Zealandia Switch kan være det manglende led i forståelsen af ​​istidsklimaer

Oprindelsen af ​​istidens klimaændringer kan ligge på den sydlige halvkugle, hvor interaktioner mellem det vestlige vindsystem, det sydlige ocean og det tropiske Stillehav kan udløse hurtige, globale ændringer i atmosfærisk temperatur, ifølge et internationalt forskerhold ledet af University of Maine.

Mekanismen, døbt Zealandia Switch, relaterer sig til den generelle position af den sydlige halvkugles vestlige vindbælte - det stærkeste vindsystem på Jorden - og de kontinentale platforme i det sydvestlige Stillehav, og deres kontrol over havstrømme. Forskydninger i bredden af ​​vestlige vinde påvirker styrken af ​​de subtropiske oceaniske gyrer og, på tur, påvirker frigivelsen af ​​energi fra de tropiske havvande, planetens "varmemotor". Tropisk varme spredes hurtigt gennem atmosfæren og havet til polarområderne på begge halvkugler, fungerer som planetens termostat.

Klimadynamikken på den sydlige halvkugle kan være det manglende led i forståelsen af ​​mangeårige spørgsmål om istider, baseret på resultaterne af forskerholdet fra UMaine, Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory, University of Arizona, og GNS Science i New Zealand, udgivet i Kvartærvidenskabelige anmeldelser .

I mere end et kvart århundrede, George Denton, UMaine Libra professor i geologiske videnskaber, tidsskriftsartiklens første forfatter, har ledet forskning, der rekonstruerer historien om bjerggletsjere på den sydlige halvkugle. I slutningen af ​​1980'erne, han og Wallace Broecker, en geokemiker ved Columbia University, bemærkede, at et nøglespørgsmål om istider forblev uløst - sammenhængen mellem istidsklimaet og kredsløbscyklusserne i længden og styrken af ​​Jordens sæson. Beviser viste, at istidens klimaændringer var synkrone i begge polære halvkugler, med hurtige overgange fra glaciale til interglaciale globale klimaforhold. De konkluderede, at eksisterende teorier ikke i tilstrækkelig grad kunne redegøre for ændringer i sæsonbetinget, indlandsisens størrelse og regionalt klima.

Bjerggletsjere er meget følsomme over for klima og velegnede til rekonstruktion af klimaet, ved hjælp af markante moræneaflejringer, der markerer de tidligere gletsjergrænser. I 1990'erne, Denton ledede forskerhold inden for kortlægning og datering af morænesekvenser i Sydamerika og, for nylig, i New Zealands sydlige alper, med medforfatter David Barrell, geolog og geomorfolog med New Zealands regerings geovidenskabelige forskningsinstitut, GNS Videnskab.

Med fremskridt inden for isotopdatering af moræner i midten af ​​2000'erne, Denton gik sammen med Columbia Universitys Joerg Schäfer, der leder Cosmogenic Nuclide Laboratory ved Lamont-Doherty Earth Observatory. Sammen med CU-LDEO kollega og medforfatter Michael Kaplan, Schäfer, Denton, og UMaine adjunkt og medforfatter Aaron Putnam har vejledt en række UMaine kandidatstuderende felt- og laboratorieprojekter (inklusive Putnams ph.d.-arbejde), der har udviklet en kronologi over klima-inducerede gletscherændringer i de sydlige alper, der spænder over mange snesevis af tusinder af år. Den seneste deltager i UMaine-CU-partnerskabet er UMaine Ph.D. elev og medforfatter Peter Strand.

I fællesskab, UMaine, CU-LDEO og GNS Science-partnere har arbejdet på at skabe og kompilere bjerggletsjerkronologier fra New Zealand og Sydamerika, producerer en omfattende kronologi over gletsjerens udbredelse under og siden sidste istid. Holdet sammenlignede derefter morænedateringen med paleoklimatdata verden over for at få indsigt i istidenes klimadynamik og abrupte klimabegivenheder i tusindårsskala. Resultaterne fremhæver en generel global synkronicitet af bjerg-gletsjerens fremskridt og tilbagetog under den sidste istid.

Dyb indsigt i klimadynamikken kommer fra medforfatter Joellen Russell, klimaforsker ved University of Arizona og Thomas R. Brown Distinguished Chair of Integrative Science. Efter hendes mangeårige bestræbelser på at modellere den klimatiske modulation af vestenvindene, hun evaluerede simuleringer udført som en del af Southern Ocean Model Intercomparison Project, en del af initiativet Carbon and Climate Observations and Modeling i det sydlige Ocean. Modelleringen viste, at ændringerne i de sydlige vindsystemer har store konsekvenser for det globale varmebudget, som overvåget af gletsjersystemer.

