de planktiska och bentiska signalerna från 18O på plats 1146 skiljer sig markant i sina långsiktiga och kortsiktiga trender mellan 9 och 5 Ma, vilket pekar på en frikoppling av regional hydrologi och utvecklingen av Antarktisisen, som bildade huvudkomponenten i kryosfären under mitten och sen Miocene (t.ex. refs. 35,36). Blandad skikttemperatur och havsvatten kubi18o rekonstruktioner på plats 1146 stöder dessutom att väsentliga förändringar i sydostasiatiska hydroklimat inträffade efter ~8 Ma, som accelererade vid ~7 Ma, men verkar inte nära kopplade till södra halvklotets hög latitud klimat (bentiska kubi18o) trender.

Mellan 7,1 och 6,9 Ma dokumenterar övre havstemperaturer vid plats 1146 en långvarig kylning (~2 CCI medelkylning), som kvarstod tills ~5,7 Ma (fikon. 3b och 4a). Denna kylning var förknippad med en långsiktig ökning av medel-och amplitudvariationen för havsvatten kub18o (kompletterande anmärkning 3; kompletterande Fig. 9A, C), vilket indikeras av en tidigare lågupplösningsstudi34. Dessa trender signalerar en förändring i mängden och/eller sammansättningen av nederbörd och avrinning av 18O, sannolikt förknippad med förändringar i nederbördens ursprung och / eller säsongsvariation mot en mer uttalad monsoonal säsongsvariation och en mer temperaturkontrollerad säsongsvariation av regnvatten (dvs. utarmad vinterutfällning37). Vi tillskriver dessa hydrologiska förändringar i norra Sydkinesiska havet efter ~7 Ma till kylning och torkning av den asiatiska landmassan och en relaterad söderut förskjutning av den genomsnittliga sommarpositionen för den intertropiska Konvergenszonen (ITCZ), vilket resulterar i minskat inflytande av tropisk konvektion och intensifierad torr vintermonsun över Sydostasien. Torkning och kylning på den asiatiska kontinenten vid ~7 Ma stöds av oberoende bevislinjer inklusive förbättrade dammackumuleringshastigheter i norra Kina38, vegetationsförändring i centrala Kina39 och en ökning av den genomsnittliga kornstorleken för den terrigenösa sedimentfraktionen vid plats 1146 40. Dessutom är övervägande av en blötdjursgrupp som föredrar kalla torra förhållanden i loess-och paleosol-skikten i centrala Kina mellan 7,1 och 5,5 Ma ett tecken på en dominerande vintermonsunregim under denna period41.

i motsats till dessa stora hydrologiska förändringar på norra halvklotet föreslår medelbenthic Microgaming 18O endast en relativt blygsam, stegvis glacial expansion av Antarktisisen och/eller djupvattenkylning vid ~7 Ma (fikon. 2c och 4f). Intensifieringen av den sydostasiatiska vintermonsunen efter ~7 Ma var emellertid förknippad med en långsiktig trend mot tyngre bentisk kub18o maxima, som kulminerade i den mest intensiva maxima (TG22, 20, 14 och 12 mellan 5,8 och 5,5 Ma) inom hela sena Miocenen, innan den backades i början pliocen (fikon. 2c och 5f). Under dessa extrema händelser svävade bentisk kubi18o nära 3 kubi (~0,4-0,6 ökning av Oz), som ligger inom intervallet sena Pliocenvärden och mellanvärden mellan topp Holocen och glacial nivåer på samma plats18. En tidigare studie42 relaterade till dessa intensiva maxima från 18O till episoder av ökad Isvolym i Antarktis. Site 1146-uppgifterna visar emellertid att bentisk ozon18o maxima (TG22, 20, 14, 12, 4 och T8) sammanfaller med planktisk ozon18o maxima mellan 6,0 och 5.0 Ma, vilket indikerar samtidiga variationer i djupvattenmixi 18O och regional hydrologi, som är nära kopplad till extratropiska klimatvariationer på norra halvklotet (Fig. 5e, f). Blandade skikttemperaturer visar dessutom samtidigt kraftiga minskningar av 2-3 CCC under dessa händelser (Fig. 5a), vilket innebär massiv norra halvklotet kylning ner till subtropiska breddgrader. Förekomsten av is rafted skräp i North Pacific43 och North Atlantic44 sedimentkärnor indikerar vidare norra halvklotets isbyggnader mellan 6 och 5 Ma. Expansion av arktisk havsis under dessa intensiva kalla perioder skulle ha ökat den positiva albedo-feedbacken, förstärka kylning och gynna istillväxt. Tillsammans stöder dessa bevislinjer utvecklingen av flyktiga norra halvklotets isark (t.ex. Grönland, Alaska, Labrador) mellan 6,0 och 5,5 Ma som var mycket mottagliga för insolationstvång.

