de planktiske og bentiske kris18o – signaler på stedet 1146 adskiller sig markant i deres langsigtede og kortsigtede tendenser mellem 9 og 5 Ma, hvilket peger på en afkobling af regional hydrologi og udviklingen af den antarktiske iskappe, som dannede hovedkomponenten i kryosfæren i midten og slutningen af miocen (f.eks. refs. 35,36). Blandet lagtemperatur og havvand-rekonstruktioner på stedet 1146 understøtter desuden, at væsentlige ændringer i sydøstasiatisk hydroklima fandt sted efter ~8 Ma, som accelererede ved ~7 Ma, men ikke synes tæt forbundet med den sydlige halvkugles højbreddegradsklima (bentiske krit18o) tendenser.

mellem 7,1 og 6,9 Ma dokumenterer øvre havtemperaturer på Sted 1146 en vedvarende afkøling (~2 liter c gennemsnitlig afkøling), som varede indtil ~5,7 Ma (Fig. 3b og 4a). Denne afkøling var forbundet med en langsigtet stigning i middel-og amplitudevariabiliteten af havvand lar18o (supplerende Note 3; supplerende Fig. 9A, C), som angivet ved en tidligere lavopløsningsundersøgelse34. Disse tendenser signaliserer en ændring i mængden og/eller lars18o-sammensætningen af nedbør og afstrømning, sandsynligvis forbundet med ændringer i herkomst og / eller sæsonudsving af nedbør mod en mere udtalt monsunal sæsonudsving og en mere temperaturkontrolleret sæsonudsving af regnvand, lars18o (dvs., lars18o udtømt vinterfældning37). Vi tilskriver disse hydrologiske ændringer i det nordlige Sydkinesiske Hav efter ~7 Ma til afkøling og tørring af den asiatiske landmasse og et beslægtet skift mod syd af den gennemsnitlige sommerposition for det intertropiske Konvergensområde (ITC), hvilket resulterer i nedsat indflydelse af tropisk konvektion og intensiveret tør vintermonsun over Sydøstasien. Tørring og afkøling på det asiatiske kontinent ved ~7 Ma understøttes af uafhængige beviser, herunder forbedrede støvakkumuleringshastigheder i det nordlige Kina38, vegetationsændring i det centrale Kina39 og en stigning i den gennemsnitlige kornstørrelse af den terrigenøse sedimentfraktion på Sted 1146 40. Derudover er overvejelsen af en bløddyrgruppe, der foretrækker koldtørre forhold i løss-og paleosollagene i det centrale Kina mellem 7,1 og 5,5 Ma, tegn på et dominerende vintermonsunregime i denne periode41.

i modsætning til disse store hydrologiske ændringer på den nordlige halvkugle antyder den gennemsnitlige bentiske lyr18o kun en relativt beskeden, trinvis isudvidelse af den antarktiske isark og / eller dybvandskøling ved ~7 Ma (Fig. 2c og 4f). Intensiveringen af den sydøstasiatiske vintermonsun efter ~7 Ma var imidlertid forbundet med en langsigtet tendens mod tungere benthisk karrus18o Maksima, som kulminerede i den mest intense Maksima (TG22, 20, 14 og 12 mellem 5,8 og 5,5 Ma) inden for hele den sene Miocene, inden den vendte tilbage i den tidlige Pliocen (Fig. 2c og 5f). Under disse ekstreme begivenheder svævede benthisk karrusel18o tæt på 3 karrusel (~0,4–0,6 karruselforøgelse), som ligger i området for sene pliocenværdier og mellemværdier mellem top Holocæn og glaciale niveauer på samme sted18. En tidligere undersøgelse42 relaterede disse intense kr18o Maksima til episoder af Antarktis isvolumenforøgelse. Site 1146-optegnelserne viser imidlertid, at benthic-maksimum 18O (TG22, 20, 14, 12, 4 og T8) falder sammen med planktic-maksimum 18O mellem 6,0 og 5.0 Ma, der angiver samtidige variationer i dybt vand-karrus18o og regional hydrologi, som er tæt knyttet til ekstra-tropiske klimavariationer på den nordlige halvkugle (Fig. 5e, f). Blandede lagtemperaturer viser desuden samtidige skarpe fald på 2-3 liter C under disse hændelser (Fig. 5a), hvilket indebærer massiv nordlige halvkugle nedkøling til subtropiske breddegrader. Forekomsten af isflådede affald i North Pacific43 og North Atlantic44 sedimentkerner indikerer yderligere isopbygning på den nordlige halvkugle mellem 6 og 5 Ma. Udvidelse af Arktisk havis under disse intense forkølelser ville have øget den positive albedo-feedback, forstærket afkøling og begunstiget isvækst. Sammen understøtter disse bevislinjer udviklingen af flygtige iskapper på den nordlige halvkugle (f.eks. Grønland, Alaska, Labrador) mellem 6,0 og 5,5 Ma, der var meget modtagelige for insolationstvingning.

