semnalele planctice și bentice de la situl 1146 diferă semnificativ în tendințele lor pe termen lung și scurt între 9 și 5 Ma, indicând o decuplare a hidrologiei regionale și evoluția stratului de gheață din Antarctica, care a format componenta principală a criosferei în timpul Miocenului Mijlociu și târziu (de exemplu, refs. 35,36). Temperatura stratului mixt și reconstrucțiile de apă de mare de la situl 1146 susțin în plus că schimbările substanțiale ale hidroclimatului din Asia de sud-est au avut loc după ~8 Ma, care s-au accelerat la ~7 Ma, dar nu par strâns legate de emisfera sudică climă de latitudine înaltă (benthic xv18o) tendințe.

între 7,1 și 6,9 Ma, temperaturile oceanului superior la locul 1146 documentează o răcire susținută (~2% c răcire medie), care a persistat până la ~5,7 Ma (Fig. 3b și 4a). Această răcire a fost asociată cu o creștere pe termen lung a variabilității medii și de amplitudine a apei de mare inktiv18o (nota suplimentară 3; Fig suplimentar. 9A, C), astfel cum se indică într-un studiu anterior cu rezoluție redusă34. Aceste tendințe semnalează o modificare a cantității și/sau a compoziției precipitațiilor și scurgerilor de apă de la 0 la 18O, asociată probabil cu modificări ale provenienței și/sau sezonalității precipitațiilor către o sezonalitate musonică mai pronunțată și o sezonalitate mai controlată a apei de ploaie de la 18O (adică precipitațiile de iarnă epuizate de la 18O de la 37). Atribuim aceste schimbări hidrologice în nordul Mării Chinei de Sud după ~7 Ma la răcirea și uscarea masei terestre asiatice și la o deplasare spre sud a poziției medii de vară a zonei de convergență Intertropicală (ITCZ), rezultând o scădere a influenței convecției tropicale și intensificarea musonului uscat de iarnă peste Asia de sud-est. Uscarea și răcirea pe continentul asiatic la ~7 Ma sunt susținute de linii independente de dovezi, inclusiv rate sporite de acumulare a prafului în China de nord38, schimbarea vegetației în China centrală39 și o creștere a mărimii medii a granulelor fracției de sedimente terigene la locul 1146 40. În plus, predominanța unui grup de moluște care preferă condiții reci-aride în straturile loess și paleosol din China centrală între 7,1 și 5,5 Ma indică un regim musonic dominant de iarnă în această perioadă41.

