De oorsprong van klimaatveranderingen in de ijstijd kan op het zuidelijk halfrond liggen, waar interacties tussen het westelijke windsysteem, de Zuidelijke Oceaan en de tropische Stille Oceaan kunnen snelle, globale veranderingen in de atmosferische temperatuur, volgens een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de Universiteit van Maine.

Het mechanisme, genaamd de Zealandia Switch, heeft betrekking op de algemene positie van de westelijke windgordel op het zuidelijk halfrond - het sterkste windsysteem op aarde - en de continentale platforms van de zuidwestelijke Stille Oceaan, en hun controle over oceaanstromingen. Verschuivingen in de breedtegraad van de westenwinden beïnvloeden de sterkte van de subtropische oceanische gyres en, beurtelings, beïnvloedt het vrijkomen van energie uit de tropische oceaanwateren, de 'warmtemotor' van de planeet. Tropische hitte verspreidt zich snel door de atmosfeer en de oceaan naar de poolgebieden van beide halfronden, fungeert als de thermostaat van de planeet.

De klimaatdynamiek op het zuidelijk halfrond kan de ontbrekende schakel zijn bij het begrijpen van al lang bestaande vragen over ijstijden, op basis van de bevindingen van het onderzoeksteam van UMaine, Lamont-Doherty Earth Observatory van Columbia University, de Universiteit van Arizona, en GNS Science in Nieuw-Zeeland, gepubliceerd in Kwartair wetenschappelijke beoordelingen .

Al meer dan een kwart eeuw George Denton, UMaine Weegschaal Hoogleraar Geologische Wetenschappen, de eerste auteur van het tijdschriftartikel, heeft geleid tot onderzoek naar de reconstructie van de geschiedenis van berggletsjers op het zuidelijk halfrond. Eind jaren tachtig, hij en Wallace Broecker, een geochemicus aan de Columbia University, merkte op dat een belangrijke vraag over ijstijden onopgelost bleef - het verband tussen het ijstijdklimaat en de orbitale cycli in de lengte en sterkte van het aardse seizoen. Bewijs toonde aan dat klimaatveranderingen in de ijstijd synchroon waren in beide poolhelften, met snelle overgangen van glaciale naar interglaciale mondiale klimaatomstandigheden. Ze concludeerden dat bestaande theorieën niet adequaat rekening konden houden met veranderingen in seizoensinvloeden, ijskapgrootte en regionaal klimaat.

Berggletsjers zijn zeer klimaatgevoelig en zeer geschikt voor klimatologische wederopbouw, met behulp van kenmerkende moreneafzettingen die de voormalige gletsjergrenzen markeren. In de jaren 1990, Denton leidde onderzoeksteams in het in kaart brengen en dateren van morenesequenties in Zuid-Amerika en, recenter, in de Zuidelijke Alpen van Nieuw-Zeeland, met co-auteur David Barrell, geoloog en geomorfoloog bij het geowetenschappelijk onderzoeksinstituut van de Nieuw-Zeelandse overheid, GNS Wetenschap.

Met de vooruitgang in isotopendatering van morenen in het midden van de jaren 2000, Denton werkte samen met Joerg Schaefer van Columbia University, die het Cosmogenic Nuclide Laboratory leidt van het Lamont-Doherty Earth Observatory. Samen met CU-LDEO-collega en co-auteur Michael Kaplan, Schäfer, Denton, en UMaine assistent-professor en co-auteur Aaron Putnam hebben een opeenvolging van UMaine afgestudeerde studentenveld- en laboratoriumprojecten geleid (inclusief Putnam's PhD-werk) die een chronologie hebben ontwikkeld van klimaatgeïnduceerde gletsjerveranderingen in de Zuidelijke Alpen die vele tientallen van duizende jaren. De meest recente deelnemer aan het UMaine-CU-partnerschap is UMaine Ph.D. student en co-auteur Peter Strand.

collectief, de UMaine, CU-LDEO en GNS Science-partners hebben gewerkt aan het maken en samenstellen van chronologieën van berggletsjers uit Nieuw-Zeeland en Zuid-Amerika, het produceren van een uitgebreide chronologie van de omvang van de gletsjer tijdens en sinds de laatste ijstijd. Het team vergeleek vervolgens de morainedatering met paleoklimaatgegevens over de hele wereld om inzicht te krijgen in de klimaatdynamiek van ijstijden en abrupte klimaatgebeurtenissen op millennial-schaal. De bevindingen wijzen op een algemene wereldwijde synchroniciteit van de opmars en terugtrekking van berg-gletsjers tijdens de laatste ijstijd.

Diepe inzichten in de klimaatdynamiek komen van co-auteur Joellen Russell, klimaatwetenschapper aan de Universiteit van Arizona en Thomas R. Brown Distinguished Chair of Integrative Science. Na haar jarenlange inspanningen om de klimaatmodulatie van de westenwinden te modelleren, ze evalueerde simulaties gedaan als onderdeel van het Southern Ocean Model Intercomparison Project, onderdeel van het initiatief Carbon and Climate Observations and Modeling in de Zuidelijke Oceaan. De modellering toonde aan dat de veranderingen in de zuidelijke windsystemen ingrijpende gevolgen hebben voor het wereldwijde warmtebudget, zoals gecontroleerd door gletsjersystemen.

