Temperate to tropical palaeoclimates on the northwest margin of Europe during the middle Cenozoic

Jessica McCoy, Martha E. Gibson, Emma P. Hocking, Jennifer M.K. O’Keefe, James B. Riding, Raymond Roberts, Stewart Campbell, Geoffrey D. Abbott, and Matthew J. Pound

Plain Language Abstract

During the middle Cenozoic (Oligocene to early Miocene, 33.9-15.97 m.y.a.) the climate was warmer and wetter than present. By understanding what caused climate to change in the past, we can better understand how climate change is impacting the Earth now, and how it will affect Earth’s ecology in the future. These past and present Earth systems are similar because both share an Antarctic ice mass and have similar atmospheric carbon dioxide levels. Fossil plants are often used to reconstruct the past climate of a geographic area; however, this has never been done for the Oligocene–early Miocene of the British Isles. Here we use previously published fossil pollen data lists, to reconstruct past climates from the British Isles using the Köppen-Geiger bioclimatic classification scheme. Most interestingly, our new reconstructions show that tropical rainforests could have been present in the British Isles at around 26.3 m.y.a., in response to a global warming event in the late Oligocene. Our results also show that the modern temperate oceanic Köppen-Geiger class (Cfb) of the British Isles originated after glaciations at around 23 m.y.a. We suggest that the modern climate of the British Isles is comparable to that from the early Miocene age. The tropical climate band may extend to European latitudes within the next century as it did in deep time. Likewise, as atmospheric carbon dioxide levels increase to those last seen in the Oligocene, as expected over the next century, Europe may have significantly wetter summers than present.

Resumen en Español

Paleoclimas templados a tropicales en el margen noroeste de Europa durante el Cenozoico medio

A nivel global, el Cenozoico medio (del Oligoceno a principios del Mioceno, ~33,9–15,97 Ma) se caracterizó por un clima más cálido y húmedo que el actual. La reconstrucción del clima de este intervalo estratigráfico nos ayuda a comprender mejor las implicaciones del cambio climático actual y futuro impulsado por el hombre en un sistema terrestre con una masa de hielo antártico establecida y niveles de pCO2 comparables (400–700 ppm). En relación con Europa continental, se han realizado pocos trabajos paleoclimáticos en las Islas Británicas durante este intervalo de tiempo. Se utilizaron registros de palinología del Cenozoico medio recopilados de todas las Islas Británicas para reconstruir cuantitativamente el paleoclima, que luego se utilizó para definir las firmas de Köppen-Geiger para cada conjunto de palinomorfos. Estas reconstrucciones se utilizaron para mostrar la presencia de un tipo de clima de Köppen-Geiger templado, de invierno seco y verano cálido (Cwa) antes de 31,8 Ma, que posiblemente fue un evento de corta duración impulsado por el forzamiento precesional (~26 k.y.). Atribuimos las reconstrucciones con clasificaciones de Köppen-Geiger de invierno seco a un forzamiento combinado de excentricidad-oblicuidad-precesión (~405 k.y.), después de la transición Eoceno-Oligoceno. Las disminuciones en la temperatura media anual, en las secciones Chattienses, están asociadas con los eventos de enfriamiento del Mar del Norte de Svalbardella-2 y 3. Se ha demostrado que el calentamiento del Oligoceno tardío produjo los tipos de clasificación de Köppen-Geiger de selva tropical (Af) en las Islas Británicas. Después de la glaciación del Mioceno temprano, se reconstruyó una señal de ausencia de estación seca y veranos cálidos (Cfb). Sugerimos que el clima actual del margen noroeste de Europa es comparable al paleoclima del Mioceno temprano. Con concentraciones de pCO₂ aumentadas, según los escenarios de calentamiento antropogénico proyectados para el siglo XXI, existe la posibilidad de que los veranos más húmedos se vuelvan más frecuentes durante el próximo siglo.