Site 1146-optegnelserne afslører desuden, at klimakøling og intensivering af vintermonsunen ved ~7 Ma faldt sammen med den sidste fase af et langsigtet, globalt benthisk og planktisk fald i lut13c27,28 (LMCIS, Fig. 2a og 4c, d). Dette store skift på ~1-kr., der startede tæt på 7,8 Ma, er blevet fortolket som et globalt fald i den opløste uorganiske kulstofpulje, selvom dens årsager forbliver debatterede (f. eks. 22,45,46). En langvarig opfattelse blandt de stridende hypoteser er, at dette globale fald i kris13c var knyttet til den sene miocen-spredning af C4-græsarealer, som er bedre tilpasset lav pCO2 og reduceret sæsonbestemt nedbør. Denne store udvidelse menes at have resulteret i en overførsel af 13C fra havet til den jordiske kulstofpulje 47,48,49. Et fald i atmosfærisk pCO2, der for eksempel er forbundet med langsigtede ændringer i oceaniske og/eller terrestriske kulstofopgørelser, kunne forklare klimakøling efter ~7 Ma forbundet med ækvatorvandring af ITC ‘ en og sammentrækning af VPV.

gradienten mellem bentisk og planktisk kurt13c giver desuden indsigt i ændringer i atmosfærisk pCO2, da den er påvirket af to hovedfaktorer: sekvestreringseffektiviteten af den biologiske pumpe og ækvilibreringsprocesser mellem det øvre hav og atmosfæren (supplerende Note 4; supplerende Fig. 10). Ækvilibreringstiden for krup13c i Det Blandede overfladelag af havet udviser en lineær korrelation med forholdet mellem opløst uorganisk kulstof og pCO2, hvilket fører til langsom ækvilibrering og forhøjet krup13c i Det Blandede lag af havet med hensyn til atmosfæren under lav pCO2. Nylige modelsimuleringer viste, at accelereret ækvilibrering under forhøjet atmosfærisk pCO2 mindsker den isotopiske uligevægt, fører til nedre øvre havkrus13c og, dermed, mindsker gradienten mellem karrus13c af overflade-og dybvandsmasser50. Følgelig udviser den lodrette kurv13c-gradient i havet en blidere hældning under høj atmosfærisk pCO2 og stiger i intervaller med faldende pCO2.

optrapning af gradienten mellem planktisk og bentisk kurt13c efter ~7 Ma på stedet 1146, når blandede lagtemperaturer også faldt (Fig. 3A, b), antyder, at pCO2-niveauer faldt og til sidst nåede niveauer, der muliggjorde dannelsen af forbigående iskapper på den nordlige halvkugle mellem 6,0 og 5,5 Ma. Denne stejlere gradient betegner også et forlænget interval med væsentligt forbedret marine produktivitet og akkumuleringshastigheder for biogene komponenter (“Biogen blomst” oprindeligt beskrevet i ref. 51) på mange steder i Stillehavet, indiske og atlantiske oceaner (f.eks ref. 52 og henvisninger hertil). I det østlige ækvatoriale Stillehav nåede opal-og karbonataflejring maksimalt mellem 7,0 og 6,4 Ma under toppen af den biogene blomst i regionen46. Således er et plausibelt scenario, at ændringer i næringsforsyning og/eller veje stimulerede marine produktivitet efter ~7 Ma. Stejlhed af ækvator til poltemperaturgradient forbundet med global afkøling efter ~7 Ma (Fig. 3a, b; ref. 2) fremmet intensivering af Hadley-og Rullatorcirkulationen med konsekvenser for vinddrevet cirkulation og nedbørsmønstre (f.eks. 53). Styrkelsen af vindene kan igen have fremmet opsvulmning og befrugtning af havet, hvilket hjælper med at drive intense biogene blomster gennem Stillehavet, hvilket forbedrede kulstoflagring og faldt pCO2 i havet i en positiv feedback loop.

