Ursprunget till istidens klimatförändringar kan ligga på södra halvklotet, där växelverkan mellan det västliga vindsystemet, södra oceanen och det tropiska Stilla havet kan utlösa snabbt, globala förändringar i atmosfärstemperatur, enligt en internationell forskargrupp ledd av University of Maine.

Mekanismen, kallad Zealandia Switch, relaterar till den allmänna positionen för det södra halvklotets västliga vindbälte - det starkaste vindsystemet på jorden - och de kontinentala plattformarna i sydvästra Stilla havet, och deras kontroll över havsströmmar. Förskjutningar i västvindarnas latitud påverkar styrkan hos de subtropiska oceaniska gyren och, i tur och ordning, påverkar frigörandet av energi från det tropiska havsvattnet, planetens "värmemotor". Tropisk värme sprider sig snabbt genom atmosfären och havet till polarområdena på båda halvkloten, fungerar som planetens termostat.

Klimatdynamiken på södra halvklotet kan vara den felande länken för att förstå långvariga frågor om istider, baserat på resultaten av forskargruppen från UMaine, Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory, University of Arizona, och GNS Science i Nya Zeeland, publiceras i Kvartärvetenskapliga recensioner .

I mer än ett kvartssekel, George Denton, UMaine Libra professor i geologiska vetenskaper, tidskriftsartikelns första författare, har lett forskning som rekonstruerar historien om bergsglaciärer på södra halvklotet. I slutet av 1980-talet han och Wallace Broecker, en geokemist vid Columbia University, noterade att en nyckelfråga om istider förblev olöst - kopplingen mellan istidsklimatet och omloppscyklerna i längden och styrkan av jordens säsong. Bevis visade att istidens klimatförändringar var synkrona i båda polära halvklot, med snabba övergångar från glaciala till interglaciala globala klimatförhållanden. De drog slutsatsen att existerande teorier inte kunde redogöra tillräckligt för förändringar i säsongsvariationer, inlandsisens storlek och regionalt klimat.

Bergsglaciärer är mycket klimatkänsliga och väl lämpade för klimatåteruppbyggnad, med hjälp av distinkta moränavlagringar som markerar de tidigare glaciärgränserna. På 1990-talet Denton ledde forskarlag inom kartläggning och datering av moränsekvenser i Sydamerika och, på senare tid, i Nya Zeelands södra alper, med medförfattaren David Barrell, geolog och geomorfolog vid Nya Zeelands regerings forskningsinstitut för geovetenskap, GNS-vetenskap.

Med framsteg inom isotopdatering av moräner i mitten av 2000-talet, Denton slog sig ihop med Columbia Universitys Joerg Schaefer, som leder Cosmogenic Nuclide Laboratory vid Lamont-Doherty Earth Observatory. Tillsammans med CU-LDEO-kollegan och medförfattaren Michael Kaplan, Schäfer, Denton, och UMaine biträdande professor och medförfattare Aaron Putnam har väglett en rad UMaine doktorander fält- och laboratorieprojekt (inklusive Putnams doktorsarbete) som har utvecklat en kronologi av klimatinducerade glaciärförändringar i södra Alperna som sträcker sig över många tiotals år. tusentals år. Den senaste deltagaren i UMaine-CU-partnerskapet är UMaine Ph.D. elev och medförfattare Peter Strand.

Kollektivt, UMaine, CU-LDEO och GNS Science partners har arbetat för att skapa och sammanställa bergsglaciärkronologier från Nya Zeeland och Sydamerika, producerar en omfattande kronologi över glaciärens utbredning under och sedan den senaste istiden. Teamet jämförde sedan morändateringen med paleoklimatdata över hela världen för att få insikter om klimatdynamiken i istider och plötsliga klimathändelser i tusenårsskala. Fynden belyser en allmän global synkronicitet av berg-glaciärens framfart och reträtt under den senaste istiden.

Djupa insikter i klimatdynamiken kommer från medförfattaren Joellen Russell, klimatforskare vid University of Arizona och Thomas R. Brown Distinguished Chair of Integrative Science. Efter hennes långvariga ansträngningar att modellera den klimatiska moduleringen av västvindarna, hon utvärderade simuleringar gjorda som en del av Southern Ocean Model Intercomparison Project, en del av initiativet Carbon and Climate Observations and Modeling i södra oceanen. Modelleringen visade att förändringarna i de sydliga vindsystemen har djupgående konsekvenser för den globala värmebudgeten, som övervakas av glaciärsystem.

