Late Oligocene atmospheric carbon dioxide concentrations reconstructed from fossil leaves using stomatal index

Abstract

Ancient atmospheric CO2 can be reconstructed using various climate proxies; stomata from fossil leaves are one of the climate proxies that provide critical information about past climatic conditions of the Earth. Exceptionally well–preserved fossil leaves found in overbank deposits in Chilga of Northwest Ethiopia were used to estimate late Oligocene atmospheric CO2 values using stomatal index. The age of the fossils, 206Pb/238U: 27.23 ± 0.03 Ma, was determined from zircons in an ash deposit comprising the matrix deposited contemporaneously with the fossil leaves. Stomatal indices were calculated from both the fossil leaves and nearest living relatives of the fossils. Corresponding atmospheric CO2 values for the nearest living relatives of the fossils were assigned from historical records from the Mauna Loa Observatory. This produces a calibrating curve that shows variation of atmospheric CO2 over time, and late Oligocene atmospheric CO2 values were quantified from the calibrating curve. The quantified late Oligocene atmospheric CO2 values are about 343 ± 11 ppm which show a 12 % decrease when they are quantified using a leaf gas exchange method. This is consistent with the idea that stomatal–index method underestimates CO2 values compared to the leaf gas exchange method. The late Oligocene was colder than both its preceding Eocene and its following Miocene epochs, and the results are incongruent with the cold Oligocene period. These results for this particular geologic time provide opportunity to examine how plants responded to climate changes in the past and have important implications for the study of current and future climate changes.

सारांश

विविध  जलवायु प्रतिपत्रियाँ प्रयुक्त करके प्राचीन वायुमंडलीय CO2 पुनर्रचित की जा सकती है; जीवाश्म पत्तियों से प्राप्त रंध्र (स्टोमेटा) इनमें से एक है जो पृथ्वी की गत जलवायवी स्थितियों के बारे में क्रांतिक जानकारी प्रदान करते हैं। रंध्रांक प्रयुक्त करते हुए अंतिम अल्पनूतन जलवायवी CO2 मानों का आंकलन करने हेतु उत्तर पश्चिम इथिओपिया के चिल्गा में तटवर्ती निक्षेपों में असाधारणतया सुपरिरक्षित जीवाश्म पत्तियां मिलीं। जीवाश्मों की आयु,  206Pb/238U: 27.23 ± 0.03 मिलियन वर्ष, जीवाश्म पत्तियों के समकालीन निक्षेपित मैट्रिक्स सन्निहित  राख़ जिरकॉन से निर्धारित की गई थी। जीवाश्मों को जीवाश्म पत्तियों एवं  निकटतम सजीव सापेक्षों के दोनों से रंध्रांक  परिकलित किए गए थे। जीवाश्मों के निकटतम सजीव सापेक्षों हेतु संगत वायुमंडलीय CO2 मानों को मौना लोआ वेधशाला के ऐतिहासिक अभिलेखों से निर्धारित किया गया था। यह अंशांकन वक्र प्रदान करता है जो समयोपरि वायुमंडलीय CO2 में परिवर्तन दर्शाता है तथा अंतिम अल्पनूतन वायुमंडलीय CO2 मान अंशांकित वक्र से परिमाणित किए गए थे। अंतिम अल्पनूतन की परिमाणित वायुमंडलीय CO2 मान लगभग 343 ± 11 पीपीएम हैं जो पर्ण गैस विनिमय विधि (लीफ़ गैस एक्स्चेंज मेथड) प्रयुक्त करते हुए परिमाणन करने पर 12% की गिरावट दर्शाता है। यह इस अवधारणा से सुसंगत है कि रंध्रांक विधि (स्टोमेटल-इंडेक्स मेथड), पर्ण गैस विनिमय विधि (लीफ़ गैस एक्स्चेंज मेथड) की तुलना में CO2 मानों का अवप्राक्क्लन करती है। अंतिम अल्पनूतन अपने दोनों पूर्ववर्ती आदिनूतन एवं इसके अनुगामी मध्यनूतन कालों की तुलना में शीतलतर था, तथा परिणाम भी शीत  अल्पनूतन   काल के  संगत हैं । इस विशेष भू-वैज्ञानिक काल से ये निष्कर्ष, वनस्पति ने अतीत में कैसे जलवायु परिवर्तनों से अनुक्रिया की तथा मौजूदा व भावी जलवायु परिवर्तनों के अध्ययनार्थ आवश्यक निहितार्थ के अवसर प्रदान करते हैं।