De "schakelaar" ontleent zijn naam aan Zeelandia, een grotendeels verzonken continentaal platform ongeveer een derde van de grootte van Australië, met de eilanden van Nieuw-Zeeland als de grootste opkomende delen. Zeelandia vormt een fysieke belemmering voor de stroming van de oceaanstroom. Wanneer de westelijke windgordel verder naar het noorden is, de zuidwaartse stroom van warm oceaanwater uit de tropische Stille Oceaan is gericht ten noorden van de Nieuw-Zeelandse landmassa (glaciale modus). Met de windband verder naar het zuiden, warm oceaanwater strekt zich uit tot het zuiden van Nieuw-Zeeland (interglaciale modus). Computermodellering laat zien dat mondiale klimaateffecten ontstaan ​​door de breedtegraad waarop de westenwinden circuleren. Een zuidwaartse verschuiving van de zuidelijke westenwinden stimuleert de watercirculatie in de Stille Zuidzee en de zuidelijke oceanen, en verwarmt het oppervlaktewater van de oceaan over een groot deel van de wereld.

De onderzoekers veronderstellen dat subtiele veranderingen in de baan van de aarde het gedrag van de westelijke winden op het zuidelijk halfrond beïnvloeden, en dat gedrag vormt de kern van wereldwijde ijstijdcycli. Dit perspectief verschilt fundamenteel van de lang gekoesterde opvatting dat orbitale invloeden op de omvang van continentale ijskappen op het noordelijk halfrond ijstijdklimaten reguleren. Om de Zealandia Switch-hypothese kracht bij te zetten, is dat het westen van het zuidelijk halfrond de uitwisseling van koolstofdioxide en warmte tussen de oceaan en de atmosfeer regelt, en, dus, een verdere invloed uitoefenen op het mondiale klimaat.

"Samen met interhemisferische paleoklimaatrecords en met de resultaten van gekoppelde klimaatmodellering van de oceaan en de atmosfeer, deze bevindingen suggereren een grote, snel en mondiaal einde aan de laatste ijstijd waarin een opwarmperiode uit het zuiden de hemisferen met elkaar verbond, "volgen de onderzoekers wiens werk werd gefinancierd door de Comer Family Foundation, de Quesada Familie Stichting, de National Science Foundation en de Nieuw-Zeelandse regering.

De laatste glaciale beëindiging was een episode van opwarming van de aarde die leidde tot extreme seizoensinvloeden (winter- versus zomeromstandigheden) op de noordelijke breedtegraden door een stroom van smeltwater en ijsbergen in de Noord-Atlantische Oceaan te stimuleren vanuit aangrenzende ijskappen. Opwarming van de zomer leidde tot instroom van zoet water, resulterend in wijdverbreid Noord-Atlantisch zee-ijs dat zeer koude noordelijke winters veroorzaakte en de jaarlijkse zuidwaartse verschuiving van de intertropische convergentiezone en de moessonregengordels versterkte. Hoewel dit een indruk heeft gewekt van verschillende temperatuurreacties tussen de polaire hemisferen, de zogenaamde "bipolaire wip, "De onderzoekers suggereren dat dit te wijten is aan contrasterende interregionale effecten van opwarming of afkoeling van de aarde. Een opeenvolging van kortstondige, abrupt, Er wordt gesuggereerd dat afleveringen van koude noordelijke winters tijdens de laatste ijstijd zijn veroorzaakt door tijdelijke verschuivingen van het Zealandia Switch-mechanisme.

De zuidwaartse verschuiving van het westen van het zuidelijk halfrond aan het einde van de laatste ijstijd ging gepaard met een geleidelijke maar aanhoudende afgifte van koolstofdioxide uit de Zuidelijke Oceaan, wat misschien heeft bijgedragen aan het opsluiten van het klimaatsysteem in een warme interglaciale modus.

De onderzoekers suggereren dat de introductie van fossiele CO ₂ in de atmosfeer kan dezelfde dynamiek doen ontwaken die een einde maakte aan de laatste ijstijd, mogelijk het klimaatsysteem in een nieuwe modus stuwen.

"Het in kaart brengen en dateren van de berg-gletsjermorenen van het zuidelijk halfrond op het zuidelijk halfrond leidt ons tot de opvatting dat de breedtegraad en sterkte van de westelijke westenwinden, en hun effect op de tropische/subtropische oceaan, met name in de regio die de Indo-Pacifische Warme Pool en de Tasmanzee tot aan de Zuidelijke Oceaan omvat, geeft een verklaring voor het aansturen van mondiale verschuivingen op orbitale schaal tussen glaciale en interglaciale klimatologische modi, via het Zealandia Switch-mechanisme, " schreef het onderzoeksteam. "Dergelijk gedrag van het oceaanatmosfeersysteem kan werkzaam zijn in de opwarmende wereld van vandaag, invoering van een duidelijk niet-lineair mechanisme voor het versnellen van de opwarming van de aarde als gevolg van atmosferische CO ₂ opstaan."