spre deosebire de aceste schimbări hidrologice majore din emisfera nordică, valoarea medie bentonică a produsului cents18o sugerează doar o expansiune glaciară relativ modestă, în trepte, a stratului de gheață din Antarctica și / sau răcirea cu apă adâncă la ~7 Ma (Fig. 2c și 4f). Cu toate acestea, intensificarea musonului de iarnă din Asia de Sud-Est după ~7 Ma a fost asociată cu o tendință pe termen lung spre maximele bentonice mai grele de 18O, care a culminat cu maximele cele mai intense (TG22, 20, 14 și 12 între 5,8 și 5,5 Ma) în întregul Miocen târziu, înainte de a se inversa la începutul Pliocenului (Fig. 2c și 5f). În timpul acestor evenimente extreme, valoarea bentonică a cifrului 18O s–a situat aproape de valoarea 3CT (~0,4-0,6% creștere), care se situează în intervalul valorilor Pliocenului târziu și a valorilor intermediare între valorile maxime ale Holocenului și nivelurile glaciare în aceeași locație18. Un studiu anterior42 a relatat aceste maxime intense de 18O la episoadele de creștere a volumului de gheață din Antarctica. Cu toate acestea, înregistrările de pe Site-ul 1146 arată că maximele bentonice de 18O (TG22, 20, 14, 12, 4 și T8) coincid cu maximele planctice de 18O între 6,0 și 5.0 Ma, indicând variațiile concomitente în apele adânci ale apei de adâncime și în hidrologia regională, care este strâns legată de variațiile climatice extra-tropicale din emisfera nordică (Fig. 5e, f). În plus, temperaturile stratului mixt prezintă scăderi accentuate simultane de 2-3 centimetrii C în timpul acestor evenimente (Fig. 5a), implicând răcirea masivă a emisferei nordice până la latitudini subtropicale. Apariția resturilor de gheață în Pacificul de Nord43 și Atlanticul de Nord44 sedimente miezuri indică în continuare acumularea de gheață în emisfera nordică între 6 și 5 Ma. Extinderea gheții marine arctice în timpul acestor perioade intense de frig ar fi crescut feedback-ul pozitiv al albedo, amplificând răcirea și favorizând creșterea gheții. Împreună, aceste linii de dovezi susțin dezvoltarea straturilor de gheață efemere din emisfera nordică (de exemplu, Groenlanda, Alaska, Labrador) între 6,0 și 5,5 Ma, care erau foarte susceptibile la forțarea insolației.înregistrările Site-ului 1146 arată în plus că răcirea climatică și intensificarea musonului de iarnă la ~7 Ma au coincis cu etapa finală a declinului pe termen lung, global bentic și planctic al numărului de centimetri27, 28 (Lmcis,Fig. 2a și 4c, d). Această schimbare majoră de ~1 unktif, care a început aproape de 7,8 Ma, a fost interpretată ca o scădere globală a cantității de carbon anorganic dizolvat de 13C, deși cauzele sale rămân dezbătute (de exemplu, refs. 22,45,46). O viziune de lungă durată printre ipotezele controversate este că această scădere globală a numărului de centic13c a fost legată de răspândirea miocenului târziu a pajiștilor C4, care sunt mai bine adaptate la pCO2 scăzut și la precipitații sezoniere reduse. Se crede că această extindere pe scară largă a dus la un transfer de 13C de la bazinul de carbon marin la cel terestr47,48,49. O scădere a pCO2 atmosferic, legată, de exemplu, de modificările pe termen lung ale stocurilor de carbon oceanice și/sau terestre, ar putea explica răcirea climatică după ~7 Ma asociată cu migrația Ecuatorială a ITCZ și contracția WPWP.

gradientul dintre bentonic și planctic al produsului 13C oferă în plus o perspectivă asupra schimbărilor în pCO2 atmosferic, deoarece este influențat de doi factori principali: eficiența de sechestrare a pompei biologice și procesele de echilibrare între Oceanul superior și atmosferă (nota suplimentară 4; Fig suplimentar. 10). Timpul de echilibrare pentru x13c în stratul de suprafață mixt al Oceanului prezintă o corelație liniară cu raportul dintre carbonul anorganic dizolvat și pCO2, ceea ce duce la echilibrarea lentă și la creșterea x13c în stratul mixt al oceanului în raport cu atmosfera sub pCO2 scăzut. Simulările recente ale modelului au arătat că echilibrarea accelerată sub pCO2 atmosferic ridicat scade dezechilibrul izotopic, duce la Oceanul superior inferior al oceanului 13C și, astfel, scade gradientul dintre masa de apă de suprafață și cea de adâncime50. În consecință, gradientul vertical de la xv13c din ocean prezintă o pantă mai blândă sub pCO2 atmosferic ridicat și se adâncește în timpul intervalelor de scădere a pCO2.

