de planktiske og benthic δ18O signaler På Stedet 1146 avvike markert i sine lang – og kortsiktige trender mellom 9 og 5 Ma, peker til en avkobling av regional hydrologi og utviklingen Av Antarktis isdekket, som dannet hovedkomponenten i kryosfæren under midten Og sen Miocen (f. eks refs. 35,36). Blandet lagtemperatur og sjøvann δ18O rekonstruksjoner på Sted 1146 støtter i tillegg at betydelige endringer i sørøst-Asiatisk hydroklima skjedde etter ~8 Ma, som akselererte ved ~7 Ma, men ser ikke ut til å være nært forbundet Med Sørlige Halvkule høyt breddegrad klima (bunnhiske δ18O) trender.

Mellom 7,1 og 6,9 Ma dokumenterer øvre havtemperaturer på Sted 1146 en vedvarende avkjøling (~2 °c gjennomsnittlig kjøling), som vedvarte til ~5,7 Ma (Fig. 3b og 4a). Denne kjølingen var forbundet med en langsiktig økning i gjennomsnittlig og amplitudevariabilitet av sjøvann δ18O (Tilleggsnotat 3; Tilleggsfigur. 9A, C), som angitt av en tidligere lavoppløsningsstudie34. Disse trendene signaliserer en endring i mengden og / eller ④18o-sammensetningen av nedbør og avrenning, sannsynligvis forbundet med endringer i nedbørens opprinnelse og/eller sesongmessighet mot en mer uttalt monsunal sesongmessighet og en mer temperaturkontrollert sesongmessighet av regnvann δ18O (dvs.δ18O utarmet vinternedbør 37). Vi tilskriver disse hydrologiske endringene i det nordlige Sørkinahavet etter ~ 7 Ma til kjøling og tørking Av Den Asiatiske landmassen og et relatert sørlig skifte av den gjennomsnittlige sommerposisjonen TIL DEN Intertropiske Konvergenssonen (ITCZ), noe som resulterer i redusert påvirkning av tropisk konveksjon og intensivert tørr vintermonsun over sørøst-Asia. Tørking og avkjøling På Det Asiatiske kontinentet ved ~7 Ma støttes av uavhengige bevislinjer, inkludert økt støvakkumulering i nord-Kina38, vegetasjonsendring i sentral-Kina39 og en økning i gjennomsnittlig kornstørrelse av terrigenøs sedimentfraksjon på Stedet 1146 40. I tillegg er overvekten av en bløtdyrgruppe som foretrekker kaldt tørre forhold i løss og paleosol-lagene i sentral-Kina mellom 7, 1 Og 5, 5 Ma, indikativ for et dominerende vintermonsunregime i denne perioden41.

i motsetning til disse store hydrologiske endringene på Den Nordlige Halvkule, foreslår gjennomsnittlig bentisk δ 18o bare en relativt beskjeden, trinnvis istidsutvidelse av det Antarktiske isdekket og / eller dypvannskjøling ved ~7 Ma (Fiken. 2c og 4f). Intensiveringen av den sørøstasiatiske vintermonsunen etter ~7 Ma var imidlertid forbundet med en langsiktig trend mot tyngre bentiske δ 18o maxima, som kulminerte i DE mest intense maksimene (TG22, 20, 14 og 12 mellom 5, 8 og 5, 5 Ma) innenfor hele sen Miocen, før reversering i tidlig Pliocen (Fiken. 2c og 5f). I løpet av disse ekstreme hendelsene svevde benthic δ18O nær 3‰ (~0,4–0,6‰ økning), som ligger i området for sen Pliocen-verdier og mellomverdier mellom Topp Holocen-og isbreene på samme sted18. En tidligere studie42 relaterte disse intense δ 18o maxima til episoder Av Antarktis isvolumøkning. 1146-postene på Nettstedet viser imidlertid at benthic ④18o maxima (TG22, 20, 14, 12, 4 og T8) sammenfaller med planktisk δ 18o maxima mellom 6.0 og 5.0 Ma, som indikerer samtidige variasjoner i dypt vann δ 18o og regional hydrologi, som er nært knyttet til ekstra-tropiske Nordlige Halvkule klimavariasjoner (Fig. 5e, f). Blandede lagtemperaturer viser i tillegg samtidig skarpe reduksjoner på 2-3 °C under disse hendelsene (Fig . 5a), noe som betyr at den massive Nordlige Halvkule kjøler ned til subtropiske breddegrader. Forekomsten av is rafted rusk I Nord Pacific43 Og Nord Atlantic44 sedimentkjerner indikerer Videre Nordlige Halvkule is buildups mellom 6 og 5 Ma. Utvidelse Av Arktisk sjøis under disse intense kalde staver ville ha økt den positive albedo-tilbakemeldingen, forsterket kjøling og favorisert isvekst. Sammen støtter disse bevislinjene utviklingen Av ephemeral Nordlige Halvkule isark (F. Eks. Grønland, Alaska, Labrador) mellom 6, 0 og 5, 5 Ma som var svært utsatt for innstrålingspådriv.