webbplatsen 1146-register avslöjar dessutom att klimatkylning och intensifiering av vintermonsunen vid ~7 Ma sammanföll med det sista steget av en långsiktig, global bentisk och planktisk 63C-nedgång27, 28 (Lmcis,fikon. 2a och 4c, d). Detta stora skifte på ~1 kubi, som började nära 7,8 Ma, har tolkats som en global minskning av den upplösta oorganiska kolpoolen, även om dess orsaker förblir debatterade (t.ex. refs. 22,45,46). En långvarig uppfattning bland stridande hypoteser är att denna globala minskning av 13C-nivån var kopplad till sen Miocenspridning av C4-gräsmarker, som är bättre anpassade till låg pCO2 och minskad säsongsnederbörd. Denna storskaliga expansion tros ha resulterat i en överföring av 13C från marinen till den markbundna kolpoolen 47,48,49. En minskning av atmosfärisk pCO2, kopplad till exempelvis långsiktiga förändringar i oceaniska och/eller markbundna kolinventeringar, kan förklara klimatkylning efter ~7 Ma associerad med ekvatorvandring av ITCZ och sammandragning av WPWP.

gradienten mellan bentisk och planktisk kub 13C ger dessutom insikter i förändringar i atmosfärisk pCO2, eftersom den påverkas av två huvudfaktorer: bindningseffektiviteten hos den biologiska pumpen och jämviktsprocesserna mellan det övre havet och atmosfären (kompletterande anmärkning 4; kompletterande Fig. 10). Jämviktstiden för jacob13c i det blandade ytskiktet i havet uppvisar en linjär korrelation till förhållandet mellan upplöst oorganiskt kol och pCO2, vilket leder till långsam jämvikt och förhöjd jacob13c i det blandade skiktet av havet med avseende på atmosfären under låg pCO2. Nya modellsimuleringar visade att accelererad jämvikt under förhöjd atmosfärisk pCO2 minskar den isotopiska obalansen, leder till nedre övre havsbakgrund 13C och därmed minskar gradienten mellan 13C av yt-och djupvattenmassor50. Följaktligen uppvisar den vertikala gradienten i havet av c13c en mildare lutning under hög atmosfärisk pCO2 och branter under intervaller av sjunkande pCO2.

lutning av lutningen mellan planktisk och bentisk kub13c efter ~7 Ma vid plats 1146, när blandade skikttemperaturer också minskade (Fig. 3a, b), föreslår att pCO2-nivåerna minskade och så småningom nådde nivåer som möjliggjorde bildandet av övergående norra halvklotets isark mellan 6,0 och 5,5 Ma. Denna brantare gradient betecknar också ett långvarigt intervall av väsentligt förbättrad marin produktivitet och ackumuleringshastigheter för biogena komponenter (”Biogen bloom” som ursprungligen beskrivits i ref. 51) på många platser i Stilla havet, Indiska och Atlanten (t.ex. ref. 52 och referenser däri). I östra ekvatoriala Stilla havet nådde opal-och karbonatavsättningen maximalt mellan 7,0 och 6,4 Ma under toppen av den biogena blomningen i regionen46. Således är ett troligt scenario att förändringar i näringstillförsel och/eller vägar stimulerade marin produktivitet efter ~7 Ma. Lutning av ekvatorn till pole temperaturgradient associerad med global kylning efter ~7 Ma (Fig. 3a, B; ref. 2) främjat intensifiering av Hadley-och Walker-cirkulationen med återverkningar på vinddrivna cirkulations-och nederbördsmönster (t.ex. ref. 53). Förstärkningen av vindar kan i sin tur ha främjat uppvällning och havsbefruktning, vilket hjälper till att driva intensiva biogena blommor genom Stilla Havet, vilket förbättrade koldioxidlagring och minskade pCO2 i havet i en positiv återkopplingsslinga.