înclinarea gradientului dintre planctic și bentic, la nivelul de la 13C, după ~7 Ma la locul 1146, când temperaturile stratului mixt au scăzut și ele (Fig. 3a, b), sugerează că nivelurile de pCO2 au scăzut, ajungând în cele din urmă la niveluri care au permis formarea de foi de gheață tranzitorii din emisfera nordică între 6,0 și 5,5 Ma. Acest gradient mai abrupt denotă, de asemenea, un interval prelungit de productivitate marină substanțial îmbunătățită și rate de acumulare a componentelor biogene („înflorire biogenă” descrisă inițial în ref. 51) în numeroase locații din Oceanul Pacific, Indian și Atlantic (de exemplu, ref. 52 și trimiterile la acestea). În Oceanul Pacific ecuatorial de Est, depunerea de opal și carbonat a atins un maxim între 7,0 și 6,4 Ma în timpul vârfului înfloririi biogene din regiune46. Astfel, un scenariu plauzibil este că schimbările în aprovizionarea cu nutrienți și / sau căile au stimulat productivitatea marină după ~7 Ma. Înclinarea ecuatorului la gradientul de temperatură al polului asociat răcirii globale după ~7 Ma (Fig. 3a, b; ref. 2) intensificarea promovată a circulației Hadley și Walker cu repercusiuni asupra circulației conduse de vânt și a modelelor de precipitații (de exemplu, ref. 53). Consolidarea vânturilor ar fi putut, la rândul său, să favorizeze creșterea și fertilizarea oceanică, ajutând la alungarea florilor biogene intense prin Oceanul Pacific, ceea ce a îmbunătățit stocarea carbonului și a scăzut pCO2 în ocean într-o buclă de feedback pozitiv.

lucrările anterioare au arătat că amplitudinea LMCIS diferă în bazinele oceanice (de exemplu, ref. 54). În special, o comparație a profilurilor bentonice de la centa13c indică faptul că gradientul dintre oceanele Pacific și Atlantic s-a intensificat în timpul etapei finale a LMCIS (Fig. 6b; ref. 54). Gradientul inter-bazinal mai abrupt după ~7 Ma nu poate fi explicat prin creșterea producției și a advecției spre sud a apei adânci din Atlanticul de Nord, deoarece această masă de apă relativ caldă și/sau proaspătă (mai ușoară cu 18O) și 13C îmbogățită pare să nu se fi răspândit în Atlanticul de Sud și Oceanul de Sud, care a rămas influențată de masele de apă mai reci, mai dense (mai grele cu 18O) și cu 13C epuizate prin Miocenul târziu (Fig. 6a, b; ref. 54). În mod alternativ, gradientul inter-bazinal mai abrupt, după ~7 Ma, poate fi determinat de exportul crescut de ape îmbogățite cu nutrienți, cu un nivel inferior preformat, de la Oceanul de Sud la Oceanul Pacific (de exemplu, ref. 54) și / sau la creșterea productivității primare și a regenerării nutrienților în Oceanul Pacific cu latitudine joasă.

comparația gradienților bentonici interbazinali miocen târziu, de la numărul 18O și de la numărul 13C. o distribuție pe verticală a lui xv13c în oceanele lumii ca urmare a schimbării miocenului târziu al lui x13c. Valori medii pe intervalul 7-5 Ma pentru site-urile cheie din oceanele Pacific, Atlantic, Indian și sudic compilate din refs. 22,54,55,76, NADW: Atlanticul de nord de apă adâncă, PCW: Pacific Central de apă. b Miocenul Târziu evoluția inter-basinal bentonice δ18O și δ13C degradeuri: compararea Pacific ODP-Ul 1146 și Atlantic ODP-Uri 926 și 99922,23 și ecuatorial Pacific IODP Site-ul U133855 peste intervalul 9-5 Ma. Datele izotopice stabile de pe site-urile 926 și 999 sunt reprezentate grafic pe modelele de vârstă publicate inițial. Pe parcursul intervalului 8.2-7.5 Ma, modelul de vârstă al Site-ului U1338 a fost ajustat la cel al Site-ului 1146 prin reglarea înregistrărilor de la xv13c. Umbrirea liliacului marchează declinul global al numărului de centimetri13c coincident cu creșterea numărului de centimetri18o și modularea oblicității de mare amplitudine a numărului de centimetri18o. umbrirea albastră marchează etapa finală a declinului global al numărului de centimetri13c. Umbrirea portocalie deschisă marchează încălzirea climei după 5,5 Ma. Curba netedă în b montată folosind metoda erorii cel mai puțin pătrate ponderate local (Lowess)

