Published December 23, 2020
| Version v1
Publication
Open
Plateaus and jumps in the atmospheric radiocarbon record – potential origin and value as global age markers for glacial-to-deglacial paleoceanography, a synthesis
Creators
- 1. Kiel University
- 2. Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung
- 3. Universidad de Salamanca
- 4. Centro Científico Tecnológico Patagónico
- 5. Lund University
- 6. Helmholtz Centre Potsdam - GFZ German Research Centre for Geosciences
Description
Abstract. Changes in the geometry of ocean meridional overturning circulation (MOC) are crucial in controlling past changes of climate and the carbon inventory of the atmosphere. However, the accurate timing and global correlation of short-term glacial-to-deglacial changes of MOC in different ocean basins still present a major challenge. The fine structure of jumps and plateaus in atmospheric and planktic radiocarbon (14C) concentration reflects changes in atmospheric 14C production, ocean–atmosphere 14C exchange, and ocean mixing. Plateau boundaries in the atmospheric 14C record of Lake Suigetsu, now tied to Hulu Cave U∕Th model ages instead of optical varve counts, provide a stratigraphic "rung ladder" of up to 30 age tie points from 29 to 10 cal ka for accurate dating of planktic oceanic 14C records. The age differences between contemporary planktic and atmospheric 14C plateaus record the global distribution of 14C reservoir ages for surface waters of the Last Glacial Maximum (LGM) and deglacial Heinrich Stadial 1 (HS-1), as documented in 19 and 20 planktic 14C records, respectively. Elevated and variable reservoir ages mark both upwelling regions and high-latitude sites covered by sea ice and/or meltwater. 14C ventilation ages of LGM deep waters reveal opposed geometries of Atlantic and Pacific MOC. Like today, Atlantic deep-water formation went along with an estuarine inflow of old abyssal waters from the Southern Ocean up to the northern North Pacific and an outflow of upper deep waters. During early HS-1, 14C ventilation ages suggest a reversed MOC and ∼1500-year flushing of the deep North Pacific up to the South China Sea, when estuarine circulation geometry marked the North Atlantic, gradually starting near 19 ka. High 14C ventilation ages of LGM deep waters reflect a major drawdown of carbon from the atmosphere. The subsequent major deglacial age drop reflects changes in MOC accompanied by massive carbon releases to the atmosphere as recorded in Antarctic ice cores. These new features of MOC and the carbon cycle provide detailed evidence in space and time to test and refine ocean models that, in part because of insufficient spatial model resolution and reference data, still poorly reproduce our data sets.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الملخص: تعتبر التغييرات في هندسة الدوران الانقلابي للمحيطات (MOC) حاسمة في التحكم في التغيرات السابقة في المناخ وجرد الكربون في الغلاف الجوي. ومع ذلك، لا يزال التوقيت الدقيق والارتباط العالمي للتغيرات الجليدية إلى الجليدية قصيرة الأجل في MOC في أحواض المحيطات المختلفة يمثلان تحديًا كبيرًا. يعكس الهيكل الدقيق للقفزات والهضاب في تركيز الكربون المشع في الغلاف الجوي والعوالق (14C) التغيرات في إنتاج الغلاف الجوي 14C، وتبادل المحيطات والغلاف الجوي 14C، وخلط المحيطات. توفر حدود الهضبة في سجل الغلاف الجوي 14C لبحيرة Suigetsu، المرتبط الآن بأعمار نموذج Hulu Cave U Ω Th بدلاً من تعداد التباين البصري، "سلم درجة" طبقي يصل إلى 30 نقطة ربط عمرية من 29 إلى 10 كالاكا للتأريخ الدقيق لسجلات 14C المحيطية اللوحانية. تسجل الفروق العمرية بين الهضاب الخشبية المعاصرة والهضاب 14C في الغلاف الجوي التوزيع العالمي لأعمار الخزانات 14C للمياه السطحية في آخر حد أقصى جليدي (LGM) وهاينريش ستاديال 1 الجليدي (HS -1)، كما هو موثق في 19 و 20 سجلات 14C الخشبية، على التوالي. تمثل أعمار الخزانات المرتفعة والمتغيرة كلاً من المناطق الصاعدة ومواقع خطوط العرض العالية المغطاة بالجليد البحري و/أو المياه الذائبة. 