tidligere arbejde viste, at amplituden af LMCIS adskiller sig i havbassiner (f.eks. 54). Især indikerer en sammenligning af bentiske kris13c-profiler, at gradienten mellem Stillehavet og Atlanterhavet intensiverede i den sidste fase af LMCIS (Fig. 6b; ref. 54). Den stejlere inter-basinal gradient efter ~7 Ma kan ikke forklares med øget produktion og sydpå advektion af Nordatlantisk dybt vand, da denne relativt varme og/eller friske (lettere karr18o) og 13C-beriget vandmasse ser ud til ikke at have spredt sig i Det Sydlige Atlanterhav og det sydlige Ocean, som forblev påvirket af koldere, tættere (tungere karr18o) og karr13c udtømte vandmasser gennem den sene miocen (Fig. 6a, b; ref. 54). Alternativt kan den stejlere inter-basinal karrus13c-gradient efter ~7 Ma være drevet af øget eksport af næringsberigede farvande med en lavere præformet karrus13c fra det sydlige Ocean til Stillehavet (f.eks. 54) og / eller til forbedret primær produktivitet og regenerering af næringsstoffer i Stillehavet med lav breddegrad.

sammenligning af late Miocene inter-basinal benthic purpur18o og purpur13c gradienter. en vertikal fordeling af L. 13C i verdens oceaner efter sent Miocæn L. 13C skift. Gennemsnitlige værdier over interval 7-5 Ma for nøglesteder i Stillehavet, Atlanterhavet, indiske og sydlige oceaner udarbejdet fra refs. 22,54,55,76, NADV: Nordatlantisk dybt vand, PCV: Stillehavets centrale vand. B sen Miocæn-udvikling af Inter-basinale bentiske gradienter af lp18o og lp13c: sammenligning af Pacific ODP-sted 1146 og Atlantic ODP-sted 926 og 99922,23 og Ækvatorial Pacific IODP-sted U133855 over interval 9-5 Ma. Stabile isotopdata fra sted 926 og 999 er afbildet på oprindeligt offentliggjorte aldersmodeller. I løbet af intervallet 8,2–7,5 Ma blev Site U1338-aldersmodellen justeret til stedet 1146 ved at indstille prist13c-optegnelserne. Lilac shading markerer global kurt13c-tilbagegang sammenfaldende med planktisk kurt18o-stigning og højamplitude skråmodulation af bentisk kurt18o. blå skygge markerer sidste fase af global kurt13c-tilbagegang. Lys orange skygge markerer klimaopvarmning efter 5,5 Ma. Glat kurve i b monteret ved hjælp af lokalt vægtet mindst kvadreret fejl (Lavess) metode

sammenligning af bentiske karruselprofiler fra sted U1338 i det abyssale ækvatoriale Stillehav 55 og det lavere sted 1146 i det nordvestlige subtropiske Stillehav (Fig. 6b) viser, at sammensætningen af Stillehavets vandmasser ændrede sig efter 7,2 Ma. Konvergensen af lus13c-optegnelserne efter 7,2 ma indikerer udvidelse af en lus13c udtømt dybvandsmasse i det centrale Stillehav til lavere dybder under toppen af den biogene blomst. Hvis primært drevet af øget produktivitet og næringsregenerering i Stillehavet og Det Indiske Ocean, indebærer udvidelsen af en 12C-beriget dybvandsmasse efter 7,2 Ma også øget kulstofopbevaring i det dybe Stillehav. Den globale effektivitet af den biologiske pumpe afspejler en balance mellem regioner med høj og lav breddegrad med forskellig sekvestreringseffektivitet56. Således kan forbedret produktivitet og organisk stofeksport i det tropiske og subtropiske hav øge den globale sekvestreringseffektivitet og sænke atmosfærisk pCO2, selv når dannelse af dybt vand forekommer i områder med høj breddegrad med en ineffektiv biologisk pumpe.