Palabras clave: Cenozoico medio; Islas Británicas; paleobotánica; paleoclima; palinología; Köppen-Geiger

Traducción: Francesco Gascó (Grupo de Biología Evolutiva, UNED y Sociedad Española de Paleontología) 

Deutsche Zusammenfassung

Gemäßigtes bis tropisches Paläoklima am nordwestlichen Rand Europas während des mittleren Känozoikums

Weltweit war das mittlere Känozoikum (Oligozän bis frühes Miozän, ~33,9-15,97 Ma) durch ein wärmeres, feuchteres Klima als heute gekennzeichnet. Die Rekonstruktion des Klimas in diesem stratigraphischen Intervall hilft uns, die Auswirkungen des gegenwärtigen und zukünftigen anthropogenen Klimawandels in einem Erdsystem mit einer etablierten antarktischen Eismasse und vergleichbaren pCO2-Werten (400-700 ppm) besser zu verstehen. Im Vergleich zum europäischen Festland wurden auf den Britischen Inseln für diesen Zeitraum nur wenige Paläoklimaarbeiten durchgeführt. Die gesammelten palynologischen Aufzeichnungen aus dem mittleren Känozoikum von den Britischen Inseln wurden verwendet, um das Paläoklima quantitativ zu rekonstruieren, was dann dazu diente, Köppen-Geiger-Signaturen für jede Palynomorphengruppe zu definieren. Diese Rekonstruktionen wurden verwendet, um das Vorhandensein eines gemäßigten, wintertrockenen und sommerheißen (Cwa) Köppen-Geiger-Klimatyps vor 31,8 Ma zu zeigen, der möglicherweise ein kurzlebiges Ereignis war, das durch präzessionsbedingte (~26 k.J.) Einflüsse verursacht wurde.

Wir führen die Rekonstruktionen mit Köppen-Geiger-Trockenwinter-Klassifizierungen auf kombinierte Exzentrizitäts-Obliquitäts-Rezession (~405 k.j.) nach dem Eozän-Oligozän-Übergang zurück. Der Rückgang der mittleren Jahrestemperatur in den Chattium-Abschnitten steht im Zusammenhang mit den Abkühlungsereignissen Svalbardella-2 und 3 in der Nordsee. Das späte oligozäne Erwärmungsereignis hat auf den Britischen Inseln nachweislich tropische Regenwälder (Af) der Köppen-Geiger-Klassifikation hervorgebracht. Nach der Vergletscherung im frühen Miozän wurde ein gemäßigtes Klima ohne Trockenzeit und mit warmem Sommer (Cfb) rekonstruiert. Wir vermuten, dass das heutige Klima am nordwestlichen Rand Europas mit dem Paläoklima des frühen Miozäns vergleichbar ist. Unter erhöhten pCO2-Konzentrationen, die auf den für das 21. Jahrhundert prognostizierten anthropogenen Erwärmungsszenarien beruhen, besteht die Möglichkeit, dass feuchtere Sommer innerhalb des nächsten Jahrhunderts häufiger werden.

Schlüsselwörter: mittleres Känozoikum; Britische Inseln; Paläobotanik; Paläoklima; Palynologie; Köppen-Geiger