Compararea profilelor bentonice de la situl u1338 din Oceanul Pacific ecuatorial abisal55 și situl mai puțin adânc 1146 din nord-vestul subtropical al Oceanului Pacific (Fig. 6b) arată că compoziția maselor de apă din Pacific s-a schimbat după 7,2 Ma. Convergența înregistrărilor de la xv13c după 7,2 Ma indică extinderea unei mase de apă adâncă din Pacificul Central, epuizată de la xv13c, în adâncimi mai puțin adânci în timpul vârfului înfloririi biogene. Dacă este determinată în primul rând de creșterea productivității și regenerarea nutrienților în oceanele Pacific și Indian, extinderea unei mase de apă adâncă îmbogățită cu 12C după 7,2 Ma implică, de asemenea, o stocare crescută a carbonului în adâncul oceanului Pacific. Eficiența globală a pompei biologice reflectă un echilibru între regiunile cu latitudine înaltă și joasă, cu eficiență diferită de sechestrare56. Astfel, productivitatea sporită și exportul de materie organică în Oceanul tropical și subtropical pot crește eficiența sechestrării globale și pot scădea pCO2 atmosferic, chiar și atunci când formarea apei adânci are loc în zone cu latitudine mare, cu o pompă biologică ineficientă.

datele izotopului bentonic integrat din situl 1146 furnizează primele serii de timp continue, foarte rezolvate dintr-un singur sit care se întind pe ultimele 16,4 Myr (Fig. 7a). Aceste înregistrări extinse urmăresc tranziția de la o fază climatică mai caldă a miocenului Mijlociu, cu o acoperire de gheață Antarctică redusă și extrem de dinamică (până la ~14 Ma) la un mod din ce în ce mai rece, cu foi de gheață mai permanente și stabile la sfârșitul miocenului17. Aceste înregistrări ne permit, de asemenea, să evaluăm relația pe termen lung dintre forțarea radiativă și răspunsul oceanului/climatului care este imprimat pe semnalul bentic de la centa18o. De exemplu, ciclul de oblicitate de 41 kyr este deosebit de proeminent în seria bentică de 18O între 7,7 și 7,2 Ma (Fig. 2c), în timpul unei configurații a orbitei Pământului, când variabilitatea de mare amplitudine în oblicitate este congruentă cu variabilitatea extrem de mică a amplitudinii în excentricitate scurtă (smochine suplimentare. 3, 4A, E). Debutul excursiei pozitive lungi de ~80 kyr în benthic xv18o centrat la 7,2 Ma coincide în special cu minimele în oblicitate (41 kyr) și în excentricitate (100 kyr, 400 kyr și 2,4 Myr modulație de amplitudine) (Fig. 7b; suplimentar Fig. 3). La minimele de oblicitate și excentricitate, insolația mai mică de vară la latitudini mari inhibă topirea zăpezii și a gheții. Această conjuncție a factorilor de forțare climatică a favorizat probabil o fază rece susținută în latitudinile mari, care a durat două cicluri consecutive de oblicitate, rezultând o excursie bentonică extinsă de 18O. Variațiile reînnoite de mare amplitudine în excentricitate și precesie împreună cu variabilitatea maximă a amplitudinii în oblicitate au condus probabil recuperările succesive între 7,2 și 7,0 Ma.