de integrerede bentiske isotopdata i sted 1146 giver den første kontinuerlige, stærkt opløste tidsserie fra et enkelt sted, der spænder over den sidste 16,4 Myr (Fig. 7a). Disse udvidede optegnelser sporer overgangen fra en varmere miocen-klimafase i midten med et reduceret og meget dynamisk Antarktis isdække (indtil ~14 Ma) til en stadig koldere tilstand med mere permanente og stabile isark i slutningen af Miocene17. Disse optegnelser giver os desuden mulighed for at evaluere det langsigtede forhold mellem strålingstvingning og svaret fra havet/klimaet, der er præget på det bentiske kris18o-signal. For eksempel er 41 kyr-skråcyklussen især fremtrædende i den bentiske kris18o-serie mellem 7,7 og 7,2 Ma (Fig. 2c), under en konfiguration af Jordens bane, når variabilitet med høj amplitude i skråhed er kongruent med ekstrem variabilitet med lav amplitude i kort ekscentricitet (supplerende Fig. 3, 4A, E). Begyndelsen af den ~80 kyr lange positive udflugt i bentisk kris18o centreret ved 7,2 Ma falder især sammen med minima i skråhed (41 kyr) og i ekscentricitet (100 kyr, 400 kyr og 2,4 MYR amplitudemodulation) (Fig. 7b; supplerende Fig. 3). Ved skævhed og ekscentricitetsminima hæmmer lavere sommerindstråling ved høje breddegrader smeltning af sne og is. Denne sammenhæng mellem klimatiske tvingende faktorer fremmede sandsynligvis en vedvarende kold fase i de høje breddegrader, der varede gennem to på hinanden følgende hældningscyklusser, hvilket resulterede i en udvidet bentisk karrus18o positiv udflugt. Fornyede variationer med høj amplitude i ekscentricitet og præcession sammen med maksimal amplitudevariabilitet i skævhed kørte sandsynligvis de successive rebounds mellem 7,2 og 7,0 Ma.

mellem til sent Miocæn klimakølingstrin sammenfaldende med usædvanlig kongruens af Jordens bane. en Miocæn til Pleistocæn (16-0 Ma) benthic lars18o og lars13c optegnelser fra ODP Site 1146, udarbejdet af refs. 15,16,17,18 og dette arbejde. Blå pile markerer hovedfaser af isudvidelse / dybvandskøling; 3 pt glat: 3 pt bevægende gennemsnit. Lilac shading markerer det globale kurt13c-fald sammenfaldende med planktisk kurt18o-stigning og højamplitude skråmodulation af benthisk kurt18o. Blå skygge markerer den sidste fase af det globale fald i kris13c. Lys orange skygge markerer klimaopvarmning efter 5,5 Ma. B sammenligning af bentisk (C. vuellerstorfi og/eller C. mundulus) L. 18O fra ODP Site 1146 (15,16,17 og dette arbejde) med orbitale parametre (ekscentricitet og skævhed fra ref. 21) afslører lignende sekvens af klimatiske begivenheder under tre Miocene-køleepisoder med påfaldende lignende baggrunds orbitalkonfiguration. Blå skygge markerer køleepisoder efter en længere periode med høj amplitude variabilitet i skævhed kongruent med lav variabilitet i kort ekscentricitet (grå skygge). Lys orange skygge markerer forbigående opvarmningsepisoder sammenfaldende med variabilitet med høj amplitude i kort ekscentricitet

denne sekvens af klimatiske begivenheder såvel som deres baggrunds orbitalkonfiguration var slående ens under to tidligere miocen-køleepisoder: den midterste miocen-klimaovergang ved ~13.9 Ma, hvilket resulterede i en større udvidelse af det Østantarktiske isark og det mindre udtalte sene miocen-køletrin ved ~9,0 Ma (Fig. 7b). I alle tre tilfælde skiller 41 kyr-cyklussen sig oprindeligt ud i det bentiske kris18o-signal i en langvarig periode med høj amplitude-variabilitet i skråhed, kongruent med lav variabilitet i kort ekscentricitet. En markant berigelse i bentisk kar18o (0,2-0,3 kar), der indikerer isvækst og/eller dybvandskøling mod slutningen af dette interval, falder sammen med langvarige minima i ekscentricitet, der varer ~100-200 kyr. Efterfølgende rebounds ved maksimal isolering, der er knyttet til ændringer i ekscentricitetskadens (fra 400 til 100 KYR variabilitet), indikerer episoder med forbigående isdesintegration og opvarmning af dybt vand. Denne usædvanlige orbitale kongruens synes gunstig for afkøling med høj breddegrad i den nordlige og sydlige halvkugle, skønt grænseforholdene adskiller sig markant i disse tre intervaller af klimaændringer. Det midterste miocen-køletrin opstod i en meget varmere klimafase, kendetegnet ved væsentligt lettere middelbenthisk prist18o (Fig. 7a, b). På dette tidspunkt var det mindre omfattende isdække over Antarktis sandsynligvis mere dynamisk og meget lydhør over for sommerindstråling på den sydlige Halvkugle57, 58,i modsætning til det mere udvidede antarktiske isark i slutningen af Miocæn. Dette langsigtede perspektiv illustrerer det ikke-lineære respons fra ocean / klimasystemet på orbitalt tvang og rollen som interne feedbackprocesser, herunder isarkhysterese, længdetemperaturgradienter, havcirkulation og CO2-udveksling mellem terrestriske, atmosfæriske og oceaniske reservoirer.