Translator:  Eva Gebauer

Arabic

مناخ معتدل إلى استوائي على الحافة الشمالية الغربية لأوروبا خلال منتصف حقبة الحياة الحديثة
المؤلفون: جيسيكا ماكوي، مارثا إي. جيبسون، إيما بي. هوكينج، جينيفر إم. كيه. أوكيف، جيمس بي رايدنج، ريموند روبرتس، ستيوارت كامبل، جيفري دي أبوت، وماثيو جيه باوند
الملخص: ، تميز منتصف حقبة الحياة الحديثة (الأوليجوسين إلى بداية الميوسين، 15-33 مليون سنة) على الصعيد العالمي بمناخ أكثر دفئا واغزر مطرا من الحاضر. و يساعد إعادة تصور مناخ هذه الفترة على فهم تداعيات تغير المناخ الحالي والمستقبلي والناتج عن الأنشطة البشرية في نظام الأرض مع وجود كتلة جليدية ثابتة في القارة القطبية الجنوبية ومستويات مماثلة من ثاني أكسيد الكربون (400-700 جزء في المليون). وبما انه لم يتم إجراء سوى القليل من الدراسات على المناخ القديم في الجزر البريطانية خلال هذه الفترة الزمنية فقد تم استخدام سجلات حبوب اللقاح التي تم تجميعها من جميع أنحاء الجزر البريطانية لإعادة بناء المناخ القديم بشكل كمي في هذا البحث باستخدام طريقة كوبن-جيجر لمجموعات حبوب اللقاح. وقد دلت النتائج علي وجود مناخ معتدل وجاف شتاءً وحار صيفًا قبل 31.8 مليون سنة والذي ربما كان حدثا قصير العمر نتيجة تغير الاشعاع الشمسي. كما تم ربط الشتاء الجاف بدورة ميلانكوفيتش بعد زمن الإيوسين-الأوليجوسين. كما بينت النتائج ان الانخفاض في متوسط درجات الحرارة السنوية في أقسام تشاتيان مرتبط بأحداث التبريد في بحر الشمال سفالبارديلا 2 و3. كما اثبتت النتائج أن ظاهرة الاحتباس الحراري في أواخر العصر الأوليجوسين قد أدت إلى ظهور الغابات الاستوائية المطيرة في الجزر البريطانية. وبعد تكون الجليد في بداية عصر الميوسين ساد مناخ معتدل غيرجاف وصيف دفئ. وتدل النتائج علي ان مناخ الحافة الشمالية الغربية لأوروبا في الوقت الحاضر تضاهي مناخ بداية عصر الميوسين. وفي ظل زيادة تركيزات ثاني أكسيد الكربون استنادًا إلى سيناريوهات الاحتباس الحراري المتوقعة في القرن الحادي والعشرين فهناك احتمال لانتشار فصول الصيف الأكثر رطوبة خلال القرن المقبل.
الكلمات المفتاحية: منتصف حقبة الحياة الحديثة ؛ الجزر البريطانية؛ علم النبات القديم؛ المناخ القديم؛ علم حبوب اللقاح؛ كوبن-جيجر
ترجمة: د./ أحمد عوض عبد الهادي (كلية العلوم-جامعة المنيا)

Translator: Ahmed Awad Abdelhady

Polski

Umiarkowany i tropikalny paleoklimat na północno-zachodnim krańcu Europy podczas środkowego kenozoiku

Globalnie, środkowy kenozoik (oligocen do wczesnego miocenu, ~33,9–15,97 Ma) charakteryzował się cieplejszym i wilgotniejszym klimatem niż obecnie. Rekonstrukcja klimatu z tego interwału stratygraficznego pozwala na lepsze zrozumienie wpływu obecnych i przyszłych zmian klimatu wywołanych antropogenicznie w systemie ziemskim charakteryzującym się obecnością masy lodowej w Antarktyce oraz porównywalnymi z dzisiejszymi poziomami pCO₂ (400–700 ppm). W porównaniu z Europą kontynentalną, stosunkowo niewiele badań paleoklimatycznych dla tego interwału zostało przeprowadzone na Wyspach Brytyjskich. W tym opracowaniu paleoklimat został zrekonstruowany na podstawie danych palinologicznych zestawionych dla całych Wysp Brytyjskich. Następnie, dane wykorzystano do przypisana każdego rozpoznanego zespołu palinomorf do klimatu według klasyfikacji Köppen-Geigera. Potwierdzono obecność klimatu umiarkowanie ciepłego z suchą zimą i gorącym latem (Cwa) według klasyfikacji Köppen-Geigera przed 31,8 Ma, co powiązano z krótkotrwałym zdarzeniem wywołanym cyklem precesji (~26 tys. lat). Zdarzenia klimatyczne z suchą zimą według klasyfikacji Köppen-Geigera przypisujemy nakładaniu się cykli ekscentrycznościnachylenia ekliptykiprecesji (~405 tys. lat) po zdarzeniu na granicy eocen-oligocen. Obniżenie się średnich rocznych temperatur w profilach szatu jest związane z chłodnym zdarzeniem Svalbardella-2 oraz trzema zdarzeniami chłodnymi na Morzu Północnym. Ciepłe zdarzenie z późnego oligocenu wywołało na Wyspach Brytyjskich klimat tropikalny lasów deszczowych (Af) według klasyfikacji Köppen-Geigera. W następstwie zlodowacenia we wczesnym miocenie zrekonstruowano klimat oceaniczny (Cfb) bez pory suchej i z ciepłym latem. Sugerujemy, że obecny klimat na północno-zachodnim krańcu Europy można porównać do paleoklimatu z wczesnego miocenu. Pod wpływem podwyższonych zawartości pCO₂, w oparciu o prognozowane scenariusze antropogenicznego ocieplenia klimatu, istnieje prawdopodobieństwo pojawiania się bardziej wilgotnej pory letniej w ciągu najbliższych stu lat.

