Megamonso pangeano - Pangean megamonsoon

O megamonso pangeano refere-se à teoria de que o supercontinente Pangéia experimentou uma reversão sazonal distinta dos ventos, resultando em transições extremas entre os períodos seco e úmido ao longo do ano. Pangea era um conglomerado de todas as massas de terra continentais globais, que durou do final do Carbonífero até o Jurássico médio . Este megamonsoon intensificou-se à medida que os continentes continuaram a se mover um em direção ao outro, atingindo sua força máxima no Triássico , o período em que a área da superfície continental da Pangéia estava em seu pico.

O megamonsoão teria levado a regiões imensamente áridas ao longo do interior do continente. Essas áreas seriam quase inabitáveis, com dias extremamente quentes e noites frias. No entanto, as costas experimentaram sazonalidade, passando de um clima chuvoso no verão para um clima seco no inverno.

Circulação de monção

As circulações das monções , definidas como uma reversão sazonal dos ventos, exibem grandes mudanças nos padrões de precipitação em toda a região impactada. As monções são, portanto, caracterizadas por duas estações principais: chuvosa e seca. Eles são induzidos pela presença de pelo menos uma grande massa de terra e grande massa de água próximos uns dos outros. A circulação das monções mais comumente estudada atualmente é a das monções do Leste Asiático .

Descoberta do megamonso

O conceito de uma circulação de monção Pangeana foi proposto pela primeira vez em 1973. Os evaporitos no registro geológico sugeriam regiões vastas e extensas de condições secas persistentes perto do centro Pangeano, servindo como a evidência inicial para a disseminação da teoria. O interior do supercontinente, especialmente a porção oriental, teria sido extremamente seco, já que os sistemas de pressão hemisférica que conduzem a circulação teriam desviado quase toda a umidade atmosférica da região. A indicação posterior de um clima impulsionado pelas monções foi obtida através do exame de depósitos de carvão ao longo das porções externas do continente. A presença de ambas as características no registro geológico sugere circulações de monções.

À medida que a teoria do megamonso Pangeano começou a ganhar credibilidade, os paleoclimatologistas previram os impactos climatológicos da circulação para verificar se as observações e os modelos sustentavam a hipótese. O consenso geral listou quatro sinais primários que precisavam estar presentes para validar a existência do megamonsoon. Primeiro, os indicadores litológicos de sazonalidade devem abranger grandes distâncias ao longo da costa Pangeana. Evidências que descrevem um desvio dos regimes de fluxo zonal também precisam ser identificadas. Terceiro, os registros devem indicar que as regiões equatoriais da Pangéia teriam sido afetadas por aridez persistente. Finalmente, modelos e observações geológicas precisariam demonstrar que essa circulação atingiu o pico durante o Triássico.

Clima de monção em Pangea

No verão do hemisfério norte , quando a inclinação axial da Terra era direcionada para o sol, a Laurásia teria recebido a insolação solar mais direta . Isso teria gerado uma ampla área de ar quente e ascendente e baixa pressão superficial sobre o continente. Os modelos sugeriram que esta baixa sazonal estava posicionada a 35 ° de latitude, relativamente perto do oceano Tethys. Em Gondwana , a alta pressão teria dominado, pois a terra estaria recebendo menos radiação solar e, portanto, experimentando temperaturas mais amenas.

A força do gradiente de pressão determina que o ar viaje de regiões de alta para baixa pressão. Isso teria levado o fluxo atmosférico do hemisfério sul em direção à Laurásia, período em que cruzaria o oceano Tethys . A água do Tethys evaporaria na massa de ar . Eventualmente, a massa de ar alcançaria a costa da Laurásia e a convergência da superfície resultaria em imensas quantidades de precipitação. Os modelos estimam que a precipitação média global seja igual a cerca de 1000 mm por ano, com as regiões costeiras recebendo mais de 8 mm de chuva por dia durante a estação chuvosa. Como o fluxo atmosférico foi direcionado para longe do sistema de alta pressão de Gondwana, os ventos de superfície teriam divergido e dominado a subsidência , produzindo condições claras e muito secas em todo o hemisfério sul.

