Dr. Straume förklarar betydelsen av detta projekt och vad som initialt väckte teamets intresse för kopplingen:"Jag är intresserad av kopplingen mellan topografisk evolution och klimatförändringar, särskilt konsekvenserna av att öppna och stänga strategiska oceaniska portar.

"Att utforska länken till djup jord, vilket vi gör här, är kanske det som fascinerade mig mest med det här projektet. Det belyser hur några av de postulerade interaktionerna mellan jordens inre, fasta ytan och havet/atmosfären blir alltmer tillgängliga för kvantitativa utforskning.

"Fynden i denna artikel visar att dynamiken i jordens inre kunde ha påverkat höjden på ytan på platser där den sannolikt har bidragit till förändringar i havscirkulationen, biogeografin och klimatet. Tidigare förändringar i topografi, och de mekanismer som orsakar sådana förändringar, är viktigt för att förstå klimatförändringar på geologiska tidsskalor (över miljoner år)."

För att göra det digitaliserade Dr Straume paleogeografiska kartor och andra tillgängliga data över Eurasien, Arabien och Nordafrika för att generera digitala höjdmodeller av tidigare topografi, och jämförde dessa med nya modeller för dynamisk topografibildning under samma tidsintervall. Dessutom matade teamet in sedimentologiska fältdata för att begränsa West Siberian Seaways gränser, såväl som biologiska data för att indikera migrationen av arter över landmassor, vilket betyder när sjövägen var öppen eller stängd.

Genom att utforska processen mer i detalj, avslöjar Dr. Straume hur teamet kunde rekonstruera topografi på geologiska tidsskalor:"Kartorna digitaliseras separat för var och en av de tektoniska plattorna vi fokuserade på i denna studie, baserade på tektoniska-sedimentära-palinspastiska kartor och andra tillgängliga data.

"Konturerna av varje geologisk enhet ritades manuellt och skapade individuella polygoner för varje enhet för varje geologisk tidsskiva. Därefter tilldelade vi enheterna höjder, slog ihop dem till ett rutnät som spänner över området av intresse och modellerade förändringarna mellan tidpunkterna där vi inte har data. Kartorna är relativt exakta i större skala, men det finns betydande osäkerheter regionalt i både tid och rum som vi försökte minimera genom att ta hänsyn till andra data och den tektoniska och geodynamiska miljön."

Rekonstruktioner visar att Eurasien täcktes av en grund sjöväg i eocen (56–33,9 Ma), medan Arabien också översvämmades av ett epikontinentalt (inlands) hav vid denna tidpunkt tills det visade sig att det blev landbaserat av sen miocen (~11,6 Ma). Kollisionen mellan Eurasien och Arabien ledde slutligen till stängningen av Tethys Seaway ~20 Ma, en djup passage som förenade Atlanten och Indo-Stillahavshavet. Moderna havscirkulationsmönster härrör från denna stängning, vilket påverkar överföringen av värme, näringsämnen och vattenmassor inom och över havsbassänger från ekvatorn till polerna.

"Stängningen av Tethys Seaway var viktig för havscirkulationen i den meningen att den begränsade transporten från Indiska till Atlanten, vilket kunde påverka styrkan hos Atlantic Meridional Overturning Circulation och därmed påverka klimatet globalt", säger Dr Straume.

"Om den inte hade stängts, kunde vältningen i Atlanten ha varit svagare än den är idag. Dessutom hade den troligen en viss inverkan på utvecklingen av moderna asiatiska monsuner. Stängningen bildade också en landbro som däggdjur gick över och lekte med en roll i deras biogeografiska spridning över norra Afrika, Arabien och Eurasien."

Dr Straume och kollegor undersökte rollen av mantelkonvektion för att förklara dessa förändringar genom att använda dagens mätningar från seismisk tomografi (avbilda jordens inre med hjälp av seismiska vågor från jordbävningar och explosioner) och hastigheter för litosfäriska plattor. Dessa användes sedan för att "arbeta baklänges" och bestämma densitetsavvikelser i manteln genom tiden, vilket kunde kopplas till dynamisk topografi.

Forskargruppen föreslår att det finns en bra konfidensnivå för mantelrekonstruktioner genom kenozoikum, men detta minskar tillbaka i geologisk tid och begränsar därför användningen av denna teknik längre in i fanerozoikumens eon och därefter.

Dr Straume föreslår, "Konfidensnivån för mantelrekonstruktionerna och motsvarande paleodynamiska topografi minskar snabbt bakåt i tiden. Det är svårt att ge ett kvantitativt mått på denna osäkerhet, men i allmänhet är allt före ~60 Ma inte särskilt tillförlitligt. manteltätheten blir mer skiktad, och flödeshastigheterna minskar längre tillbaka i tiden. Dessutom kan regioner som idag upplever aktiv upwelling/mantelplym bli otillförlitliga tidigare eftersom den bakåtriktade advektionen inte tar hänsyn till hur länge denna har varit aktiv."

Forskarna fann dock en distinkt korrelation mellan dynamiska topografihändelser och paleogeografiska förändringar i Västsibiriska havet, såväl som Eurasien, med negativa paleodynamiska topografiavvikelser jämfört med moderna dynamiska topografier.

Det eurasiska västsibiriska havet är modellerat att ha varit upp till 800 m lägre under eocen jämfört med idag. Detta indikerar vilken roll mantelkonvektion kan ha spelat för att omvandla jordens marina och terrestra landskap, med uppströmning under Eurasien och subduktion under Tethyshavet. De undersökte vidare rollen av eustacy, förändringar i havsnivån på grund av landhöjning eller sänkning, för att förklara öppnandet av den västsibiriska sjövägen, men fastställde att detta inte kunde ha agerat ensamt för att skapa sjövägen.

Att förstå öppnandet och stängningen av forntida sjövägar är viktigt på grund av konsekvenserna för oceanografin och den biogeografiska spridningen av organismer både i havet och över landmassor.

Förändringar i havscirkulationsmönster kan ha haft betydande konsekvenser för transporten av värme från tropikerna till polerna under en av de varmaste perioderna under de senaste 66 miljoner åren, Paleocen-Eocen Thermal Maximum, och en öppen västsibirisk sjöväg kunde ha bidragit till denna värmetransport vid den tiden.

Mer information: Eivind O. Straume et al, Impact of mantel convection and dynamic topography on the Kenozoic paleogeography of Central Eurasia and the West Siberian Seaway, Earth and Planetary Science Letters (2024). DOI:10.1016/j.epsl.2024.118615

Journalinformation: Earth and Planetary Science Letters

© 2024 Science X Network