Słowa kluczowe: środkowy kenozoik; Wyspy Brytyjskie; paleoklimat; palinologia; klasyfikacja Köppen-Geigera

Translator: Anna Żylińska

Ukrainian

Помірний і тропічний палеоклімат на північно-західній околиці Європи у середньому кайнозої

У всьому світі середній кайнозой (олігоцен–ранній міоцен, ~33,9–15,97 млн. років тому) характеризувався більш теплим і вологим кліматом порівняно із сучасним. Реконструкція клімату цього стратиграфічного інтервалу допомагає нам краще зрозуміти наслідки теперішніх і майбутніх антропогенно спричинених змін клімату в системі Землі зі встановленою масою льоду в Антарктиді та порівнянними рівнями pCO₂ (400–700 часток на мільйон). Порівняно з материковою Європою, на Британських островах за цей проміжок часу було проведено мало палеокліматичних досліджень. Палінологічні записи середнього кайнозою з усіх Британських островів були використані для кількісної реконструкції палеоклімату, який потім використовувався для визначення сигнатур Кеппена-Гейгера для кожного комплексу паліноморф. Ці реконструкції були використані, щоб показати наявність помірного, сухого зимового та жаркого літа (Cwa) типу клімату Кеппена-Гейгера до 31,8 млн. років тому, що, можливо, було короткочасною подією, викликаною прецесійним (~26 тисяч років) впливом. Ми приписуємо реконструкції з класифікацією Кеппена-Гейгера для сухої зими комбінованому ексцентриситету-нахилу-прецесії (~405 тис. років) після еоцен-олігоценового переходу. Зниження середньорічної температури в секціях хатта пов’язане з подіями охолодження Svalbardella-2 і 3 у Північному морі. Показано, що потепління наприкінці пізнього олігоцену призвело до появи тропічних лісів (Af) за класифікацією Кеппена-Гейгера на Британських островах. Після раннього міоценового зледеніння було реконструйовано ознаки помірного клімату, без сухого сезону, теплого літа (Cfb). Ми припускаємо, що сучасний клімат північно-західної околиці Європи можна порівняти з палеокліматом раннього міоцену. За умов підвищених концентрацій pCO₂, виходячи з прогнозованих сценаріїв антропогенного потепління ХХІ століття, існує ймовірність того, що більш вологе літо стане більш поширеним протягом наступного століття.

Ключові слова: середній кайнозой; Британські острови; палеоботаніка; палеоклімат; палінологія; Кеппен-Гейгер.

Translator: Oleksandr Kovalchuk 

Chinese

中新生代中期欧洲西北缘温带至热带古气候

全球范围内新生代中期（渐新世至早中新世，约33.9–15.97百万年前）的气候比现在更加温暖湿润。重建该地质时期的气候有助于我们更好地理解在存在南极冰盖和类似二氧化碳浓度（400–700 ppm）的地球系统中，在当下和未来由人类活动引起的气候变化的潜在影响。与欧洲大陆相比，对不列颠群岛这段时期的古气候研究相对较少。我们收集了来自不列颠群岛各地新生代中期的孢粉学记录用于定量重建古气候，并据此为每个孢粉组合定义柯本气候类型特征。重建结果显示在31.80 Ma前为冬季温暖干燥、夏季炎热（Cwa）的气候类型，这可能是由岁差周期（约2.6万年）驱动的短暂事件。我们将具有干燥冬季的柯本分类重建结果归因于始新世–渐新世之后，由离心率、倾角和岁差共同驱动的约40.5万年周期的气候强迫。恰特期年均温度的下降与斯Svalbardella-2和3北海降温事件相关联。研究表明，渐新世晚期的升温事件在不列颠群岛产生了热带雨林（Af）柯本气候类型。在中新世早期冰期之后，重建结果显示为一个温暖、无干旱季节、温暖夏季（Cfb）的气候类型。我们认为，现今欧洲西北缘的气候与中新世早期的古气候是可对比的。在二氧化碳浓度增加的情况下，根据21世纪人类活动引起气候变暖的预测情形，在未来一个世纪内，夏季更潮湿的情况可能会变得更加普遍。

关键词：新生代中期；不列颠群岛；古植物学；古气候；孢粉学；柯本-盖格气候分类法

Translator: Yanzhe Fu. Nanjing Institute of Geology and Palaeontology, Chinese Academy of Sciences

Résumé en Français

In progress

Translator:  Denis Audo. Centre de Recherche en Paléontologie - Sorbonne Université or Vincent Perrier, Université Lyon.