Nettstedet 1146 poster i tillegg avsløre at klima kjøling og intensivering av vintermonsunen på ~7 Ma sammenfalt med den siste fasen av en langsiktig, global bunn, og planktisk δ 13c nedgang27,28 (LMCIS, Figs. 2a og 4c, d). Dette store skiftet på ~1 hryvnias, som startet nær 7,8 Ma, har blitt tolket som en global nedgang i δ 13c av det oppløste uorganiske karbonbassenget, selv om årsakene fortsatt er debattert (f. eks. refs. 22,45,46). Et langvarig syn blant motstridende hypoteser er at denne globale δ 13c-nedgangen var knyttet til sen Miocen-spredning Av C4-gressletter, som er bedre tilpasset lav pCO2 og redusert sesongmessig nedbør. Denne store utvidelsen antas å ha resultert I en overføring AV 13C fra marine til terrestriske karbon pool47, 48, 49. En nedgang i atmosfærisk pCO2, for eksempel knyttet til langsiktige endringer i hav-og/eller terrestriske karbonlagre, kan forklare klimakjøling etter ~7 Ma forbundet MED ekvatorovervandring AV ITCZ og sammentrekning av WPWP.

gradienten mellom bunn og planktisk δ 13c gir i tillegg innsikt i endringer i atmosfærisk pco2, siden den er påvirket av to hovedfaktorer: sekvestreringseffektiviteten til den biologiske pumpen og likevektsprosessene mellom øvre hav og atmosfæren (Tilleggsnote 4; Tilleggsfigur. 10). Ekvilibreringstiden for δ 13c i havets blandede overflatelag utviser en lineær korrelasjon til forholdet mellom oppløst uorganisk karbon og pCO2, noe som fører til langsom likevekt og forhøyet δ 13c i havets blandede lag med hensyn til atmosfæren under lav pCO2. Nylige modellsimuleringer viste at akselerert likevekt under forhøyet atmosfærisk pCO2 reduserer isotopisk ulikevekt, fører til lavere øvre hav δ13C og reduserer dermed gradienten mellom overflatenes og dypvannsmassene50. Følgelig viser den vertikale δ 13c-gradienten i havet en mildere helling under høy atmosfærisk pCO2 og steepens under intervaller med fallende pCO2.

Stigning av gradienten mellom planktisk og bentisk δ13C etter ~7 Ma på Stedet 1146, da blandede lagtemperaturer også falt (Fig . 3a, b), antyder at pCO2-nivåene gikk ned, og til slutt nådde nivåer som muliggjorde dannelsen Av forbigående Nordlige Halvkule isark mellom 6, 0 og 5, 5 Ma. Denne brattere gradienten betegner også et lengre intervall med vesentlig forbedret marin produktivitet og akkumuleringshastigheter for biogene komponenter («biogen blomst» opprinnelig beskrevet i ref. 51) på mange steder I Stillehavet, Indiske Og Atlantiske Hav (f.eks ref. 52 og referanser deri). I det østlige ekvatoriale Stillehavet nådde opal-og karbonatavsetningen maksimalt mellom 7, 0 og 6, 4 Ma under toppen av den biogene blomsten i regionen46. Dermed er et plausibelt scenario at endringer i næringstilførsel og / eller veier stimulerte marin produktivitet etter ~7 Ma. Steepening av ekvator til pol temperaturgradient assosiert med global kjøling etter ~7 Ma (Fig. 3a, b; ref. 2) fremmet intensivering Av Hadley-Og Walker-sirkulasjonen med konsekvenser for vinddrevet sirkulasjon og nedbørsmønstre (f.eks. ref. 53). Forsterkningen av vindene kan i sin tur ha fostret oppstrømning og havgjødsel, noe som bidrar til å drive intense biogene blomstrer gjennom Stillehavet, noe som forbedret karbonlagring og redusert pCO2 i havet i en positiv tilbakemeldingssløyfe.