Vários estudos indicaram que essa circulação foi tão intensa durante o Triássico, que teria sido capaz de reverter parte do fluxo de vento global predominantemente de leste, de modo que os ventos de oeste impactassem a costa oeste. Isso funcionou para maximizar a convergência da superfície e, posteriormente, aumentou a sazonalidade ao longo das costas ocidentais de cada continente.

Durante o inverno do hemisfério norte, quando a inclinação da Terra era direcionada para longe do sol, essa circulação se inverteu à medida que a área de máxima insolação solar mudou em direção ao hemisfério sul. O ar então viajou da Laurásia (região de alta pressão), através do Oceano Tethys até Gondwana (região de baixa pressão). A advecção da umidade em direção ao hemisfério sul teria alimentado fortes precipitações ao longo da costa de Gondwana, enquanto a Laurásia permaneceu muito seca.

Comparando a Monção do Leste Asiático e o Megamonso Pangeano

Existem semelhanças marcantes entre os fatores que contribuíram para as monções do Leste Asiático e aqueles que teriam influenciado o clima de Pangéia. Isso não apenas apóia a teoria de que o clima Pangeano foi dominado pela monção, mas também ajuda no estudo dele, fornecendo aos paleoclimatologistas um exemplo atual com o qual eles podem comparar suas descobertas.

Em primeiro lugar, acredita-se que a largura do oceano Tétis seja aproximadamente a mesma do oceano Índico . Está bem documentado que o Oceano Índico pode fornecer às massas de ar que se movem em terra com umidade suficiente para suportar um ambiente impulsionado pelas monções. Portanto, o Tethys também deveria ter sido capaz.

Além disso, muitos modelos de paleoclima tentaram recriar padrões climáticos na Pangéia. Esses modelos produziram resultados comparáveis ​​aos da Monção do Leste Asiático. Por exemplo, um modelo relatou que o diferencial de pressão sazonal (alta pressão no inverno - baixa pressão no verão) no continente era de 25 milibares , enquanto a pressão asiática varia em 36 milibares em média ao longo do ano.

Também foi notado que Pangea possuía uma cadeia de montanhas que potencialmente desempenhou um papel semelhante no megamonsoon, como o Platô Tibetano faz na Monção do Leste Asiático. Simulações de modelo sugerem que, sem a presença da cordilheira, a circulação das monções teria sido substancialmente enfraquecida. Elevações mais altas poderiam ter intensificado a circulação atmosférica, maximizando o aquecimento da superfície - e subsequentemente a liberação de calor latente - durante a estação chuvosa de verão. No entanto, ainda há uma incerteza significativa quanto à extensão do impacto que essa cordilheira teria, porque as elevações das montanhas ainda são desconhecidas.

Pangean Megamonsoon no Geologic Record

Carvão e Evaporitos

O carvão é normalmente um indicador de clima úmido, pois ele precisa de matéria vegetal e de condições úmidas para se formar. A progressão dos depósitos de carvão em direção aos pólos com o tempo sugere que as regiões de precipitação máxima se afastaram do equador. No entanto, o emprego do carvão como indicador climático de precipitação ainda é empregado com cautela pelos geólogos, pois sua criação depende secundariamente da quantidade de chuvas. Quando ocorre uma quantidade significativa de evaporação, os evaporitos são formados, o que significa condições áridas.

Loess

Loess , ou poeira levada pelo vento, pode ser empregada como um indicador de padrões de circulação atmosférica anteriores. Sem a presença da monção, os ventos de superfície ao redor do globo seriam principalmente zonais e de leste. No entanto, o registro geológico não apenas indica que os ventos exibiram um padrão meridional cruzado equatorial, mas também que a Pangéia ocidental experimentou um fluxo para oeste durante o período de pico do megamonso.