Russian

In progress

Translator: Leonid Voyta

Greek

Εύκρατα έως τροπικά παλαιοκλίματα στο βορειοδυτικό περιθώριο της Ευρώπης κατά τον μέσο Καινοζωικό αιώνα

Σε παγκόσμιο επίπεδο, ο μέσος Καινοζωικός αιώνας (Ολιγόκαινο έως πρώιμο Μειόκαινο, ~33,9–15,97 Ma) χαρακτηριζόταν από ένα θερμότερο, υγρότερο κλίμα από το σημερινό. Η ανασύνθεση του κλίματος αυτού του στρωματογραφικού διαστήματος μας βοηθά να κατανοήσουμε καλύτερα τις επιπτώσεις της σημερινής και μελλοντικής ανθρωπογενούς αλλαγής του κλίματος σε ένα γήινο σύστημα με καθιερωμένη μάζα πάγου της Ανταρκτικής και συγκρίσιμα επίπεδα pCO2 (400–700 ppm). Σε σχέση με την ηπειρωτική Ευρώπη, ελάχιστη παλαιοκλιματική μελέτη έχει γίνει στα Βρετανικά νησιά για αυτό το χρονικό διάστημα. Οι συγκεντρωμένες καταγραφές παλυνολογίας του μέσου Καινοζωικού από όλες τις Βρετανικές Νήσους χρησιμοποιήθηκαν για την ποσοτική αναδόμηση του παλαιοκλίματος, το οποίο στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε για τον καθορισμό των υπογραφών Köppen-Geiger για κάθε συνάθροιση παλινομορφών. Αυτές οι ανακατασκευές χρησιμοποιήθηκαν για να δείξουν την παρουσία ενός κλίματος εύκρατου, ξηρού-χειμώνα και ζεστού καλοκαιριού (Cwa) τύπου Köppen-Geiger πριν από τα 31,8 Ma, το οποίο πιθανότατα ήταν ένα βραχύβιο γεγονός που προκλήθηκε από εξαναγκαστικές μεταπτώσεις (~26 k.y.). Αποδίδουμε ανακατασκευές με ταξινομήσεις Köppen-Geiger ξηρού χειμώνα σε συνδυασμένη επιβολή εκκεντρικότητας-λοξότητας-μετάπτωσης (~405 k.y.), μετά τη Μετάβαση Ηώκαινου-Ολιγόκαινου. Οι μειώσεις της Μέσης Ετήσιας Θερμοκρασίας, στο Χάττιο, σχετίζονται με τα γεγονότα ψύξης Svalbardella-2 και 3 της Βόρειας Θάλασσας. Το γεγονός της υπερθέρμανσης του άνω Ολιγόκαινου αποδεικνύεται ότι παρήγαγε τύπους ταξινόμησης τροπικών τροπικών δασών (Af) Köppen-Geiger στις Βρετανικές Νήσους. Μετά τον πρώιμο παγετώνα του Μειόκαινου, ανακατασκευάστηκε μια εύκρατη, χωρίς ξηρή εποχή, ζεστό καλοκαίρι (Cfb). Προτείνουμε ότι το σημερινό κλίμα του βορειοδυτικού περιθωρίου της Ευρώπης είναι συγκρίσιμο με το παλαιοκλίμα του άνω Μειόκαινου. Κάτω από αυξημένες συγκεντρώσεις pCO₂, με βάση τα προβλεπόμενα σενάρια ανθρωπογενούς θέρμανσης του εικοστού πρώτου αιώνα, υπάρχει πιθανότητα τα πιο υγρά καλοκαίρια να γίνουν πιο διαδεδομένα μέσα στον επόμενο αιώνα.

Λέξεις-Κλεδιά: μέσος Καινοζωικός αιώνας, Βρετανικά Νησιά, παλαιοβοτανική, παλαιοκλιματολογία, παλυνολογία, Köppen-Geiger

Translator: Evangelos Vlachos