"Switchen" har fått sitt namn från Zealandia, en till stor del nedsänkt kontinental plattform som är ungefär en tredjedel av Australiens storlek, med öarna i Nya Zeeland som de största framväxande delarna. Zealandia utgör ett fysiskt hinder för havsströmmen. När västvindsbältet är längre norrut, flödet söderut av varmt havsvatten från det tropiska Stilla havet riktas norr om den Nya Zeelands landmassa (glacialläge). Med vindbältet längre söderut, varmt havsvatten sträcker sig till söder om Nya Zeeland (interglacialt läge). Datormodellering visar att globala klimateffekter uppstår från den latitud där västra länderna cirkulerar. En förskjutning söderut av den södra västra delen stärker vattencirkulationen i södra Stilla havet och södra haven, och värmer ytvattenvattnet över stora delar av världen.

Forskarna antar att subtila förändringar i jordens omloppsbana påverkar beteendet hos västliga vindar på södra halvklotet, och det beteendet ligger i hjärtat av globala istidscykler. Detta perspektiv skiljer sig fundamentalt från den långvariga uppfattningen att orbitala inflytanden på utbredningen av norra halvklotets kontinentala inlandsisar reglerar istidens klimat. Att lägga vikt till Zealandia Switch-hypotesen är att västra delen av södra halvklotet reglerar utbytet av koldioxid och värme mellan havet och atmosfären, och, Således, utöva ytterligare inflytande på det globala klimatet.

"Tillsammans med interhemisfäriska paleoklimatrekord och med resultaten av kopplad havs-atmosfärsklimatmodellering, dessa fynd tyder på en stor, snabbt och globalt slut på den senaste istiden där en uppvärmningsepisod från sydliga källor kopplade samman halvkloten, " enligt forskarna, vars arbete finansierades av Comer Family Foundation, Quesada Family Foundation, National Science Foundation och Nya Zeelands regering.

Den sista glaciala avslutningen var en episod av global uppvärmning som ledde till extrema säsongsvariationer (vinter kontra sommar) på nordliga breddgrader genom att stimulera en flod av smältvatten och isberg i Nordatlanten från angränsande inlandsisar. Sommaruppvärmningen ledde till inflöde av sötvatten, resulterade i utbredd nordatlantisk havsis som orsakade mycket kalla nordliga vintrar och förstärkte den årliga förskjutningen söderut av den intertropiska konvergenszonen och monsunregnbälten. Även om detta har skapat ett intryck av olika temperatursvar mellan de polära hemisfärerna, den så kallade "bipolära gungbrädan, " forskarna föreslår att detta beror på kontrasterande interregionala effekter av global uppvärmning eller kylning. En rad kortlivade, abrupt, episoder av kalla nordliga vintrar under den senaste istiden antas ha orsakats av tillfälliga förändringar av Zealandia Switch-mekanismen.

Förskjutningen söderut av södra halvklotet västerut vid slutet av den senaste istiden åtföljdes av gradvis men ihållande utsläpp av koldioxid från södra oceanen, vilket kan ha bidragit till att låsa klimatsystemet i ett varmt interglacialt läge.

Forskarna föreslår att införandet av fossil CO ₂ in i atmosfären kan återuppväcka samma dynamik som avslutade den senaste istiden, potentiellt driva klimatsystemet till ett nytt läge.

"Kartering och datering av södra halvklots bergs-glaciärmoräner på mitten av latituden leder oss till uppfattningen att latituden och styrkan hos de australa västra länderna, och deras effekt på det tropiska/subtropiska havet, särskilt i regionen som sträcker sig över Indo-Stillahavsbadet och Tasmanhavet till södra oceanen, ger en förklaring för att driva globala förändringar i orbitalskala mellan glaciala och interglaciala klimatlägen, via Zealandia Switch-mekanism, ", skrev forskargruppen. "Sådant beteende hos havs-atmosfärsystemet kan vara operativt i dagens uppvärmningsvärld, införa en distinkt olinjär mekanism för att accelerera den globala uppvärmningen på grund av atmosfärisk koldioxid ₂ stiga."