Evidência Paleontológica

Fósseis que datam da época de Pangean também apóiam a afirmação de que uma circulação fortemente monção dominou o clima do supercontinente. Por exemplo, os anéis das árvores (também chamados de anéis de crescimento ) fornecem prova convincente de mudanças distintas nos padrões climáticos anuais. Árvores enraizadas em áreas que não sofrem sazonalidade não exibem anéis dentro de seus troncos à medida que crescem. Madeira fossilizada escavada no que antes era costeira, a latitude média da Pangéia, no entanto, exibe a presença clara de anéis. Outra paleoflora sugere que uma parte significativa do ano teria sido dominada por uma estação quente e úmida. Folhas grandes e lisas com cutículas finas e distribuição simétrica de estômatos , bem como espécies de samambaias tropicais foram descobertas nessas regiões.

Os invertebrados e vertebrados que existiam na Pangéia oferecem mais evidências de sazonalidade. Por exemplo, as conchas de bivalves sindicais exibem padrões de faixas uniformes. Os bivalves Unionídeos eram organismos aquáticos que necessitavam de lagos rasos e ricos em oxigênio para prosperar. Durante o verão, quando a chuva era persistente, sua respiração ocorria de forma aeróbica e precipitava carbonato de cálcio para o crescimento de suas conchas. No entanto, no inverno, quando as chuvas cessaram, os ambientes aquáticos rasos dentro do continente Pangeano começaram a secar. Assim, os bivalves sindicais esgotaram o oxigênio de seus ambientes e, eventualmente, tiveram que recorrer a processos anaeróbicos para respirar. A respiração anaeróbia produziu resíduos ácidos, que reagiram com a casca de carbonato de cálcio, criando um anel mais escuro e marcando a presença de uma estação seca distinta. Assim que as chuvas de verão voltaram, a respiração aeróbica foi restaurada e o carbonato de cálcio foi produzido novamente. A transição de invernos secos para verões chuvosos é, portanto, registrada nesses padrões alternados de faixas claras e escuras nas conchas dos bivalves.

Também foi observado que os padrões de escavação de peixes pulmonados se correlacionam bem com a ascensão e queda do lençol freático. A altura do lençol freático teria aumentado durante a estação chuvosa, mas então diminuiu rapidamente à medida que os ventos mudaram e desviaram a umidade do local, iniciando assim a estação seca. Evidências adicionais de sazonalidade podem ser observadas nas carcaças fossilizadas de outros organismos vertebrados. Estes mostram sinais de secagem substancial (que teria ocorrido durante o inverno) antes de serem soterrados e preservados pelo fluxo de lama (resultante de um período chuvoso persistente).

Evolução do Megamonsoon

Carbonífero

Durante grande parte do Carbonífero, os trópicos experimentaram condições úmidas e as altas latitudes de Gondwana foram cobertas por geleiras. Ainda assim, os primeiros sinais do movimento da umidade em direção aos pólos surgiram durante o final do Carbonífero. Os geólogos rastrearam regiões de acumulação de carvão no passado à medida que começaram a ser depositados mais longe do equador com o tempo, evidência de uma mudança nos padrões de precipitação dos trópicos para latitudes mais altas. Ainda assim, a distribuição da massa de terra permaneceu mais fortemente concentrada no hemisfério sul. O fluxo atmosférico, portanto, permaneceu amplamente zonal, indicando que a circulação das monções ainda não havia começado a dominar o padrão climático.

Permian

Na época do Permiano , a circulação das monções é aparente na litologia . Ventos com componente oeste (indicativo das monções de verão ou estação chuvosa) são observados no início do Permiano. Os continentes continuaram a se mover para o norte. Ao fazer isso, a massa de terra tornou-se mais uniformemente distribuída ao longo do equador e o megamonsoão continuou a se intensificar. A progressão de Gondwana para o norte também influenciou seu degelo gradual. Os modelos climáticos indicam que os sistemas de baixa pressão se fortaleceram à medida que a cobertura de gelo planetária diminuiu, exagerando o efeito da monção. Isso também aumentou a aridez dos trópicos. Portanto, sugere-se que os padrões glacial - interglacial tiveram um efeito significativo na circulação das monções pangeanas. Os modelos indicaram adicionalmente que o dióxido de carbono em todo o mundo aumentou substancialmente entre os tempos do Carbonífero e Permiano, resultando em aumento das temperaturas.

