tranziția Pleistocenului Mijlociu: caracteristici, mecanisme și implicații pentru schimbările pe termen lung în pCO2 atmosferic

apariția variabilității glaciare de joasă frecvență, de amplitudine mare, cvasi – periodică (100-kyr) în timpul Pleistocenului Mijlociu în absența oricărei modificări semnificative a forțării orbitale indică o schimbare fundamentală internă a sistemului climatic. Această tranziție a Pleistocenului Mijlociu (MPT) a început în 1250 ka și a fost completă cu 700 ka. Debutul său a fost însoțit de scăderi ale temperaturilor suprafeței mării (SST) în Atlanticul de Nord și regiunile tropicale-oceanice și de o creștere a aridității africane și asiatice și a intensității musonice. În timpul MPT, volumul mediu de gheață pe termen lung a crescut treptat cu echivalentul nivelului mării de 50 m la nivel de mare, în timp ce variabilitatea volumului de gheață de joasă frecvență a cunoscut o perioadă de repaus de 100 kyr centrată pe 1000 ka urmată de reapariția sa 900 ka, deși ca o bandă largă de putere, mai degrabă decât un ciclu îngust și persistent de 100 kyr. Modificări suplimentare la 900 ka indică faptul că acesta este un moment important în timpul MPT, începând cu un eveniment de 80 kyr de răcire extremă a SST, urmat de recuperarea parțială și stabilizarea ulterioară a SST-urilor pe termen lung din Atlanticul de Nord și Oceanul tropical, creșterea variabilității SST din Oceanul Sudic asociată în principal cu interglaciare mai calde, pierderea acoperirii permanente a gheții marine subpolare și apariția variabilității de joasă frecvență în SST-urile din Pacific și circulația globală a oceanelor adânci. Începând cu 900 ka, straturile de gheață au fost singura componentă a sistemului climatic care prezintă o variabilitate constantă de frecvență joasă. Cu excepția unei organizări aproape universale a puterii de joasă frecvență asociată cu izotopul marin etapele 11 și 12, toate celelalte componente prezintă o distribuție inconsistentă a puterii în spațiul frecvență-timp, sugerând un răspuns extrem de neliniar al sistemului la forțarea orbitală și a stratului de gheață.

majoritatea ipotezelor pentru originea MPT invocă un răspuns la o răcire pe termen lung, posibil indusă de scăderea pCO2 atmosferic. Cu toate acestea, niciuna dintre aceste ipoteze nu explică constrângerea geologică conform căreia primele straturi de gheață din emisfera nordică acopereau o zonă similară sau mai mare decât cele care au urmat MPT. Având în vedere că MPT a fost asociat cu o creștere a volumului de gheață, această constrângere necesită ca foile de gheață post-MPT să fie substanțial mai groase decât foile de gheață pre-MPT, indicând o modificare a condițiilor subglaciare care influențează dinamica gheții. Examinăm dovezi în sprijinul ipotezei că o astfel de creștere a grosimii gheții a avut loc pe măsură ce roca de bază a scutului Precambrian cristalin a devenit expusă prin eroziunea glaciară a unei mantale groase de regolit. Această expunere a unui substrat cu frecare ridicată a provocat foi de gheață mai groase, cu o schimbare însoțitoare a răspunsului lor la forțarea orbitală. Datele izotopului de carbon marin indică un transfer rapid de carbon organic în carbon anorganic în sistemul oceanic în timpul MPT. Dacă acest carbon provine din surse terigene, ar fi probabil o creștere a pCO2 atmosferic, ceea ce este incompatibil cu dovezile pentru răcirea pe scară largă, aparent transferul rapid de carbon din surse terestre este dificil de reconciliat cu eroziunea treptată a regolitului. O sursă mai probabilă de carbon organic și nutrienți (care ar atenua creșterea pCO2) este din sedimentele marine de raft și pantă superioară, care au fost complet expuse pentru prima dată în milioane de ani ca răspuns la îngroșarea straturilor de gheață și la scăderea nivelului de etanșare în timpul MPT. Modelarea indică faptul că eroziunea regolitului și expunerea rezultată a rocii de bază cristaline ar determina o creștere a ratelor de intemperii pe termen lung a silicatului, în acord cu înregistrările izotopice marine Sr și Os. Folosim un model de ciclu de carbon pentru a arăta că o creștere post-MPT a ratelor de intemperii ale silicatului ar reduce pCO2 atmosferic cu 7-12 ppm, sugerând că răcirea însoțitoare ar fi putut fi un feedback important în provocarea MPT.