middle Pleistocene transition: egenskaper, mekanismer och konsekvenser för långsiktiga förändringar i atmosfärisk pCO2

framväxten av lågfrekvent, hög amplitud, kvasiperiodisk (100 – kyr) glacial variabilitet under middle pleistocen i frånvaro av någon signifikant förändring i orbital forcing indikerar en grundläggande förändring internt i klimatsystemet. Denna middle Pleistocene transition (MPT) började 1250 ka och var komplett med 700 ka. Dess början åtföljdes av minskningar av havsytemperaturer (SSTs) i Nordatlanten och tropiska havsområden och av en ökning av afrikansk och asiatisk aridity och monsoonal intensitet. Under MPT ökade den långsiktiga genomsnittliga isvolymen gradvis med 50 m havsnivåekvivalent, medan lågfrekvent isvolymvariation upplevde en 100-kyr-vagga centrerad på 1000 ka följt av dess återkomst av 900 ka, men som ett brett kraftband snarare än en smal, ihållande 100-kyr-cykel. Ytterligare förändringar vid 900 ka indikerar att detta är en viktig tid under MPT, som börjar med en 80-kyr händelse av extrem SST-kylning följt av partiell återhämtning och efterföljande stabilisering av långsiktiga Nordatlantiska och tropiska havsssts, ökande SST-variabilitet i södra oceanen främst förknippad med varmare interglacialer, förlusten av permanent subpolär havsistäckning och uppkomsten av lågfrekvensvariation i Stillahavsssts och global djuphavscirkulation. Sedan 900 ka har istäcken varit den enda komponenten i klimatsystemet som uppvisar konsekvent lågfrekvensvariation. Med undantag för en nästan universell organisation av lågfrekvent effekt associerad med marina isotopsteg 11 och 12, alla andra komponenter visar en inkonsekvent kraftfördelning i frekvenstidsutrymme, vilket tyder på ett mycket olinjärt systemrespons på orbital och isark.

de flesta hypoteser för MPT: s Ursprung åberopar ett svar på en långvarig kylning, eventuellt inducerad genom att minska atmosfärisk pCO2. Ingen av dessa hypoteser, dock, står för den geologiska begränsningen att de tidigaste norra halvklotet istäcken täckte ett liknande eller större område än de som följde MPT. Med tanke på att MPT var förknippad med en ökning av isvolymen, denna begränsning kräver att inlandsisar efter MPT var väsentligt tjockare än pre-MPT-inlandsisar, vilket indikerar en förändring i subglaciala förhållanden som påverkar isdynamiken. Vi granskar bevis till stöd för hypotesen att en sådan ökning av istjockleken inträffade som kristallin prekambrisk sköld berggrund blev utsatt av glacial erosion av en tjock mantel av regolith. Denna exponering av ett högfriktionssubstrat orsakade tjockare isark, med en åtföljande förändring i deras svar på orbitaltvingningen. Marina kolisotopdata indikerar en snabb överföring av organiskt kol till oorganiskt kol i havssystemet under MPT. Om detta kol kom från terrigenous källor, en ökning av atmosfärisk pCO2 skulle sannolikt, vilket är oförenligt med bevis för utbredd kylning, tydligen snabb kolöverföring från markbundna källor är svårt att förena med gradvis erosion av regolith. En mer sannolik källa till organiskt kol och näringsämnen (vilket skulle mildra pCO2-ökningen) är från hylla och övre sluttning marina sediment, som var helt utsatta för första gången på miljontals år som svar på förtjockande isark och fallande sealevels under MPT. Modellering indikerar att regolitosion och resulterande exponering av kristallin berggrund skulle orsaka en ökning av långsiktiga silikatväderhastigheter, i god överensstämmelse med marina SR-och Os-isotopregister. Vi använder en kolcykelmodell för att visa att en ökning efter MPT i silikatväderhastigheter skulle sänka atmosfärisk pCO2 med 7-12 ppm, vilket tyder på att åtföljande kylning kan ha varit en viktig återkoppling för att orsaka MPT.