Triássico

No Triássico, o megamonsoão atingiu sua intensidade máxima. Acredita-se que isso seja o resultado do supercontinente atingir sua maior área de superfície durante este período, devido à adição final da atual Sibéria , Cazaquistão , sudeste da Ásia e fragmentos da China . A massa de terra também foi igualmente distribuída entre os hemisférios norte e sul, quase perfeitamente cortada ao meio pelo equador, e se estendeu de 85 ° N a 90 ° S.

Tanto o aumento na área de superfície Pangeana quanto a disseminação equitativa da massa de terra pelos hemisférios maximizou o aquecimento da superfície durante o verão. Quanto mais forte for o aquecimento da superfície, mais extrema será a convecção . Ao intensificar o movimento ascendente, a pressão central da baixa da superfície do verão teria caído. Isso, por sua vez, aumentou o gradiente de pressão hemisférica e amplificou o fluxo cruzado equatorial.

Além disso, o planeta estava experimentando um clima de estufa durante o Triássico, resultando em continentes completamente desprovidos de gelo, incluindo as regiões polares. Os períodos interglaciais estão bem correlacionados com a intensificação da circulação das monções. Os registros indicam claramente um componente oeste da direção do vento ao longo deste período de tempo. É também a partir desse período que as evidências paleontológicas são mais prevalentes.

jurássico

Durante o início do período jurássico, o supercontinente continuou a se deslocar para o norte. As costas ao longo do oceano Tethys ficaram mais úmidas persistentemente. A circulação das monções começou a enfraquecer durante o tempo jurássico, devido à separação de Pangea quando os continentes começaram a se separar. Os registros indicam que o fluxo atmosférico em grande escala voltou progressivamente a um padrão principalmente zonal. Os padrões climáticos, portanto, tornaram-se menos extremos em todos os continentes.

Trabalho futuro

Hoje, a presença do megamonso Pangeano é geralmente aceita pela comunidade paleoclima. Há uma quantidade substancial de evidências, tanto no registro geológico quanto nas simulações de modelos, que sustentam sua existência. No entanto, uma quantidade significativa de incerteza ainda permanece, particularmente de uma perspectiva de modelagem. Uma das maiores incógnitas que os paleoclimatologistas enfrentam é o impacto da cordilheira Pangeana. Simulações de modelos sugeriram que, sem a presença da cordilheira, a circulação das monções teria sido substancialmente enfraquecida. Os geólogos sabem que Pangaea possuía uma extensa cordilheira, que provavelmente era comparável à atual Cordilheira dos Andes. Eles estavam localizados ao norte do oceano Tethys, resultando da progressão para o norte e subsequente subducção da placa paleo-tethiana. No entanto, a altura dessas montanhas ainda não foi quantificada. Os cientistas reconheceram que aproximar sua elevação é de “importância capital”. Cordilheiras extremamente altas (rivalizando com o Himalaia) teriam ampliado a circulação atmosférica, intensificado o sistema de baixa pressão, acelerado o transporte de umidade para as costas e induzido um efeito de sombra de chuva , promovendo aridez no lado sotavento da cordilheira.

Os estudos também continuam a examinar o impacto dos ciclos orbitais na circulação das monções. A monção durante o final do Triássico parece ter sido particularmente afetada pelos ciclos de Milankovich por um período que se estende por pelo menos 22 milhões de anos. A excentricidade parece ter afetado significativamente os ciclos de precipitação, mas mais pesquisas são necessárias para entender melhor essa correlação.

Além disso, os modeladores do clima estão tentando compreender e explicar melhor as circulações de águas superficiais e profundas do Oceano Pantalássico . O transporte de calor resultante dessas circulações altera significativamente a monção simulada; portanto, representá-los com precisão é de grande importância. A pesquisa continuada acabará por fornecer aos cientistas uma compreensão muito mais completa da progressão e do comportamento do megamonsoão que dominou o clima da Pangéia.

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