de Midden Pleistoceen transitie: kenmerken, mechanismen en implicaties voor lange termijn veranderingen in atmosferische pCO2

de opkomst van laagfrequente, hoge amplitude, quasi-periodieke (∼100-kyr) glaciale variabiliteit tijdens het Midden Pleistoceen in de afwezigheid van een significante verandering in orbitale forcering wijst op een fundamentele verandering intern in het klimaatsysteem. Deze Midden Pleistoceen overgang (MPT) begon 1250 ka en werd voltooid door 700 ka. Het begin ging gepaard met een daling van de zeeoppervlaktetemperaturen (SST ‘ s) in de Noord-Atlantische en tropische oceaan en met een toename van de Afrikaanse en Aziatische droogte en moessoonintensiteit. Tijdens de MPT nam het gemiddelde ijsvolume op lange termijn geleidelijk toe met ∼50 m zeespiegelequivalent, terwijl de variabiliteit in laagfrequente ijsvolumes een 100-kyr-stilte kende, gecentreerd op 1000 ka, gevolgd door een terugkeer van 900 900 ka, zij het als een brede band van vermogen in plaats van een smalle, aanhoudende 100-kyr-cyclus. Aanvullende veranderingen bij 900 ka wijzen erop dat dit een belangrijke tijd is tijdens de MPT, te beginnen met een 80-kyr-gebeurtenis van extreme SST-koeling, gevolgd door het gedeeltelijke herstel en daaropvolgende stabilisatie van SST ’s op lange termijn in de Noord-Atlantische en tropische oceaan, toenemende SST-variabiliteit in de Zuidelijke Oceaan, voornamelijk geassocieerd met warmere interglacialen, het verlies van permanente subpolaire zee-ijsbedekking, en de opkomst van laagfrequente variabiliteit in SST’ s in de Stille Oceaan en de wereldwijde diepzeecirculatie. Sinds 900 ka zijn ijskappen het enige onderdeel van het klimaatsysteem dat een constante laagfrequente variabiliteit vertoont. Met uitzondering van een bijna-universele organisatie van laagfrequent vermogen geassocieerd met mariene isotoop stadia 11 en 12, vertonen alle andere componenten een inconsistente verdeling van vermogen in frequentie-tijdruimte, wat wijst op een zeer niet-lineaire systeemrespons op orbitale en ijskap forcering.

de meeste hypothesen voor de oorsprong van het MPT roepen een reactie op een langdurige koeling op, mogelijk veroorzaakt door het verminderen van atmosferische pCO2. Geen van deze hypothesen is echter verantwoordelijk voor de geologische beperking dat de vroegste ijskappen op het noordelijk halfrond een vergelijkbaar of groter gebied bedekten dan die welke volgden op de MPT. Gezien het feit dat de MPT geassocieerd werd met een toename van het ijsvolume, vereist deze beperking dat de ijskappen na de MPT aanzienlijk dikker waren dan de ijskappen vóór de MPT, wat wijst op een verandering in subglaciale omstandigheden die de ijsdynamiek beïnvloeden. We bekijken bewijs ter ondersteuning van de hypothese dat een dergelijke toename in ijsdikte optrad toen kristallijne Precambrium schildbodem werd blootgesteld door glaciale erosie van een dikke mantel van regoliet. Deze blootstelling van een hoog-wrijvingssubstraat veroorzaakte dikkere ijskappen, met een daarmee gepaard gaande verandering in hun reactie op de orbitale forcering. Mariene koolstofisotoopgegevens wijzen op een snelle overdracht van organische koolstof naar anorganische koolstof in het oceaansysteem tijdens de MPT. Als deze koolstof afkomstig is van inheemse bronnen, zou een toename van atmosferische pCO2 waarschijnlijk zijn, wat in strijd is met het bewijs voor wijdverbreide koeling, ogenschijnlijk snelle koolstofoverdracht uit terrestrische bronnen is moeilijk te verzoenen met geleidelijke erosie van regoliet. Een waarschijnlijker bron van organische koolstof en nutriënten (die de stijging van pCO2 zouden verminderen) is afkomstig van mariene sedimenten op de planken en de bovenste helling, die voor het eerst in miljoenen jaren volledig werden blootgesteld als reactie op verdikking van ijskappen en dalende zeespiegels tijdens de MPT. Modellering geeft aan dat regolitherosie en de daaruit voortvloeiende blootstelling van kristallijn gesteente een toename van langdurige silicaat verweringssnelheden zou veroorzaken, in goede overeenstemming met mariene SR en Os isotopische records. We gebruiken een carbon cycle model om aan te tonen dat een post-MPT toename van silicaat verweringssnelheden de atmosferische pCO2 zou verlagen met 7-12 ppm, wat suggereert dat de bijbehorende koeling een belangrijke feedback kan zijn geweest bij het veroorzaken van de MPT.