etapele de răcire a climei din Miocenul Mijlociu până târziu coincid cu congruența neobișnuită a orbitei Pământului. un Miocen până la Pleistocen (16-0 Ma) benthic centa18o și centa13c înregistrări de pe site-ul ODP 1146, compilate din refs. 15,16,17,18 și această lucrare. Săgețile albastre marchează principalele faze ale expansiunii glaciare / răcirii cu apă adâncă; 3 pt neted: 3 pt medie în mișcare. Umbrirea liliacului marchează declinul global al numărului de centimetri13c, care coincide cu creșterea planctică a numărului de centimetri18o și cu modulația oblică de mare amplitudine a numărului de centimetri18o. Umbrirea albastră marchează etapa finală a declinului global al numărului de centimetri13c. Umbrirea portocalie deschisă marchează încălzirea climei după 5,5 Ma. B Compararea benthic (C. wuellerstorfi și/sau C. mundulus) x18o de la site-ul ODP 1146 (15,16,17 și această lucrare) cu parametrii orbitali (excentricitate și oblicitate din ref. 21) dezvăluie o secvență similară de evenimente climatice în timpul a trei episoade de răcire Miocen cu configurație orbitală de fundal izbitor de similară. Umbrirea albastră marchează episoadele de răcire după o perioadă extinsă de variabilitate de mare amplitudine în oblicitate congruentă cu variabilitate scăzută în excentricitate scurtă (umbrire gri). Umbrirea portocalie deschisă marchează episoadele de încălzire tranzitorii care coincid cu variabilitatea amplitudinii ridicate în excentricitatea scurtă

această secvență de evenimente climatice, precum și configurația orbitală de fond au fost izbitor de asemănătoare în timpul a două episoade anterioare de răcire Miocen: tranziția climatică miocenă mijlocie la ~13.9 Ma, ceea ce a dus la extinderea majoră a stratului de gheață din Antarctica de Est și la etapa de răcire mai puțin pronunțată a miocenului târziu la ~9,0 Ma (Fig. 7b). În toate cele trei cazuri, ciclul de 41 kyr se remarcă inițial în semnalul bentonic de 18O în timpul unei perioade prelungite de variabilitate de mare amplitudine în oblicitate, congruentă cu variabilitate scăzută în excentricitate scurtă. O îmbogățire marcată în benthic centi 18O (0,2-0,3 centi), care indică creșterea gheții și / sau răcirea cu apă adâncă spre sfârșitul acestui interval, coincide cu minimele prelungite în excentricitate, cu o durată de ~100-200 kyr. Recuperările ulterioare la insolația maximă, legate de modificările cadenței excentricității (de la 400 la 100 kyr variabilitate), indică episoade de dezintegrare tranzitorie a stratului de gheață și încălzirea apei adânci. Această congruență orbitală neobișnuită pare propice răcirii la latitudine mare în emisferele nordice și sudice, deși condițiile limită au diferit semnificativ în aceste trei intervale de schimbări climatice. Etapa de răcire a miocenului Mijlociu s-a produs într-o fază climatică mult mai caldă, caracterizată printr-o medie substanțial mai ușoară benthic cents18o (Fig. 7a, b). În acest moment, stratul de gheață mai puțin extins peste Antarctica era probabil mai dinamic și foarte receptiv la insolația de vară din emisfera Sudică57,58, spre deosebire de stratul de gheață din Antarctica mai extins în timpul miocenului târziu. Această perspectivă pe termen lung ilustrează răspunsul neliniar al sistemului ocean/climatic la forțarea orbitală și rolul proceselor de feedback intern, inclusiv histerezisul stratului de gheață, gradienții de temperatură latitudinală, circulația oceanică și schimbul de CO2 între rezervoarele terestre, atmosferice și oceanice.