14C تكشف أعمار التهوية في المياه العميقة لـ LGM عن هندستها المتعارضة لـ MOC في المحيط الأطلسي والمحيط الهادئ. كما هو الحال اليوم، سار تكوين المياه العميقة في المحيط الأطلسي جنبًا إلى جنب مع تدفق مصبات الأنهار للمياه السحيقة القديمة من المحيط الجنوبي حتى شمال شمال المحيط الهادئ وتدفق المياه العميقة العليا. خلال أوائل HS -1، تشير أعمار التهوية 14C إلى انعكاس MOC و 1500 سنة من التدفق العميق لشمال المحيط الهادئ حتى بحر الصين الجنوبي، عندما حددت هندسة دوران مصبات الأنهار شمال المحيط الأطلسي، وبدأت تدريجياً بالقرب من 19 كيلو أمبير. تعكس الأعمار العالية للتهوية 14 درجة مئوية في المياه العميقة لآلات توليد الغاز المسال سحبًا كبيرًا للكربون من الغلاف الجوي. يعكس الانخفاض الكبير اللاحق في العمر الجليدي تغيرات في MOC مصحوبة بإطلاقات كربونية هائلة في الغلاف الجوي كما هو مسجل في النوى الجليدية في أنتاركتيكا. توفر هذه الميزات الجديدة لإدارة التغيير ودورة الكربون أدلة مفصلة في المكان والزمان لاختبار وصقل نماذج المحيطات التي لا تزال تعيد إنتاج مجموعات البيانات الخاصة بنا بشكل سيئ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى عدم كفاية دقة النموذج المكاني والبيانات المرجعية.Translated Description (French)
Résumé. Les changements dans la géométrie de la circulation méridienne océanique (MOC) sont cruciaux pour contrôler les changements climatiques passés et l'inventaire de carbone de l'atmosphère. Cependant, le calendrier précis et la corrélation mondiale des changements glaciaires à déglaciaires à court terme de la MOC dans différents bassins océaniques présentent toujours un défi majeur. La structure fine des sauts et des plateaux dans la concentration de radiocarbone atmosphérique et planctonique (14C) reflète les changements dans la production atmosphérique de 14C, l'échange océan-atmosphère de 14C et le mélange océanique. Les limites des plateaux dans l'enregistrement atmosphérique du 14E siècle du lac Suigetsu, maintenant liées aux âges du modèle Hulu Cave U Th au lieu des comptes de varves optiques, fournissent une « échelle d'échelons » stratigraphique allant jusqu'à 30 points d'attache d'âge de 29 à 10 cal ka pour une datation précise des enregistrements océaniques planétaires du 14E siècle. Les différences d'âge entre les plateaux planctoniques et atmosphériques contemporains du 14C enregistrent la distribution globale des âges des réservoirs de 14C pour les eaux de surface du Dernier Maximum Glaciaire (LGM) et du Stade Heinrich déglaciaire 1 (HS-1), comme documenté dans 19 et 20 enregistrements planctoniques du 14C, respectivement. Des âges de réservoir élevés et variables marquent à la fois les régions de remontée d'eau et les sites de haute latitude couverts de glace de mer et/ou d'eau de fonte. Les âges de ventilation au 14C des eaux profondes du LGM révèlent des géométries opposées des MOC de l'Atlantique et du Pacifique. Comme aujourd'hui, la formation en eau profonde de l'Atlantique s'est accompagnée d'un afflux estuarien d'anciennes eaux abyssales de l'océan Austral jusqu'au nord du Pacifique Nord et d'un écoulement d'eaux profondes supérieures. Au début du HS-1, les âges de ventilation au 14C suggèrent un MOC inversé et un rinçage d'environ1500 ans du Pacifique Nord profond jusqu'à la mer de Chine méridionale, lorsque la géométrie de la circulation estuarienne marquait l'Atlantique Nord, commençant progressivement vers 19 ka. Les âges élevés de ventilation au 14C des eaux profondes du LGM reflètent un important retrait de carbone de l'atmosphère. La baisse d'âge déglaciaire majeure qui s'ensuit reflète les changements de MOC accompagnés de rejets massifs de carbone dans l'atmosphère, tels qu'enregistrés dans les carottes de glace de l'Antarctique. Ces nouvelles caractéristiques du MOC et du cycle du carbone fournissent des preuves détaillées dans l'espace et le temps pour tester et affiner les modèles océaniques qui, en partie à cause d'une résolution insuffisante des modèles spatiaux et des données de référence, reproduisent encore mal nos ensembles de données.Translated Description (Spanish)