tidigare arbete visade att amplituden hos LMCIS skiljer sig i havsbassänger (t.ex. ref. 54). I synnerhet indikerar en jämförelse av bentiska profiler av c13c att gradienten mellan Stilla havet och Atlanten intensifierades under slutstadiet av LMCIS (Fig. 6B; ref. 54). Den brantare inter-basinala gradienten efter ~7 Ma kan inte förklaras av ökad produktion och söderut advektion av Nordatlantiska djupvatten, eftersom denna relativt varma och/eller färska (lättare kub18o) och 13C-berikad vattenmassa verkar inte ha spridit sig i Sydatlanten och södra havet, som förblev påverkad av kallare, tätare (tyngre jacob18o) och jacob13c utarmade vattenmassor genom den sena Miocenen (Fig. 6a, B; ref. 54). Alternativt kan den brantare inter-basinala kub13c-gradienten efter ~7 Ma drivas av ökad export av näringsberikat vatten med en lägre förformad kub13c från södra havet till Stilla havet (t.ex. ref. 54) och / eller för ökad primär produktivitet och näringsregenerering i Stilla havet med låg latitud.

jämförelse av sen miocen inter-basinal bentisk basisk bacig 18O och gradienter av cda13c. en vertikal fördelning av jacob13c i världshaven efter sen Miocene-skift 13C. Medelvärden över intervall 7-5 Ma för viktiga platser i Stilla havet, Atlanten, Indiska och Södra oceaner sammanställd från refs. 22,54,55,76, NADW: Nordatlantens djupa vatten, PCW: Pacific Central Water. B sen Miocene utveckling av inter-basinal bentiska ugi18o och ugi13c gradienter: jämförelse av Pacific ODP Site 1146 och Atlantic ODP platser 926 och 99922,23 och ekvatorial Pacific IODP Site U133855 över intervall 9-5 Ma. Stabila isotopdata från webbplatser 926 och 999 ritas på ursprungligen publicerade åldersmodeller. Under intervallet 8,2–7,5 Ma justerades Åldersmodellen Site U1338 till den för Site 1146 genom att ställa in registren för Xiaomi 13C. Lilac skuggning markerar global nedgång i jacob13c sammanfallande med planktisk ökning av jacob18o och hög amplitud snedhetsmodulering av benthic jacob18o. blå skuggning markerar slutskedet av global nedgång i jacob13c. Ljusorange skuggning markerar klimatuppvärmning efter 5,5 Ma. Smidig kurva i b monterad med hjälp av lokalt viktad metod för minst kvadratfel (Lowess)

jämförelse av bentiska Aci 13C-profiler från plats U1338 i abyssal ekvatorial Pacific Ocean55 och grundare plats 1146 i nordvästra subtropiska Stilla havet (Fig. 6b) visar att sammansättningen av Stilla vattenmassor förändrades efter 7,2 Ma. Konvergensen av de register som gjorts efter 7,2 Ma visar på en expansion av den utarmade massan av djupt vatten i centrala Stillahavsområdet i ett lägre djup under toppen av den biogena blomningen. Om främst drivs av ökad produktivitet och näringsregenerering i Stilla havet och Indiska Oceanen, innebär utvidgningen av en 12C-berikad djupvattenmassa efter 7,2 Ma också ökad kollagring i det djupa Stilla havet. Den biologiska pumpens globala effektivitet återspeglar en balans mellan regioner med hög och låg latitud med olika bindningseffektivitet56. Således kan ökad produktivitet och export av organiskt material i det tropiska och subtropiska havet öka den globala bindningseffektiviteten och sänka atmosfärisk pCO2, även när djupvattenbildning sker i områden med hög latitud med en ineffektiv biologisk pump.

