptic) varies with respect to the plane of the Earth's orbit. These slow 2.4° obliquity variations are roughly periodic, taking approximately 41,000 years to shift between a tilt of 22.1° and 24.5° and back again. When the obliquity increases, the amplitude of the seasonal cycle in insolation increases, with summers in both hemispheres receiving more radiative flux from the Sun, and winters less. Conversely, when the obliquity decreases, summers receive less insolation and winters more. But these changes of opposite sign in summer and winter are not of the same magnitude everywhere on the Earth's surface. At high latitude the annual mean insolation increases with increasing obliquity, while lower latitudes experience a reduction in insolation. Cooler summers are suspected of encouraging the onset of an ice age by melting less of the previous winter's precipitation. Because most of the planet's snow and ice lies at high latitude, it can be argued that lower obliquity favors ice ages for two reasons: the reduction in overall summer insolation and the additional reduction in mean insolation at high latitude. Scientists using computer models to study more extreme tilts than those that actually occur have concluded that climate extremes at high obliquity would be particularly threatening to advanced forms of life that presently exist on Earth. They noted that high obliquity would not likely sterilize a planet completely, but would make it harder for fragile, warm-blooded land-based life to thrive as it does today.[6] Currently the Earth is tilted at degrees from its orbital plane, roughly halfway between its extreme values. The tilt is in the decreasing phase of its cycle, and will reach its minimum value around the year 11,800 CE ; the last maximum was reached in 8,700 BCE. This trend, by itself, tends to make winters warmer and summers colder with an overall cooling trend leading to an ice age, but the 20th century instrumental temperature record shows a sudden rise in global temperatures and a concurring glacial melt has led some to attribute recent changes to greenhouse gas emissions.[7] WOBBLE -- Precession is the trend in the direction of the Earth's axis of rotation relative to the fixed stars, with a period of roughly 26,000 years. This gyroscopic motion is due to the tidal forces exerted by the Sun and the Moon on the solid Earth, which has the shape of an oblate spheroid rather than a sphere. The Sun and Moon contribute roughly equally to this effect. When the axis points toward the Sun in perihelion, one polar hemisphere has a greater difference between the seasons while the other has milder seasons. The hemisphere that is in summer at perihelion receives much of the corresponding increase in solar radiation, but that same hemisphere in winter at aphelion has a colder winter. The other hemisphere will have a relatively warmer winter and cooler summer. When the Earth's axis is aligned such that aphelion and perihelion occur near the equinoxes, the Northern and Southern Hemispheres will have similar contrasts in the seasons. At present, perihelion occurs during the southern hemisphere's summer, and aphelion is reached during the southern winter. Thus the southern hemisphere seasons are somewhat more extreme than the northern hemisphere seasons, when other factors are equal.

8 Yörünge dönemlerinin etkileşimi farklı değişim şekilleri verir
Yörünge dönemlerinin etkileşimi farklı değişim şekilleri verir. Güneş ışığındaki değişimlerin büyüklüğü iklim değişikliklerini açıklayacak kadar geniştir. Magnitudes of changes in solar insolation are LARGE enough to explain ice ages. But, next question is do the patterns line up correctly in time (just like the sun’s luminosity change is large enough, but, doesn’t fit the pattern of ice ages).

9 Milankovitch Forcing Buz karot verilerini açıklıyor
~ 23ky Tilt 41ky -10 -20 Günümüzden 1000 yıl önce (kyr B.P.)

10 Şekil 1. Köppen’e göre Türkiye ve çevresinin iklimi (FAO, 1997)

11 Dünya sıcaklığı ne yönde değişmektedir?
Gözlemler, geçtiğimiz 157 yılda, bölgesel farklılıklar olmakla birlikte, yeryüzü sıcaklığının küresel ölçekte arttığını göstermektedir. Küresel ortalamada, son yüzyıldaki ısınma iki aşamada gerçekleşmiştir; 1910’lardan 1940’lara (0.35°C) ve 1970’lerden günümüze (0.55°C). Artan ısınma oranı daha çok son 12 yılda gerçekleşmiş ve tüm zamanların kaydedilen en sıcak 12 yılın 11’i bu son 12 yıl içerisinde gerçekleşmiştir. Küredeki ısınma, okyanusların ısınması, deniz seviyelerindeki yükselme, Kutuplardaki buzullardaki erimeler ve Kuzey Kutbu kar kalınlığındaki azalma ile kanıtlanmaktadır.