formentlig er usikkerheden om CO2-tvang under miocen fortsat en stor udfordring for at definere karakteristika og dynamik i varmere klimatilstande. Selvom de nuværende pCO2-rekonstruktioner ikke viser nogen signifikant ændring gennem det sene miocen, hvor niveauer forbliver tæt på eller lidt over præindustrielle niveauer, usikkerheder på over 200 p.p.m. (se samlinger i refs. 9,59,60) udelukker vurdering af variabilitet og følsomhed over for CO2-tvang inden for det kritiske præindustrielle til moderne område. For at teste udgangens følsomhed over for pCO2–usikkerheder har nogle simuleringer af sent Miocenklima ved hjælp af koblede atmosfære-havcirkulationsmodeller anvendt atmosfæriske pCO2-koncentrationer i det præindustrielle område (~280 p.p.m.) samt mere forhøjede niveauer på 400-450 p.p.m. (f.eks. refs. 60,61). Disse undersøgelser indikerede store ændringer i vegetationsfordeling60 og havisdækning61 på den nordlige halvkugle under disse forskellige pCO2-stater. Især faldt skovområderne, og albedo af de eurasiske og nordamerikanske landmasser steg under lavere pCO2 på grund af den markant lavere (med 4-10 liter C) gennemsnitlige lufttemperaturer og reduceret nedbør under boreal vinter60. Disse fund er i overensstemmelse med en tidligere modelleringsundersøgelse62, som fandt ud af, at vegetationsændringer var vigtigere end paleogeografi ved bestemmelse af sent miocen-klima. Simulerede gennemsnitlige sommer-SST-og haviskoncentrationer i Det arktiske Ocean61 viste også, at regionen er meget følsom over for relativt små ændringer i pCO2, da der året rundt er havisdække i det centrale arktiske hav på præindustrielle niveauer, mens sommerforholdene er isfrie i koncentrationer på 450 p.p.M. denne forskel i sæsonbestemt isdække er kritisk, fordi det indebærer meget forskellige tilbagemeldinger med hensyn til albedo og varmeveksling med vidtrækkende konsekvenser for det globale klima61. Nylige modelsimuleringer af pliocenvarme fremhævede desuden vigtigheden af feedbacks forbundet med skyalbedo og havblanding i kørselsændringer i meridionale og områdetemperaturgradienter på trods af relativt beskedne ændringer i pCO263, 64,65,66.

Data fra denne undersøgelse understøtter, at subtropisk klimakøling og intensivering af den sydøstasiatiske vintermonsun efter ~7 Ma var synkron med faldende pCO2 (Fig. 3a og 4b) inden for en global sammenhæng med stejle meridionale termiske gradienter2. Vi spekulerer i, at dette sene Miocene-klimaskift var forbundet med et relativt lille fald i pCO2, som blev forstærket af en sammenhæng med positive tilbagemeldinger. Variationer i den nordlige halvkugles havisdækning og vegetation i samspil med ændringer i cirkulation mellem hav og atmosfære var sandsynligvis medvirkende til at køre sent Miocæn klima, som illustreret ved nylige modelleringssimuleringer af sent miocen climate60,61,62. Den dynamiske opførsel af havklimasystemet mellem 9 og 5 Ma antyder en tæt kobling mellem kulstofcyklusvariationer og klimaudvikling med lav breddegrad. I særdeleshed, vores resultater viser, at ændringer i Isvolumen i Antarktis ikke var den primære drivkraft for sen miocen-klimaudvikling, og at processer med lav breddegrad, inklusive monsoonal vind, der tvinger cirkulation i øvre hav og produktivitet havde en stærk indflydelse på Klima-kulstofcyklusdynamik. Begyndelsen af koldere klimaforhold på ~7 Ma i den sidste fase af LMCIS faldt sammen med intensivering af den asiatiske vintermonsun og styrkelse af Stillehavets biologiske pumpe, som varede indtil ~5,5 Ma. Dette antyder, at ændringer i den globale kulstofcyklus involverede overførsel af jordbaseret kulstof i en afkøling, tørreklima, samt udsving i kulstoflagringskapaciteten i det dybe hav og den sedimentære kulstofvask. Flygtige Glaciationer på den nordlige halvkugle mellem 6,0 og 5,5 Ma indikerer desuden, at atmosfæriske pCO2-niveauer svævede tæt på og lejlighedsvis nåede den tærskel, der var nødvendig for den nordlige halvkugles isarkvækst i denne periode.