La transición del Pleistoceno medio: características, mecanismos e implicaciones para los cambios a largo plazo en la pCO2 atmosférica

La aparición de variabilidad glacial de baja frecuencia, alta amplitud y cuasiperiódica (ky 100 – kyr) durante el Pleistoceno medio en ausencia de cualquier cambio significativo en el forzamiento orbital indica un cambio fundamental interno en el sistema climático. Esta transición del Pleistoceno medio (MPT) comenzó en 1250 ka y se completó en 700 ka. Su aparición estuvo acompañada de disminuciones de las temperaturas de la superficie del mar en el Atlántico Norte y en las regiones de surgencia de los océanos tropicales, y de un aumento de la aridez de África y Asia y de la intensidad monzónica. Durante el MPT, el volumen promedio de hielo a largo plazo aumentó gradualmente en 5 50 m equivalente al nivel del mar, mientras que la variabilidad del volumen de hielo de baja frecuencia experimentó una pausa de 100 kr centrada en 1000 ka seguida de su reaparición 9 900 ka, aunque como una banda ancha de potencia en lugar de un ciclo estrecho y persistente de 100 kr. Cambios adicionales a 900 ka indican que este es un momento importante durante el TMP, comenzando con un evento de 80 kr de enfriamiento extremo de la TSM seguido de la recuperación parcial y la posterior estabilización de la TSM a largo plazo del Atlántico Norte y los océanos tropicales, aumentando la variabilidad de la TSM del Océano Austral asociada principalmente con interglaciales más cálidos, la pérdida de la cubierta de hielo marino subpolar permanente y la aparición de variabilidad de baja frecuencia en la TSM del Pacífico y la circulación global de los océanos profundos. Desde 900 ka, las capas de hielo han sido el único componente del sistema climático que muestra una variabilidad constante de baja frecuencia. Con la excepción de una organización casi universal de la potencia de baja frecuencia asociada con las etapas 11 y 12 de los isótopos marinos, todos los demás componentes muestran una distribución inconsistente de la potencia en el espacio de frecuencia y tiempo, lo que sugiere una respuesta del sistema altamente no lineal al forzamiento orbital y de la capa de hielo.

La mayoría de las hipótesis para el origen del MPT invocan una respuesta a un enfriamiento a largo plazo, posiblemente inducido por la disminución de pCO2 atmosférico. Sin embargo, ninguna de estas hipótesis explica la restricción geológica de que las primeras capas de hielo del Hemisferio Norte cubrieran un área similar o más grande que las que siguieron al TMP. Dado que el MPT se asoció con un aumento en el volumen de hielo, esta restricción requiere que las capas de hielo posteriores al MPT sean sustancialmente más gruesas que las capas de hielo anteriores al MPT, lo que indica un cambio en las condiciones subglaciales que influyen en la dinámica del hielo. Revisamos la evidencia en apoyo de la hipótesis de que tal aumento en el espesor del hielo ocurrió cuando el lecho de roca del Escudo precámbrico cristalino quedó expuesto por la erosión glacial de un manto grueso de regolito. Esta exposición de un sustrato de alta fricción causó capas de hielo más gruesas, con un cambio concomitante en su respuesta al forzamiento orbital. Los datos de isótopos de carbono marino indican una rápida transferencia de carbono orgánico a carbono inorgánico en el sistema oceánico durante el MPT. Si este carbono procediera de fuentes terrígenas, sería probable un aumento de pCO2 atmosférico, lo que es inconsistente con la evidencia de enfriamiento generalizado, la transferencia aparentemente rápida de carbono de fuentes terrestres es difícil de conciliar con la erosión gradual del regolito. Una fuente más probable de carbono orgánico y nutrientes (que mitigaría el aumento de pCO2) es de los sedimentos marinos de la plataforma y la ladera superior, que estuvieron completamente expuestos por primera vez en millones de años en respuesta al engrosamiento de las capas de hielo y la caída de los niveles del mar durante el MPT. El modelado indica que la erosión de regolitos y la exposición resultante del lecho de roca cristalina causarían un aumento en las tasas de meteorización de silicatos a largo plazo, en buen acuerdo con los registros isotópicos marinos de Sr y Os. Utilizamos un modelo de ciclo de carbono para mostrar que un aumento post-MPT en las tasas de meteorización de silicato reduciría la pCO2 atmosférica en 7-12 ppm, lo que sugiere que el enfriamiento concomitante puede haber sido una retroalimentación importante en la causa del MPT.