"Switchen" tager sit navn fra Zealandia, en stort set neddykket kontinental platform omkring en tredjedel af Australiens størrelse, med øerne New Zealand som de største nye dele. Zealandia udgør en fysisk hindring for havstrømmen. Når vestenvindsbæltet er længere mod nord, den sydlige strøm af varmt havvand fra det tropiske Stillehav er rettet nord for den newzealandske landmasse (glacial tilstand). Med vindbåndet længere mod syd, varmt havvand strækker sig syd for New Zealand (interglacial tilstand). Computermodellering viser, at globale klimaeffekter opstår fra den breddegrad, hvor de vestlige kredse cirkulerer. En forskydning mod syd af de sydlige vestlige områder styrker vandcirkulationen i det sydlige Stillehav og det sydlige ocean, og opvarmer havoverfladen over store dele af kloden.

Forskerne antager, at subtile ændringer i Jordens kredsløb påvirker adfærden af ​​den sydlige halvkugles vestlige vinde, og den adfærd ligger i hjertet af globale istidscyklusser. Dette perspektiv er fundamentalt forskelligt fra den langvarige opfattelse, at orbitale påvirkninger på udstrækningen af ​​den nordlige halvkugles kontinentale iskapper regulerer istidsklimaet. At tilføje vægt til Zealandia Switch-hypotesen er, at den sydlige halvkugles vestlige områder regulerer udvekslingen af ​​kuldioxid og varme mellem havet og atmosfæren, og, dermed, øve yderligere indflydelse på det globale klima.

"Sammen med interhemisfæriske palæoklimaregistreringer og med resultaterne af koblet hav-atmosfære klimamodellering, disse resultater tyder på en stor, hurtig og global afslutning på den sidste istid, hvor en sydlig kilde til opvarmning af episoden forbandt halvkuglerne, " ifølge forskerne, hvis arbejde blev finansieret af Comer Family Foundation, Quesada Family Foundation, National Science Foundation og den newzealandske regering.

Den sidste gletsjerafslutning var en episode med global opvarmning, der førte til ekstreme sæsonbestemte forhold (vinter vs. sommerforhold) på nordlige breddegrader ved at stimulere en skylning af smeltevand og isbjerge ind i Nordatlanten fra tilstødende iskapper. Sommerens opvarmning førte til ferskvandstilstrømning, resulteret i udbredt nordatlantisk havis, der forårsagede meget kolde nordlige vintre og forstærkede det årlige skift mod syd i den intertropiske konvergenszone og de monsunale regnbælter. Selvom dette har skabt et indtryk af forskellige temperaturresponser mellem de polære halvkugler, den såkaldte "bipolære vippe, " forskerne foreslår, at dette skyldes kontrasterende interregionale effekter af global opvarmning eller afkøling. En række kortlivede, brat, episoder med kolde nordlige vintre i løbet af den sidste istid antages at have været forårsaget af midlertidige skift i Zealandia Switch -mekanismen.

Den sydlige forskydning af den sydlige halvkugle mod vest ved afslutningen af ​​den sidste istid blev ledsaget af gradvis men vedvarende frigivelse af kuldioxid fra det sydlige ocean, hvilket kan have været med til at låse klimasystemet ind i en varm mellemistid.

Forskerne foreslår, at indførelsen af ​​fossil CO ₂ ind i atmosfæren kan genopvågne den samme dynamik, som afsluttede den sidste istid, muligvis drive klimasystemet i en ny tilstand.

"Kortlægningen og dateringen af ​​den sydlige halvkugles bjerg-gletsjermoræner på midten af ​​breddegraden fører os til den opfattelse, at breddegraden og styrken af ​​de australske vestlige, og deres effekt på det tropiske/subtropiske hav, især i regionen, der strækker sig over Indo-Pacific Warm Pool og Tasmanhavet til det sydlige ocean, giver en forklaring på at skabe globale skift i orbitalskala mellem glaciale og interglaciale klimatilstande, via Zealandia Switch-mekanismen, " skrev forskerholdet. "Sådan opførsel af ocean-atmosfæresystemet kan være operativ i nutidens opvarmende verden, introduktion af en tydeligt ikke-lineær mekanisme til at accelerere global opvarmning på grund af atmosfærisk CO2 ₂ stige."