the middle Plejstocene transition: characteristics, mechanisms, and implications for long-term changes in atmospheric pCO2

pojawienie się niskiej częstotliwości, wysokiej amplitudy, quasi-periodic (∼100-kyr) zmienności lodowcowej podczas środkowego plejstocenu przy braku jakiejkolwiek znaczącej zmiany wymuszania orbitalnego wskazuje na fundamentalną zmianę wewnętrzną w systemie klimatycznym. To środkowe Przejście plejstocenu (MPT) rozpoczęło się 1250 ka i zostało ukończone przez 700 ka. Jego początkom towarzyszyły spadki temperatur powierzchni morza (SSTS) w północnoatlantyckich i tropikalnych rejonach upwellingu oceanów oraz wzrost suchości i monsunowości Afryki i Azji. Podczas MPT, długoterminowa średnia objętość lodu stopniowo zwiększała się o ∼50 m ekwiwalentu poziomu morza, podczas gdy zmienność objętości lodu o niskiej częstotliwości doświadczyła 100-kyr lull skoncentrowanej na 1000 ka, a następnie jej ponownego pojawienia się ∼900 ka, chociaż jako szerokie pasmo mocy, a nie wąski, trwały cykl 100 kyr. Dodatkowe zmiany przy 900 ka wskazują, że jest to ważny czas podczas MPT, począwszy od zdarzenia 80-kyr ekstremalnego chłodzenia SST, po którym następuje częściowe odzyskanie i późniejsza stabilizacja długoterminowych SST północnoatlantyckich i tropikalnych oceanów, zwiększenie zmienności SST w Oceanie Południowym związane głównie z cieplejszymi interglacjałami,utratą stałej subpolarnej pokrywy lodowej morza i pojawieniem się zmienności o niskiej częstotliwości w pacyficznych SST i globalnej cyrkulacji głębinowej. Od 900 ka pokrywy lodowe są jedynym składnikiem systemu klimatycznego, który wykazuje stałą zmienność niskich częstotliwości. Z wyjątkiem prawie uniwersalnej organizacji mocy o niskiej częstotliwości związanej z okrętowymi stopniami izotopowymi 11 i 12, wszystkie inne składniki wykazują niespójny rozkład mocy w przestrzeni częstotliwość-czas, co sugeruje wysoce nieliniową reakcję układu na wymuszanie orbitalne i pokrywy lodowej.

Większość hipotez dotyczących pochodzenia MPT powołuje się na odpowiedź na długotrwałe ochłodzenie, prawdopodobnie wywołane spadkiem atmosferycznego pCO2. Żadna z tych hipotez nie wskazuje jednak na ograniczenie geologiczne, że najwcześniejsze pokrywy lodowe półkuli północnej pokrywały podobny lub większy obszar niż te, które nastąpiły po MPT. Biorąc pod uwagę, że MPT był związany ze wzrostem objętości lodu, ograniczenie to wymaga, aby pokrywy lodowe po MPT były znacznie grubsze niż pokrywy lodowe przed MPT, co wskazuje na zmianę warunków subglacjalnych, które wpływają na dynamikę lodu. Dokonujemy przeglądu dowodów na poparcie hipotezy, że taki wzrost grubości lodu nastąpił, gdy krystaliczne prekambryjskie podłoże tarczy zostało odsłonięte przez erozję lodowcową grubego płaszcza regolitu. To narażenie podłoża o wysokim tarciu spowodowało grubsze warstwy lodu, z towarzyszącą zmianą ich reakcji na wymuszanie orbitalne. Dane dotyczące morskich izotopów węgla wskazują na szybki transfer węgla organicznego do węgla nieorganicznego w układzie oceanicznym podczas MPT. Gdyby węgiel ten pochodził ze źródeł terrigenicznych, prawdopodobny byłby wzrost atmosferycznego pCO2, co jest sprzeczne z dowodami na powszechne ochłodzenie, najwyraźniej szybki transfer węgla ze źródeł lądowych jest trudny do pogodzenia ze stopniową erozją regolitu. Bardziej prawdopodobnym źródłem węgla organicznego i składników odżywczych (które mogłyby złagodzić wzrost pCO2) są osady morskie półki i górnego zbocza, które zostały w pełni odsłonięte po raz pierwszy od milionów lat w odpowiedzi na zagęszczanie pokryw lodowych i opadanie warstw uszczelniających podczas MPT. Modelowanie wskazuje, że erozja regolitu i wynikające z tego narażenie krystalicznego podłoża skalnego spowodowałoby wzrost długoterminowych wskaźników wietrzenia krzemianów, w dobrej zgodzie z zapisami izotopowymi SR i Os. Używamy modelu cyklu węglowego, aby pokazać, że wzrost prędkości wietrzenia po MPT spowodowałby obniżenie atmosferycznego pCO2 o 7-12 ppm, co sugeruje, że towarzyszące chłodzenie mogło być ważnym sprzężeniem zwrotnym w powodowaniu MPT.