Resumen. Los cambios en la geometría de la circulación de vuelco meridional oceánica (MOC) son cruciales para controlar los cambios climáticos pasados y el inventario de carbono de la atmósfera. Sin embargo, el momento preciso y la correlación global de los cambios glaciales a deglaciares a corto plazo de MOC en diferentes cuencas oceánicas aún presentan un gran desafío. La estructura fina de los saltos y mesetas en la concentración atmosférica y planctica de radiocarbono (14C) refleja los cambios en la producción atmosférica de 14C, el intercambio océano-atmósfera de 14C y la mezcla oceánica. Los límites de la meseta en el registro atmosférico de 14C del lago Suigetsu, ahora vinculados a las edades del modelo de la cueva Hulu U Th en lugar de los recuentos de varvas ópticas, proporcionan una "escalera de peldaños" estratigráfica de hasta 30 puntos de empate de edad de 29 a 10 ka cal para una datación precisa de los registros oceánicos planctónicos de 14C. Las diferencias de edad entre las mesetas planctónicas y atmosféricas contemporáneas de 14C registran la distribución global de las edades de los yacimientos de 14C para las aguas superficiales del Último Máximo Glacial (LGM) y el Estadio Heinrich deglacial 1 (HS-1), como se documenta en 19 y 20 registros planctónicos de 14C, respectivamente. Las edades elevadas y variables de los yacimientos marcan tanto las regiones de surgencia como los sitios de alta latitud cubiertos por hielo marino y/o agua de deshielo. Las edades de ventilación 14C de las aguas profundas de LGM revelan geometrías opuestas de MOC del Atlántico y el Pacífico. Al igual que hoy, la formación de aguas profundas del Atlántico fue acompañada de una afluencia estuarina de antiguas aguas abisales desde el Océano Austral hasta el norte del Pacífico Norte y una salida de aguas profundas superiores. Durante el HS-1 temprano, las edades de ventilación 14C sugieren un MOC invertido y un lavado de ~1500 años del Pacífico Norte profundo hasta el Mar de China Meridional, cuando la geometría de circulación del estuario marcó el Atlántico Norte, comenzando gradualmente cerca de 19 ka. Las altas edades de ventilación 14C de las aguas profundas de LGM reflejan una importante reducción de carbono de la atmósfera. La posterior caída importante de la edad deglaciar refleja cambios en el MOC acompañados de liberaciones masivas de carbono a la atmósfera como se registra en los núcleos de hielo de la Antártida. Estas nuevas características del MOC y el ciclo del carbono proporcionan evidencia detallada en el espacio y el tiempo para probar y refinar los modelos oceánicos que, en parte debido a la insuficiente resolución del modelo espacial y los datos de referencia, aún reproducen mal nuestros conjuntos de datos.Files
cp-16-2547-2020.pdf.pdf
Files
(8.5 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:953e495a7722863302f57b9f9c671f9f
|
8.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الهضاب والقفزات في سجل الكربون المشع في الغلاف الجوي – الأصل والقيمة المحتملين كمؤشرات عمرية عالمية لعلم المحيطات الجليدي إلى المجليدي، وهو توليف
- Translated title (French)
- Plateaux et sauts dans l'enregistrement du radiocarbone atmosphérique – origine potentielle et valeur en tant que marqueurs d'âge mondiaux pour la paléocéanographie glaciaire à déglaciaire, une synthèse
- Translated title (Spanish)
- Mesetas y saltos en el registro de radiocarbono atmosférico: origen potencial y valor como marcadores de edad globales para la paleoceanografía glacial a deglacial, una síntesis