Tidligere arbeid viste at amplituden TIL LMCIS er forskjellig i havbassenger (f.eks. 54). Spesielt indikerer en sammenligning av benthic δ 13c profiler at gradienten mellom Stillehavet og Atlanterhavet intensiverte i sluttfasen AV LMCIS(Fig . 6b; ref. 54). Den brattere inter-basinal gradient etter ~7 Ma kan ikke forklares med økt produksjon og sørover adveksjon Av Nord-Atlanteren Dypt Vann, som denne relativt varm og / eller fersk (lettere δ 18o) og 13c-beriket vann masse synes ikke å ha spredt seg Til Sør-Atlanteren Og Sørishavet, som forble påvirket av kaldere, tettere (tyngre δ 18o)og δ 13c utarmet vannmasser gjennom sen Miocen (Fig . 6a, b; ref. 54). Alternativt kan den brattere inter-basinal δ 13c-gradienten etter ~7 Ma drives av økt eksport av næringsrikt vann med en lavere preformed δ 13c fra Sørishavet til Stillehavet (f.eks. 54) og / eller til økt primærproduktivitet og næringsregenerering i Stillehavet med Lav breddegrad.

Sammenligning av sen Miocen inter-basinal benthic δ18O og δ13C graderinger. En Vertikal fordeling av δ13C i verdenshavene etter sen Miocen δ 13c-skift. Gjennomsnittlige verdier over intervall 7-5 Ma for viktige steder I Stillehavet, Atlanterhavet, Indiske Og Sørlige Hav samlet fra refs. 22,54,55,76, NADW: Nord-Atlanteren Dypt Vann, PCW: Pacific Central Vann. b Sen Miocen evolusjon av inter-basinal bentiske δ 18o og δ 13c gradienter: sammenligning Av Pacific ODP Site 1146 OG Atlantic ODP Sites 926 og 99922,23 Og ekvatorial Pacific IODP Site U133855 over intervall 9-5 Ma. Stabile isotopdata fra Nettstedene 926 og 999 er plottet på opprinnelig publiserte aldersmodeller. I intervallet 8.2-7.5 Ma ble Aldersmodellen For Nettstedet U1338 justert til 1146 Ved å stille inn δ 13c-postene. Lilla skyggelegging markerer global δ 13c-nedgang som sammenfaller med planktisk δ 18o økning og høy amplitude obliquity modulering av benthic hryvnias 18o. Blå skyggelegging markerer sluttfasen av global hryvnias 13c-nedgang. Lys oransje skygge markerer klimaoppvarming etter 5,5 Ma. Glatt kurve i b montert ved hjelp av lokalt vektet minst kvadrert feil (Lowess) metode

Sammenligning av bentiske δ 13c profiler Fra Nettstedet U1338 I abyssal ekvatorial Stillehav55 Og grunnere Område 1146 i det nordvestlige subtropiske Stillehavet (Fig. 6b) viser at sammensetningen Av Stillehavsvannmassene endret seg etter 7,2 Ma. Konvergensen til δ 13c-postene etter 7.2 Ma indikerer utvidelse av en δ 13c utarmet sentral-Stillehavs dypvannsmasse til grunne dybder under toppen av den biogene blomsten. Hvis primært drevet av økt produktivitet og næringsregenerering i Stillehavet og Indiske Hav, innebærer utvidelsen AV en 12c-beriket dypvannsmasse etter 7, 2 Ma også økt karbonlagring i det dype Stillehavet. Den globale effektiviteten til den biologiske pumpen gjenspeiler en balanse mellom områder med høy og lav breddegrad med forskjellig sekvestreringseffektivitet56. Dermed kan økt produktivitet og organisk materialeksport i det tropiske og subtropiske havet øke global sekvestrasjonseffektivitet og lavere atmosfærisk pCO2, selv når dypvannsdannelse oppstår i områder med høy breddegrad med en ineffektiv biologisk pumpe.de integrerte bunnisotopdataene I Site 1146 gir den første kontinuerlige, svært oppløste tidsserien fra et enkelt sted som spenner over de siste 16,4 Myr (Fig. 7a). Disse utvidede rekordene sporer overgangen fra en varmere Midtre Miocen klimafase med redusert og svært dynamisk Antarktis isdekke (til ~14 Ma) til en stadig kaldere modus med mer permanente og stabile isark i slutten Av Miocene17. Disse registreringene gir oss i tillegg mulighet til å evaluere det langsiktige forholdet mellom strålingspådriv og responsen til havet/klimaet som er trykt på bunntrykket 18o-signalet. For eksempel er 41 kyr obliquity cycle spesielt fremtredende i den bentiske δ 18o-serien mellom 7,7 Og 7,2 Ma (Fig . 2c), under en konfigurasjon Av jordens bane, når høy amplitudevariabilitet i skråhet er kongruent med ekstremt lav amplitudevariabilitet i kort eksentrisitet (Supplerende Fig. 3, 4A, E). Utbruddet av ~80 kyr lang positiv ekskursjon i bentisk δ 18o sentrert på 7,2 Ma sammenfaller spesielt med minima i skråhet (41 kyr) og i eksentrisitet (100 kyr, 400 kyr og 2,4 myr amplitudemodulasjon) (Fig. 7b; Supplerende Fig. 3). Ved skråhet og eksentrisitetsminima hemmer lavere sommerisolasjon ved høye breddegrader smelting av snø og is. Denne sammenhengen av klimatiske pådriv faktorer sannsynligvis fostret en vedvarende kald fase i de høye breddegrader som varte gjennom to påfølgende skrå sykluser, noe som resulterte i en utvidet bentisk δ18O positiv utflukt. Fornyede variasjoner med høy amplitude i eksentrisitet og presesjon sammen med maksimal amplitudevariabilitet i skråhet drev sannsynligvis de påfølgende returene mellom 7,2 Og 7,0 Ma.