fără îndoială, incertitudinea forțării CO2 în timpul Miocenului rămâne o provocare majoră pentru definirea caracteristicilor și dinamicii stărilor climatice mai calde. Deși, reconstrucțiile actuale ale pCO2 nu arată nicio schimbare semnificativă prin Miocenul târziu, nivelurile rămânând aproape sau ușor peste nivelurile preindustriale, incertitudini care depășesc 200 p.p.m. (vezi compilații în refs. 9,59,60) împiedică evaluarea variabilității și sensibilității la forțarea CO2 în intervalul critic preindustrial la cel modern. Pentru a testa sensibilitatea ieșirilor la incertitudinile pCO2, unele simulări ale climatului Miocen târziu folosind modele cuplate de circulație atmosferă–ocean au aplicat concentrații atmosferice de pCO2 în intervalul preindustrial (~280 p.p.m.), precum și niveluri mai ridicate de 400-450 p.p.m. (de exemplu, refs. 60,61). Aceste studii au indicat schimbări majore în distribuția vegetației60 și acoperirea gheții marine61 în emisfera nordică sub aceste state diferite pCO2. În special, suprafețele forestiere au scăzut, iar albedo-ul maselor terestre Eurasiatice și nord-americane a crescut sub pCO2 mai scăzut, datorită temperaturilor medii ale aerului semnificativ mai scăzute (cu 4-10% C) și precipitațiilor reduse în timpul iernii boreale60. Aceste constatări sunt în acord cu un studiu de modelare anterior62, care a constatat că schimbările de vegetație au fost mai importante decât paleogeografia în determinarea climatului Miocen târziu. Concentrațiile medii simulate de SST de vară și de gheață marină din Oceanul Arctic61 au arătat, de asemenea, că regiunea este extrem de sensibilă la schimbări relativ mici ale pCO2, deoarece acoperirea cu gheață marină pe tot parcursul anului predomină în Oceanul Arctic central la niveluri preindustriale, în timp ce condițiile de vară sunt lipsite de gheață la concentrații de 450 p.p.m. această diferență în acoperirea sezonieră cu gheață este critică, deoarece implică reacții foarte diferite în ceea ce privește albedo și schimbul de căldură, cu repercusiuni de anvergură asupra climatului global61. Simulările recente ale modelului de căldură Pliocen au evidențiat în plus importanța feedback-urilor asociate cu albedo-ul norilor și amestecarea oceanului în schimbările de conducere ale gradienților de temperatură meridională și zonală, în ciuda modificărilor relativ modeste ale pCO263,64,65,66.

datele din acest studiu susțin că răcirea climatică subtropicală și intensificarea musonului de iarnă din Asia de Sud-Est după ~7 Ma au fost sincrone cu scăderea pCO2 (Fig. 3a și 4b) într-un context global de pantă termică meridională2. Speculăm că această schimbare climatică târzie a miocenului a fost asociată cu o scădere relativ mică a pCO2, care a fost amplificată de o combinație de feedback pozitiv. Variațiile în acoperirea de gheață marină din emisfera nordică și vegetația în concordanță cu schimbările în circulația ocean–atmosferă au fost probabil esențiale în conducerea climatului Miocen târziu, așa cum este ilustrat de simulările recente de modelare a climatului Miocenului târziu60,61,62. Comportamentul dinamic al sistemului climatic oceanic între 9 și 5 Ma sugerează o cuplare strânsă între variațiile ciclului carbonului și evoluția climatică cu latitudine joasă. În special, rezultatele noastre arată că modificările volumului de gheață din Antarctica nu au fost principalul motor al dezvoltării climatice din Miocenul târziu și că procesele cu latitudine scăzută, inclusiv forțarea vântului musonal a circulației oceanelor superioare și productivitatea au avut o influență puternică asupra dinamicii ciclului climatic-carbon. Începutul condițiilor climatice mai reci la ~7 Ma în timpul etapei finale a LMCIS a coincis cu intensificarea musonului asiatic de iarnă și întărirea pompei biologice a Oceanului Pacific, care a persistat până la ~5,5 Ma. Acest lucru sugerează că schimbările din ciclul global al carbonului au implicat transferul carbonului terestru într-un climat de răcire, uscare, precum și fluctuațiile capacității de stocare a carbonului din oceanul adânc și din chiuveta de carbon sedimentară. Glaciațiile efemere ale emisferei nordice cuprinse între 6,0 și 5,5 Ma indică în plus că nivelurile atmosferice de pCO2 au oscilat aproape și au atins ocazional pragul necesar pentru creșterea stratului de gheață din emisfera nordică în această perioadă.