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2981645584
- DOI
- 10.5194/cp-16-2547-2020
References
- https://openalex.org/W1491032629
- https://openalex.org/W1508969945
- https://openalex.org/W1609491364
- https://openalex.org/W1649005109
- https://openalex.org/W1658156290
- https://openalex.org/W1671613930
- https://openalex.org/W1676501496
- https://openalex.org/W1678157725
- https://openalex.org/W1778528905
- https://openalex.org/W1804577523
- https://openalex.org/W1895704235
- https://openalex.org/W1928183652
- https://openalex.org/W1933102174
- https://openalex.org/W1964782169
- https://openalex.org/W1967093202
- https://openalex.org/W1970382145
- https://openalex.org/W1971816180
- https://openalex.org/W1984885121
- https://openalex.org/W1989193940
- https://openalex.org/W1999531263
- https://openalex.org/W2000664357
- https://openalex.org/W2012434986
- https://openalex.org/W2018156694
- https://openalex.org/W2028588371
- https://openalex.org/W2029292187
- https://openalex.org/W2031791610
- https://openalex.org/W2035800339
- https://openalex.org/W2037304784
- https://openalex.org/W2050907384
- https://openalex.org/W2051461957
- https://openalex.org/W2051962101
- https://openalex.org/W2052620279
- https://openalex.org/W2054179059
- https://openalex.org/W2063564075
- https://openalex.org/W2066457405
- https://openalex.org/W2073426956
- https://openalex.org/W2074527287
- https://openalex.org/W2074534955
- https://openalex.org/W2077457915
- https://openalex.org/W2077600132
- https://openalex.org/W2081319507
- https://openalex.org/W2086192317
- https://openalex.org/W2101372386
- https://openalex.org/W2111073855
- https://openalex.org/W2114414826
- https://openalex.org/W2116424207
- https://openalex.org/W2119689998
- https://openalex.org/W2123900986
- https://openalex.org/W2131714287
- https://openalex.org/W2136778644
- https://openalex.org/W2146629632
- https://openalex.org/W2146687568
- https://openalex.org/W2150213112
- https://openalex.org/W2151952626
- https://openalex.org/W2156865657
- https://openalex.org/W2232994685
- https://openalex.org/W2283826664
- https://openalex.org/W2337072706
- https://openalex.org/W2346532678
- https://openalex.org/W2412605135
- https://openalex.org/W2501315186
- https://openalex.org/W2524539525
- https://openalex.org/W2553886904
- https://openalex.org/W2556162745
- https://openalex.org/W2560207916
- https://openalex.org/W2567814885
- https://openalex.org/W2579894470
- https://openalex.org/W2588260957
- https://openalex.org/W2591969260
- https://openalex.org/W2735578458
- https://openalex.org/W2735710977
- https://openalex.org/W2741716145
- https://openalex.org/W2748819073
- https://openalex.org/W2753004640
- https://openalex.org/W2755861756
- https://openalex.org/W2762086252
- https://openalex.org/W2789617720
- https://openalex.org/W2790077891
- https://openalex.org/W2790984864
- https://openalex.org/W2793769441
- https://openalex.org/W2794791091
- https://openalex.org/W2795421272
- https://openalex.org/W2799554336
- https://openalex.org/W2806500130
- https://openalex.org/W2809104415
- https://openalex.org/W2809205149
- https://openalex.org/W2884587206
- https://openalex.org/W2885481831
- https://openalex.org/W2886679499
- https://openalex.org/W2897118316
- https://openalex.org/W2903644466
- https://openalex.org/W2904076406
- https://openalex.org/W2912046845
- https://openalex.org/W2920678099
- https://openalex.org/W2921757568
- https://openalex.org/W2922965598
- https://openalex.org/W2936411845
- https://openalex.org/W2939781423
- https://openalex.org/W2975114360
- https://openalex.org/W2991103382
- https://openalex.org/W2994961501
- https://openalex.org/W3006713978
- https://openalex.org/W3015391807
- https://openalex.org/W3102906054
- https://openalex.org/W3128277510
- https://openalex.org/W4255792589