de integrerade bentiska isotopdata på plats 1146 ger den första kontinuerliga, mycket lösta tidsserien från en enda plats som spänner över den sista 16,4 Myr (Fig. 7a). Dessa utökade register spårar övergången från en varmare Miocene-klimatfas med ett reducerat och mycket dynamiskt Antarktis-istäcke (fram till ~14 Ma) till ett alltmer kallare läge med mer permanenta och stabila isark i slutet av Miocene17. Dessa register gör det dessutom möjligt för oss att utvärdera det långsiktiga förhållandet mellan strålningsdrivning och svaret från havet/klimatet som är tryckt på den bentiska cigarr18o-signalen. Till exempel är 41 kyr obliquity-cykeln särskilt framträdande i den bentiska kub18o-serien mellan 7,7 och 7,2 Ma (Fig. 2C), under en konfiguration av jordens omlopp, när variabilitet med hög amplitud i snedhet är kongruent med extremt låg amplitudvariation i kort excentricitet (kompletterande fikon. 3, 4A, E). Uppkomsten av ~80 kyr lång positiv utflykt i bentisk kubi18o centrerad vid 7,2 Ma sammanfaller särskilt med minima i snedhet (41 kyr) och i excentricitet (100 kyr, 400 kyr och 2,4 Myr amplitudmodulering) (Fig. 7b; kompletterande Fig. 3). Vid snedhet och excentricitetsminima hämmar lägre sommarinsolation vid höga breddgrader smältning av snö och is. Denna sammankoppling av klimattvingande faktorer bidrog sannolikt till en långvarig kallfas i de höga breddgraderna som varade genom två på varandra följande sneda cykler, vilket resulterade i en förlängd bentisk positivt utflyktsbiljett från 18O. Förnyade variationer med hög amplitud i excentricitet och precession tillsammans med maximal amplitudvariation i snedhet körde förmodligen de successiva reboundsna mellan 7,2 och 7,0 Ma.

Miocene klimatkylningssteg som sammanfaller med ovanlig kongruens av jordens bana. en Miocene till pleistocen (16-0 Ma) bentisk bisexuell 18O och 13C register från ODP Site 1146, sammanställd från refs. 15,16,17,18 och detta arbete. Blå pilar markerar huvudfaser av glacial expansion / djupvattenkylning; 3 pt slät: 3 pt rörligt medelvärde. Lilac skuggning markerar global nedgång i enlighet med den planktiska ökningen i 18O och hög amplitud snedhetsmodulering av bentisk 18O. Blå skuggning markerar slutskedet av den globala nedgången i 13C. Ljusorange skuggning markerar klimatuppvärmning efter 5,5 Ma. B jämförelse av benthic (C. wuellerstorfi och / eller C. mundulus) kub18o från ODP Site 1146 (15,16,17 och detta arbete) med orbital parametrar (excentricitet och obliquity från ref. 21) avslöjar liknande sekvens av klimathändelser under tre miocenkylningsepisoder med påfallande liknande Bakgrunds orbitalkonfiguration. Blå skuggning markerar kylepisoder efter en längre period med hög amplitud variabilitet i snedhetskongruent med låg variation i kort excentricitet (grå skuggning). Ljusorange skuggning markerar övergående uppvärmningsepisoder som sammanfaller med variabilitet med hög amplitud i kort excentricitet

denna sekvens av klimathändelser, liksom deras bakgrundsomloppskonfiguration, var påfallande lika under två tidigare miocenkylningsepisoder: den mellersta miocenklimatövergången vid ~13.9 Ma, vilket resulterade i en stor expansion av East Antarctic ice sheet och det mindre uttalade sena miocenkylningssteget vid ~9,0 Ma (Fig. 7b). I alla tre instanserna sticker 41 kyr-cykeln initialt ut i den bentiska kub18o-signalen under en långvarig period med hög amplitudvariation i snedhet, kongruent med låg variation i kort excentricitet. En markant anrikning i bentisk kubi18o (0,2–0,3 kB), som indikerar istillväxt och/eller djupvattenkylning mot slutet av detta intervall, sammanfaller med långvarig minima i excentricitet, bestående ~100-200 kyr. Efterföljande returer vid toppinsolation, kopplade till förändringar i excentricitetskadens (från 400 till 100 kyr-variabilitet), indikerar episoder av övergående isarkupplösning och djupvattenuppvärmning. Denna ovanliga orbitalkongruens verkar gynnsam för kylning med hög latitud i norra och södra halvklotet, även om gränsvillkoren skilde sig markant under dessa tre intervall av klimatförändringar. Det mellersta miocenkylningssteget inträffade i en mycket varmare klimatfas, kännetecknad av väsentligt lättare medelbenthic kub 18O (Fig. 7a, b). Vid den här tiden var det mindre omfattande istäcket över Antarktis sannolikt mer dynamiskt och mycket mottagligt för södra halvklotets sommarinsolation57,58, i motsats till det mer expanderade Antarktisiset under sen miocen. Detta långsiktiga perspektiv illustrerar det olinjära svaret från havet / klimatsystemet på orbital tvingar och rollen av interna återkopplingsprocesser inklusive ishysteres, latitudinal temperaturgradienter, havscirkulation och CO2-utbyte mellan terrestriska, atmosfäriska och oceaniska reservoarer.

