Grasetende zoogdieren, inclusief gordeldieren zo groot als Volkswagens, meer divers werd in Zuid-Amerika ongeveer 6 miljoen jaar geleden omdat verschuivingen in de atmosferische circulatie veranderingen in klimaat en vegetatie veroorzaakten, volgens een door de Universiteit van Arizona geleid onderzoeksteam.

Geowetenschappers wisten al dat de aarde 7 tot 5,5 miljoen jaar geleden afkoelde, een periode die bekend staat als het Late Mioceen.

Echter, de veranderingen in het oceaanklimaat gedurende die tijd zijn beter begrepen dan de veranderingen in het landklimaat, zei hoofdauteur Barbara Carrapa, hoogleraar en hoofd van de afdeling geowetenschappen van de UA.

Het nieuwe onderzoek toont aan dat ongeveer 7 tot 6 miljoen jaar geleden, de wereldwijde tropische atmosferische circulatie die bekend staat als de Hadley-circulatie geïntensiveerd. Als resultaat, het klimaat van Zuid-Amerika werd droger, subtropische graslanden breidden zich uit en het aantal zoogdiersoorten dat goed was in het eten van grassen nam toe.

Carrapa en haar collega's gebruikten een computermodel om erachter te komen dat de Hadley-circulatie in het late Mioceen was versterkt, het klimaat veranderen. Vervolgens vergeleken ze de voorspellingen van het model van het klimaat in het verleden met de natuurlijke archieven van regenval en vegetatie opgeslagen in oude bodems. De voorspellingen van het model kwamen overeen met de natuurlijke archieven.

"We vonden een sterke correlatie tussen deze grote verandering in het late Mioceen klimaat en de circulatie die de ecologie beïnvloedde - de planten en dieren, " zei ze. "Het heeft gevolgen voor de evolutie van ecosystemen."

Carrapa zei dat het nieuwe onderzoek - een ongewone mix van paleontologie van zoogdieren, de geochemie van oude bodems en wereldwijde klimaatcomputermodellen - geeft een nieuw begrip van het late Mioceen, een tijd waarin bijna-moderne ecosystemen tot stand kwamen.

De krant, "Ecologische en hydroklimatologische reacties op de versterking van de Hadley-circulatie in Zuid-Amerika tijdens de Late Mioceen Cooling, " door Carrapa, Mark Clementz van de Universiteit van Wyoming in Laramie en Ran Feng van de Universiteit van Connecticut in Storrs staat gepland voor publicatie in de week van 29 april in de Proceedings van de National Academy of Sciences . De National Science Foundation financierde het onderzoek.

Geowetenschappers gebruiken de geochemie van oude bodems, specifiek vormen van de elementen zuurstof en koolstof, om neerslag en vegetatie uit het verleden af ​​te leiden. Onderzoekers hadden gedacht dat de neerslag op het moment dat de bodem werd gevormd, voornamelijk een functie was van de topografie en hoogte van de site.

Carrapa wilde dat idee testen door op continentale schaal naar de geochemie van oude bodems te kijken. Ze werkte samen met haar oude collega Clementz, een paleontoloog.

De onderzoekers verzamelden de gepubliceerde gegevens van de zuurstof-18/zuurstof-16-verhouding en koolstof-13/koolstof-12-verhouding van oude bodems die een groot deel van Zuid-Amerika beslaan - van 15 graden zuiderbreedte tot 35 graden zuiderbreedte, of over de verandering van La Paz, Bolivia naar Buenos Aires, Argentinië. Veranderingen in de zuurstofverhouding geven informatie over neerslag in het verleden, terwijl veranderingen in koolstofverhouding aangeven welke planten op dat moment groeiden.

Clementz doorzocht de gepubliceerde literatuur en deed wat Carrapa noemde "... een geweldige klus om alle gegevens samen te brengen zodat we er op een alomvattende manier naar konden kijken."

De resultaten waren verrassend, zei Carrapa. De veranderingen in de bodemgeochemie tijdens het late Mioceen veranderden in breedtebanden van noord naar zuid, wat wijst op een onderliggende oorzaak die een groot deel van Zuid-Amerika overspant, niet alleen lokale veranderingen in hoogte of topografie.

De twee onderzoekers dachten dat de systematische verschuivingen in de bodemgeochemie verband hielden met veranderingen in het klimaat, dus vroegen ze Feng om hen te helpen door het wereldwijde klimaatmodel toe te passen dat ze voor onderzoek gebruikte.

Feng laadde bekende informatie over het Mioceen-tot-laat-Mioceen klimaat, inclusief atmosferische kooldioxideconcentraties en de oceaantemperaturen, in het computermodel en vroeg het vervolgens om drie verschillende versies van het late Mioceen-klimaat te simuleren - niet veel koeler, koeler, en veel koeler dan voorheen. In ieder geval, de simulatie gaf aan welke bodemgeochemie zou hebben plaatsgevonden onder dat klimaatregime.

Het team ontdekte dat de geochemie van oude Zuid-Amerikaanse bodems, voorspeld door het model, overeenkomt met de geochemie van de daadwerkelijke bodemmonsters.

Feng ontdekte dat de Hadley-circulatie van de aarde van 7 tot 6 miljoen jaar geleden is geïntensiveerd.

"De gegevens die door Barbara en Mark zijn samengesteld, kunnen worden verklaard door een significante verandering in de sterkte van de Hadley-circulatie, " ze zei.

Feng's werk met het wereldwijde klimaatmodel laat zien hoe het klimaat in het verleden de patronen had kunnen creëren die het team zag in de bodemgeochemie, aldus Clemens.

De koolstofverhouding van de oude bodems weerspiegelt de vegetatie van die tijd en geeft aan dat in het late Mioceen, graslanden breidden zich uit naarmate het klimaat veranderde.

"Tijdens het late Mioceen, dingen beginnen te drogen, vooral in de zone 25-30 graden zuid, " zei hij. "Er is ook een toename van het aantal dieren met hooggekroonde of steeds groter wordende tanden."

Grassen bevatten silica, een schurende stof, daarom hebben graseters ofwel hooggekroonde tanden of tanden die blijven groeien. De zoogdieren die in het late Mioceen vaker voorkwamen, waren onder meer gigantische gordeldieren en neushoornachtige dieren en ook kleinere zoogdieren, hij zei.

Carrapa zei, "Kijken naar geologische verledens is als kijken naar verschillende planeten. De toestand van de aarde die we vandaag zien is heel anders dan de aarde van 10 miljoen jaar geleden, 6 miljoen jaar geleden - het is een andere planeet. Je hebt de mogelijkheid om door de lens van de tijd naar een andere planeet te kijken, en met het geologische record kunnen we dat doen."