Der Übergang des Mittelpleistozäns: Eigenschaften, Mechanismen und Implikationen für langfristige Änderungen des atmosphärischen pCO2

Die Entstehung einer niederfrequenten, Hochamplituden-, quasi-periodischen (∼100-kyr) Gletschervariabilität während des Mittelpleistozäns ohne signifikante Änderung des Orbitalantriebs weist auf eine grundlegende Änderung innerhalb des Klimasystems hin. Dieser Übergang des mittleren Pleistozäns (MPT) begann 1250 ka und war um 700 ka abgeschlossen. Sein Beginn ging einher mit einem Rückgang der Meeresoberflächentemperaturen (SSTs) in den Auftriebsregionen des Nordatlantiks und des tropischen Ozeans sowie mit einem Anstieg der afrikanischen und asiatischen Trockenheit und der Monsunintensität. Während des MPT stieg das langfristige durchschnittliche Eisvolumen allmählich um ∼50 m Meeresspiegeläquivalent, während die niederfrequente Variabilität des Eisvolumens eine 100-kyr-Flaute erlebte, die auf 1000 ka zentriert war, gefolgt von seinem Wiederauftreten ∼900 ka, obwohl als ein breites Band von Macht eher als ein schmaler, anhaltender 100-Kyr-Zyklus. Zusätzliche Änderungen bei 900 ka deuten darauf hin, dass dies eine wichtige Zeit während des MPT ist, beginnend mit einem 80-kyr-Ereignis extremer SST-Abkühlung, gefolgt von einer teilweisen Erholung und anschließenden Stabilisierung der langfristigen SST im Nordatlantik und tropischen Ozean, einer zunehmenden SST-Variabilität im Südpolarmeer, die hauptsächlich mit wärmeren Warmzeiten, dem Verlust der permanenten subpolaren Meereisbedeckung und der Entstehung niederfrequenter Variabilität in pazifischen SSTs und der globalen Tiefseezirkulation verbunden ist. Seit 900 ka sind Eisschilde die einzige Komponente des Klimasystems, die eine konsistente niederfrequente Variabilität aufweist. Mit Ausnahme einer nahezu universellen Organisation der Niederfrequenzleistung, die mit marinen Isotopenstufen verbunden ist 11 und 12, Alle anderen Komponenten zeigen eine inkonsistente Verteilung der Leistung im Frequenz-Zeit-Raum, Dies deutet auf eine stark nichtlineare Systemreaktion auf Orbital- und Eisschildantrieb hin.

Die meisten Hypothesen für den Ursprung des MPT rufen eine Reaktion auf eine langfristige Abkühlung hervor, die möglicherweise durch abnehmendes atmosphärisches pCO2 induziert wird. Keine dieser Hypothesen, jedoch, erklärt die geologische Einschränkung, dass die frühesten Eisschilde der nördlichen Hemisphäre eine ähnliche oder größere Fläche bedeckten als die, die dem MPT folgten. Angesichts der Tatsache, dass die MPT mit einer Zunahme des Eisvolumens verbunden war, Diese Einschränkung erfordert, dass die Eisschilde nach der MPT wesentlich dicker waren als die Eisschilde vor der MPT, Dies deutet auf eine Änderung der subglazialen Bedingungen hin, die die Eisdynamik beeinflussen. Wir überprüfen Beweise für die Hypothese, dass eine solche Zunahme der Eisdicke auftrat, als kristallines präkambrisches Schildgestein durch Gletschererosion eines dicken Regolithmantels freigelegt wurde. Diese Exposition eines Hochreibungssubstrats verursachte dickere Eisschilde mit einer damit verbundenen Änderung ihrer Reaktion auf den Orbitalantrieb. Marine Kohlenstoffisotopendaten weisen auf einen schnellen Transfer von organischem Kohlenstoff zu anorganischem Kohlenstoff im Ozeansystem während des MPT hin. Wenn dieser Kohlenstoff aus terrigenen Quellen stammte, Ein Anstieg des atmosphärischen pCO2 wäre wahrscheinlich, Dies steht im Widerspruch zu Beweisen für eine weit verbreitete Abkühlung, Anscheinend ist ein schneller Kohlenstofftransfer aus terrestrischen Quellen mit einer allmählichen Erosion von Regolith schwer in Einklang zu bringen. Eine wahrscheinlichere Quelle für organischen Kohlenstoff und Nährstoffe (die den pCO2-Anstieg mildern würden) stammen aus Meeressedimenten im Schelf und am oberen Hang, die zum ersten Mal seit Millionen von Jahren als Reaktion auf verdickende Eisschilde und fallende Meeresspiegel während des MPT vollständig freigelegt wurden. Die Modellierung zeigt, dass die Regolitherosion und die daraus resultierende Exposition von kristallinem Grundgestein zu einem Anstieg der langfristigen Silikatverwitterungsraten führen würden, in guter Übereinstimmung mit marinen Sr- und Os-Isotopenaufzeichnungen. Wir verwenden ein Kohlenstoffzyklusmodell, um zu zeigen, dass ein Anstieg der Silikat-Verwitterungsraten nach dem MPT das atmosphärische pCO2 um 7-12 ppm senken würde, was darauf hindeutet, dass die damit verbundene Abkühlung eine wichtige Rückkopplung bei der Entstehung des MPT gewesen sein könnte.