The Early Toarcian environmental crisis : mechanisms and consequences of an Icehouse-Greenhouse Transition

Rübsam, Wolfgang

Mechanisms triggering the Toarcian environmental crsis are debated controversially. Environmental changes were accompanied by a perturbation of the carbon cycle, expressed by a negative carbon isotope excursion that reflects the injection of 12C-enriched carbon into the Earth’s ocean and atmosphere system. Carbon sources and mechanisms of carbon release remain unknown. Moreover, a precise timescale of the Toarcian environmental crisis and the carbon cycle perturbation is under debate. Results of this thesis allow proposing a new and unifying model that explains the key-features of the Toarcian and links them into a coherent Earth system concept. The key features of the Toarcian can be explained by the response of the Earth’s sensitive cryosphere towards a moderate global warming. The cryosphere became destabilized by a rise in global temperature initiated by the emplacement of the Karoo-Ferrar LIP. Melting of polar ice caps can explain the rapid sea level rise that occurred synchronically with the increase in SST. Moreover, the demise of cryosphere-stored carbon and the release of 12C-enriched carbon into the Earth’s ocean-atmosphere system can explain the carbon cycle perturbation. Global warming, sea level rise and carbon release occurred synchronically in discrete steps and were paced by changes in the Earth’s solar orbit. Release of greenhouse gases caused a positive feedback and drove the Earth’s climate into an extreme greenhouse phase. The stepwise nature of this event can be associated with single hyperthermals. Black shale deposition on the Western Tethyan shelf reflects the local response of a shelf environment towards global warming that led to an eutrophication of the shelf sea.

Die Mechanismen, die der globalen Erwärmung während des unteren Toarciums zu Grunde liegen werden kontrovers diskutiert. Die damit einhergehenden Umweltveränderungen wurden von einer massiven Störung des Kohlenstoffkreislaufs begleitet, welche sich in einer negativen Isotopenexkursion ausdrückt, die einen verstärken Eintrag isotopisch leichten Kohlenstoffs in die Atmosphäre und Ozeane anzeigt. Kohlenstoff-Reservoirs als Freisetzungsprozesse sind weitestgehend unbekannt. Die Ergebnisse der Arbeit erlaubten die Entwicklung eines neuen konzeptionellen Modells, welches die wichtigsten Beobachtungen erklären kann und in einem vereinheitlichenden Erdsystem zusammenführt. Die Umweltveränderungen während des unteren Toarciums können mit der Reaktion der Kryosphäre auf eine extern ausgelöste moderate globale Erwärmungsphase erklärt werden. Die Eruption der Karoo-Ferrar Flutbasaltprovinz leitete eine globale Erwärmungsphase ein, die zur Destabilisierung der Kryosphäre führte. Das Abschmelzen der polaren Eiskappen erlaut es des raschen Meeresspiegelanstieg zu erklären. Die Destabilisierung der an die Kryosphäre gebundenen Kohlenstoff-Reservoirs stellt einen plausiblen Mechanismus dar um den globalen Kohlenstoffkreislauf nachhaltig zu beeinflussen. Globale Erwärmung, Meeresspiegelanstieg und die Freisetzung von Treibhausgasen liefen Zeitgleich ab und erfolgte in diskreten Events in Abhängigkeit von Änderungen der Erdbahnparameter. Die Freisetzung von Treibhausgasen hatte ein positive Rückkopplung zur Folge, welche die globale Erwärmung verstärkte und die Erde in ein extremes Treibhausklima führte. Die Ablagerung bituminöser Sedimente auf dem West-Tethys Schelf, die das Ozeansiche Anoxische Ereignisse im Toarcium definieren, kann als der lokale Ausdruck dieses Schelfmeeres auf die globale Erwärmung gewertet werden. Die verbesserte Erhaltung organischen Materials wurde zudem durch die speziellen paleogeographischen Gegebenheiten dieses Ablagerungsraumes begünstigt.

Cite

Citation style:

Rübsam, Wolfgang: The Early Toarcian environmental crisis. mechanisms and consequences of an Icehouse-Greenhouse Transition. 2016.

Rights

Use and reproduction:
No CC License (german copyright law applies)

Export