12 PALEOİKLİM NEDİR? ALETSEL ÖLÇÜMLERİN YAPILMADIĞI DÖNEMLERİN İKLİMİ
DÜNYA TARİHİNDE GÜNÜMÜZE KADAR MEYDANA GELEN İKLİMSEL DEĞİŞİKLİKLER JEOLOJİK GEÇMİŞTE YAŞANAN İKLİM DURUMLARI

13 PROXY DATA NEDİR? İKLİME BAĞLI GELİŞEN , DOLAYISIYLA İKLİMSEL VERİ İÇEREN DOĞAL OLUŞUMLARIN TÜMÜ PROXY VERİ PALEOKLİMATOLOJİ

14 Bradley (1999) Glaciological (Ice cores) Geochemistry (major ions and isotopes of oxygen and hydrogen) Gas content in air bubbles Trace elements and microparticle concentrations Physical properties (e.g. ice fabrics) Geological i- Marine (ocean sediment cores) Oxygen isotopic compostion Faunal and floral abundance Morphological variations Alkenones (from diatoms) ii- Inorganic sediments Terrestrial (aeolian) dust and ice-rafted debris Clay mineralogy iii- Terrestrial Glacial deposits and features of galical erosion Periglacial features Shorelines (eustatic and galico-eustatic features) Aeolian depsoits (loess and dunes) Lacustrine sediments and erosional fetaures (shorelines) Pedological features (relict soils) Speleothems (age and stable isotope composition)

15 DEVAM Biological Tree rings (width, denstiy, stable isotope compositions) Pollen (type, relative abundance, and/or absolute concentration) Plant macrofossils (age and distribution) Insects (assemblage characteristics) Corals (geochemistry) Diatoms, ostracods and other biota in lake sediments (assemblages, abundance, and/or geochmeistry) Modern population distribution (refugia and relict populations of plants and animals) Historical Written records of environmental indicators (parameteorological phenomena) Phenological records) Principle sources of proxy data for paleoclimatic reconstructions

16

17 PALEOİKLİM ANALİZİ YAPILIRKEN İZLENEN ADIMLAR
VERİ TOPLAMA SAHA ÇALIŞMALARI GÖZLEMLER SAHA ANALİZLERİ LABORATUAR ANALİZLERİ/ÖLÇÜMLERİ YAŞLANDIRMA TEKNİKLERİNİN UYGULANMASI JEOKİMYASAL ÇALIŞMALAR POLLEN ANALİZLERİ DENDROKLİMATOLOJİ ARKEOLOJİK ÇALIŞMALAR ANALİZ SONUÇLARININ YORUMLANMASI CLIMAP HAZIRLANMASI İSTATİKSEL VERİ HAZIRLANMASI MODELLEME YAPILMASI

18 İklim değişikliğinin nedenleri
A. Tektonik B. Yörünge (Orbital) C ?? D. ??

19

20 Özet Geçmişteki iklim değişiklikleri Dünya üzerinde dramatik olmuştur. En uzun vadeli değişimler (100 lerce Milyon yıl, Ma) kıtaların kaybolması ve sera gazlarıyla olan etkileşimlerden kaynaklanmaktadır. Orta zaman ölçeklerde (1-10s Ma), değişiklikler orbital karakteristikler ile tetiklenir. Günün özeti: “Eğer eski iklimden hoşlanmıyorsanız, jeolojiyi tam olarak anlayamazsınız…”