midt til sent Miocen klima kjøletrinn sammenfallende med uvanlig kongruens Av Jordens bane. et Miocen Til Pleistocen (16-0 Ma) benthic δ18O og δ13C poster fra ODP-Siden 1146, kompilert fra refs. 15,16,17,18 og dette arbeidet. Blå piler markerer hovedfaser av glacial ekspansjon / dypvannskjøling; 3 pt glatt: 3 pt bevegelige middel. Lilac shading markerer global δ 13c nedgang sammenfallende med planktisk δ 18o økning og høy amplitude obliquity modulering av benthic δ 18o. Blå skyggelegging markerer siste fase av global δ 13c nedgang. Lys oransje skygge markerer klimaoppvarming etter 5,5 Ma. B Sammenligning av benthic (C. wuellerstorfi og / Eller C. munduc) δ18O fra ODP Side 1146 (15,16,17 og dette arbeidet) med baneparametere (eksentrisitet og skråhet fra ref. 21) avslører lignende sekvens av klimatiske hendelser under tre Miocen kjøleepisoder med påfallende lik bakgrunn orbital konfigurasjon. Blå skyggelegging markerer kjølepisoder etter en lengre periode med høy amplitudevariabilitet i skråhet kongruent med lav variabilitet i kort eksentrisitet (grå skyggelegging). Lys oransje skygge markerer forbigående oppvarmingsepisoder som sammenfaller med høy amplitude variabilitet i kort eksentrisitet