förmodligen är osäkerheten i CO2-tvingningen under Miocenen fortfarande en stor utmaning för att definiera egenskaper och dynamik hos varmare klimatstater. Även om nuvarande pCO2-rekonstruktioner inte visar någon signifikant förändring genom sen miocen, med nivåer som ligger nära eller något över preindustriella nivåer, osäkerheter över 200 p.p.m. (se sammanställningar i refs. 9,59,60) utesluter bedömning av variabilitet och känslighet för CO2-tvingning inom det kritiska preindustriella till moderna intervallet. För att testa känsligheten hos utgångarna till pCO2-osäkerheter har vissa simuleringar av sent Miocenklimat med kopplade atmosfär–havcirkulationsmodeller tillämpat atmosfäriska pCO2-koncentrationer i det preindustriella området (~280 p.p.m.), liksom mer förhöjda nivåer av 400-450 p.p.m. (t.ex. refs. 60,61). Dessa studier indikerade stora förändringar i vegetationsdistribution60 och havsisskydd61 på norra halvklotet under dessa olika pCO2-stater. I synnerhet minskade skogsområdena och albedo i de eurasiska och nordamerikanska landmassorna ökade under lägre pCO2, på grund av de markant lägre (med 4-10 cc) genomsnittliga lufttemperaturerna och minskad nederbörd under boreal vinter60. Dessa resultat överensstämmer med en tidigare modelleringsstudi62, som fann att vegetationsförändringar var viktigare än paleogeografi vid bestämning av sent Miocenklimat. Simulerade genomsnittliga SST-och havsiskoncentrationer i Ishavet61 visade också att regionen är mycket känslig för relativt små förändringar i pCO2, eftersom ett istäcke året runt råder i centrala ishavet på preindustriella nivåer, medan sommarförhållandena är isfria vid koncentrationer på 450 p.p.m. denna skillnad i säsongsbetonad istäckning är kritisk eftersom det innebär mycket olika återkopplingar när det gäller albedo och värmeväxling med långtgående återverkningar för det globala klimatet61. Nya modellsimuleringar av pliocen värme framhävde dessutom vikten av återkopplingar associerade med moln albedo och havsblandning vid körning av förändringar i meridionala och zonala temperaturgradienter, trots relativt blygsamma förändringar i pCO263,64,65,66.

Data från denna studie stöder att subtropisk klimatkylning och intensifiering av den sydostasiatiska vintermonsunen efter ~7 Ma var synkron med minskande pCO2 (fikon. 3a och 4b) inom ett globalt sammanhang av brantande meridionala termiska gradienter2. Vi spekulerar i att detta sena Miocene klimatskifte var förknippat med en relativt liten nedgång i pCO2, vilket förstärktes av en kombination av positiva återkopplingar. Variationer i norra halvklotet havsisskydd och vegetation i samklang med förändringar i havsatmosfärens cirkulation var sannolikt avgörande för att driva sent Miocenklimat, vilket illustreras av de senaste modelleringssimuleringarna av sent Miocenklimat60,61,62. Det dynamiska beteendet hos havsklimatsystemet mellan 9 och 5 Ma föreslår en tät koppling mellan kolcykelvariationer och klimatutveckling med låg latitud. I synnerhet visar våra resultat att förändringar i Isvolymen i Antarktis inte var den främsta drivkraften för sen miocen klimatutveckling och att processer med låg latitud, inklusive monsoonal vindkraft av övre havscirkulation och produktivitet, hade ett starkt inflytande på klimatkolcykeldynamiken. Starten av kallare klimatförhållanden vid ~7 Ma under sista etappen av LMCIS sammanföll med intensifiering av den asiatiska vintermonsunen och förstärkning av Stilla havets biologiska pump, som kvarstod till ~5,5 Ma. Detta tyder på att förändringar i den globala kolcykeln involverade överföring av terrestriskt kol i ett kylande, torkande klimat, liksom fluktuationer i koldioxidlagringskapaciteten i djuphavet och sedimentär kolsänka. Efemära glaciationer på norra halvklotet mellan 6,0 och 5,5 Ma indikerar dessutom att atmosfäriska pCO2-nivåer svävade nära och ibland nådde tröskeln som var nödvändig för tillväxt av norra halvklotet under denna period.