denne sekvensen av klimatiske hendelser, så vel som deres banekonfigurasjon i bakgrunnen, var påfallende lik under to Tidligere Miocen kjøleepisoder: den Midtre Miocen klimaovergang ved ~13.9 Ma, som resulterte i en betydelig utvidelse Av det Østantarktiske isdekket og det mindre utpregede sen-Miocen-kjøletrinnet ved ~9,0 Ma (Fig. 7b). I alle tre tilfellene skiller 41 kyr-syklusen seg i utgangspunktet ut i det bentiske δ 18o-signalet i en langvarig periode med høy amplitudevariabilitet i skråhet, kongruent med lav variabilitet i kort eksentrisitet. En markert anrikning i benthic δ 18o (0,2-0,3‰), som indikerer isvekst og / eller dypvannskjøling mot slutten av dette intervallet, sammenfaller med langvarig minima i eksentrisitet, som varer ~100-200 kyr. Etterfølgende returer ved maksimal insolasjon, knyttet til endringer i eksentrisitetskadens (fra 400 til 100 kyr variabilitet), indikerer episoder med forbigående iskappe oppløsning og dypvannsoppvarming. Denne uvanlige orbitale kongruensen synes gunstig for kjøling med høy breddegrad På Den Nordlige Og Sørlige Halvkule, selv om grenseforholdene varierte markant i løpet av disse tre intervaller med klimaendringer. Det midterste miocen kjøletrinnet skjedde i en mye varmere klimafase, preget av vesentlig lettere gjennomsnittlig bentisk δ 18o (Fig. 7a, b). På denne tiden var det mindre omfattende isdekket over Antarktis sannsynligvis mer dynamisk og svært lydhør overfor den Sørlige Halvkules sommerinnstråling 57,58, i motsetning til Det mer utvidede antarktiske isdekket under Sen Miocen. Dette langsiktige perspektivet illustrerer den ikke-lineære responsen til hav / klimasystemet til orbitalpådriving og rollen til interne tilbakemeldingsprosesser, inkludert isterese, breddegradering, havsirkulasjon og CO2-utveksling mellom terrestriske, atmosfæriske og oceaniske reservoarer.usikkerheten OM CO2-pådrivet under Miocen er Uten Tvil en stor utfordring for å definere egenskapene og dynamikken til varmere klimastater. Selv om nåværende pco2-rekonstruksjoner ikke viser noen signifikant endring gjennom sen Miocen, med nivåer som holder seg nær eller litt over preindustriale nivåer, usikkerheter over 200 ppm (se samlinger i refs. 9,59,60) utelukker vurdering av variabilitet og følsomhet FOR CO2-tvang innenfor det kritiske preindustrial til moderne rekkevidde. For å teste følsomheten til utgangene til pco2-usikkerhet, har noen simuleringer av sen Miocen klima ved bruk av koblede atmosfære–havsirkulasjonsmodeller anvendt atmosfæriske pco2-konsentrasjoner i preindustrialområdet (~280 ppm), samt mer forhøyede nivåer av 400-450 ppm (f.eks. 60,61). Disse studiene indikerte store endringer i vegetasjonsdistribusjon60 og sjøisdekke 61 på Den Nordlige Halvkule under disse forskjellige pco2-statene. Spesielt reduserte skogsområdene og albedoen til De Eurasiske og Nordamerikanske landmassene økte under lavere pCO2, på grunn av den markant lavere (med 4-10 °C) gjennomsnittlige lufttemperaturer og redusert nedbør under boreal winter60. Disse funnene er i samsvar med en tidligere modelleringsstudie 62, som fant at vegetasjonsendringer var viktigere enn paleogeografi for å bestemme sent Miocen klima. Simulert gjennomsnittlig sommer SST og sjøis konsentrasjoner I Polhavet 61 viste også at regionen er svært følsom for relativt små endringer i pCO2, som en helårs havis dekker råder i det sentrale Polhavet på preindustrial nivå, mens sommerforholdene er isfrie i konsentrasjoner av 450 p. p. m. denne forskjellen i sesong isdekke er kritisk fordi det innebærer svært ulike tilbakemeldinger i form av albedo og varmeveksling med vidtrekkende konsekvenser for globale klima61. Nyere modell simuleringer Av Pliocen varme i tillegg fremhevet viktigheten av tilbakemeldinger forbundet med sky albedo og hav blanding i kjøring endringer i meridional og sone temperaturgradienter, til tross for relativt beskjedne endringer i pCO263, 64, 65, 66.Data fra denne studien støtter at subtropisk klimaavkjøling og intensivering av den sørøstasiatiske vintermonsunen etter ~7 Ma var synkron med avtagende pCO2 (Figs. 3a og 4b) innenfor en global sammenheng med steepening meridional termiske gradienter2. Vi spekulerer på at dette Sene Miocene klimaskiftet var forbundet med en relativt liten nedgang i pCO2, som ble forsterket av en kombinasjon av positive tilbakemeldinger. Variasjoner I Nordlige Halvkule sjøisdekning og vegetasjon i samspill med endringer i hav–atmosfære sirkulasjon var sannsynligvis medvirkende til å kjøre sent Miocen klima, som illustrert av nyere modelleringssimuleringer av sent Miocen klima 60,61,62. Den dynamiske oppførselen til hav-klimasystemet mellom 9 Og 5 Ma antyder en tett kobling mellom karbon syklusvariasjoner og lav breddegrad klimautvikling. Spesielt viser våre resultater at endringer i Antarktis isvolum ikke var den primære driveren for sen Miocen klimautvikling, og at prosesser med lav breddegrad, inkludert monsoonal vindkraft av øvre havsirkulasjon og produktivitet, hadde en sterk innflytelse på klimasyklusdynamikken. Begynnelsen av kaldere klimaforhold på ~7 Ma i den siste fasen AV LMCIS sammenfalt med intensivering Av Den Asiatiske vintermonsunen og styrking Av Stillehavets biologiske pumpe, som vedvarte til ~5.5 Ma. Dette antyder at endringer i den globale karbon syklusen involverte overføring av jordbasert karbon i et kjøle -, tørkeklima, samt svingninger i karbonlagringskapasiteten til dyphavet og sedimentær karbonvask. Ephemeral nordlige Halvkule istider mellom 6.0 Og 5.5 Ma indikerer i tillegg at atmosfæriske pCO2 nivåer svevde nær og noen ganger nådde terskelen som er nødvendig for Nordlige Halvkule isdekke vekst i denne perioden.