Antarktidos glacio-eustatic indėlis į vėlyvojo mioceno viduržemio jūros sausinimą ir perkėlimą | gamtos komunikacijos

Antarktidos glacio-eustatic indėlis į vėlyvojo mioceno viduržemio jūros sausinimą ir perkėlimą | gamtos komunikacijos

Anonim

Dalykai

  • Geologija
  • Geofizika
  • Paleookeografija

Anotacija

Mesinijos druskingumo krizė (MSC) buvo ryškus vėlyvasis neogeno okeanografinis įvykis, kurio metu Viduržemio jūra išgaravo. Jo priežastys lieka neišspręstos, siūlomi tektoniniai Atlanto vandenyno apribojimai arba glacio-eustatic tėkmės apribojimai žemo jūros lygio metu arba dviejų mechanizmų mišinys. Pateikiame pirmuosius tiesioginius Antarkties ledyno (AIS) išsiplėtimo geologinius įrodymus MSC pradžioje ir naudojame δ 18 O įrašą santykiniams jūros lygio pokyčiams modeliuoti. Antarkties nuosėdiniai paveldėjimai rodo, kad AIS išsiplėtimas 6 Ma metu sutampa su pagrindiniu MSC sausinimu; santykinis jūros lygio modeliavimas rodo užsitęsusį ∼ 50 m žemumą Gibraltaro sąsiauryje, kurį lėmė AIS išsiplėtimas ir vietinis jūros vandens išgaravimas kartu su garų krituliais, kurie sukėlė litosferos deformaciją. Mūsų rezultatai suderina MSC įvykius ir parodo, kad išdžiūvimas ir pakartotinis užpildymas buvo atlikti atsižvelgiant į glacio-eustatic jūros lygio svyravimus, ledynų izostatinį sureguliavimą ir mantijos deformaciją, atsižvelgiant į kintančias vandens ir garų garų apkrovas.

Įvadas

Mesinijos druskingumo krizė (MSC) 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 buvo nustatyta atradus Viduržemio jūroje storas (iki 3500 m) evaporitines nuosėdas 1 . MSC viršūnėje Viduržemio jūra buvo daugybė gilių baseinų 10, kuriuos maitino tik upės iš Europos ir Afrikos. „Žemutinių evaporitų“ bazinis amžius yra 5, 96 Ma, o tai rodo Viduržemio jūros regiono sausėjimo pradžią renginio pradžioje. Sinchroninis sūrymo telkinio susidarymas visuose baseinuose prasidėjo nuo 5, 75 iki 5, 60 Ma, o kulminacija buvo beveik visiška išdžiūvimas 5.532 Ma (nuoroda 6). MSC staiga baigėsi 5.33 Ma su katastrofišku „Camarinal Sill 9“, kuris atskyrė Viduržemio jūrą nuo Atlanto vandenyno, gedimu. Pradinis MSC raktas ir tolesnė raida tebėra energingai diskutuojama. Šiuolaikinė Viduržemio jūros regiono konfigūracija atsirado dėl santykinio Afrikos, Arabijos ir Eurazijos plokštelių judesių 11, o ankstyvieji argumentai buvo sutelkti į tektoninį apribojimą tarp Viduržemio jūros ir Atlanto vandenyno 1 .

Giliavandenio jūros dugno δ 18 O raida leido manyti, kad MSC didelę įtaką turėjo glacioeustasy 4 ; tačiau glacioeustasy buvo sunku įrodyti dėl menkos pagrindinių MSC įvykių koreliacijos, δ 18 O įrašų ir tiesioginių įrodymų iš Antarktidos, rodančių ledyninės fazės fazę fazėje, trūkumo. Ankstesni Antarkties pakraščių paveldėjimo ir glacio-hidroizostatinio reguliavimo (GIA) modeliavimo 12 tyrimai atskleidė netolygų vietinio ir pasaulinio lygio jūros lygio atsaką į Antarkties ledo tūrio pokyčius. Norint susieti MSC su ledo ir vandens apkrovos sukeliamais santykinio jūros lygio (rsl) svyravimais, reikia nuoseklaus modeliavimo 13, 14 kietųjų Žemės deformacijų ir kartu vykstančių gravitacinių perturbacijų, lydinčių ir sekančių ledo sluoksnio svyravimus. Čia sujungėme Pietų vandenyno ir Antarkties pakraščio geologinius duomenis su GIA modeliavimu, kad parodytume, kaip Antarktidos ledyno (AIS) raida kartu su izostatiniu Gibraltaro sąsiaurio atsaku į vandens išgarinimą ir druskos kritulius inicijavo ir nutraukė MSC.

Rezultatai

Gręžkite pagrindinius ledo sluoksnio augimo įrodymus

Mes apžvelgėme 60 pietinių vandenynų ir Antarkties pakrančių sedimentinę seką, kad rekonstruotume AIS evoliuciją MSC metu. Daugelis patikrintų vietų nebuvo įtrauktos, nes jos neatsinaujino MSC sedimento arba dėl to, kad jos chronostratigrafinė kontrolė buvo nepakankama. Mes nustatėme keturias gręžimo vietas, kuriose yra nuosėdų, rodančių ledo sluoksnio plėtimąsi MSC metu.

Vandenynų gręžimo programos (ODP) 1092, 1095 ir 1165 (1a pav.) Visos buvo atgautos palyginti giliame vandenyje (1000 metrų) ir pateikia nuosėdinį Antarkties cirkuliacinės srovės (ACC) evoliucijos atsaką į AIS augimą ir skilimas. Antarkties pakraštyje branduolys AND-1B yra tiesioginis ledo pakėlimo ir traukimosi per žemyninį šelfą registras. Integruota ODP svetainė 1361 atgavo nenutrūkstamą paveldėjimo tašką, apimantį MSC jūroje Vilkeso žemės pakraštyje esantį 3, 466 m vandens. Tačiau šioje vietoje nėra duomenų apie reikšmingus nuosėdų ar vandenyno cirkuliacijos pokyčius, o tai rodo, kad ši vieta galėjo būti nejautri ledo tūrio pokyčiams per MSC 15 .

Image

Šiame tyrime aptartos ODP vietų 1092, 1095 ir 1165 vietos ir AND-1B paveldėjimas ( a ). ODP vietos yra giliame vandenyje, todėl stebima giliųjų vandenynų cirkuliacija, reaguojant į ledo sluoksnio augimą. AND-1B seka yra kontinentiniame šelfe ir buvo tiesiogiai veikiama besiplečiančių ledynų, kurie iš lentynos išstūmė nuosėdas ir sukėlė ledynų erozijos paviršius. 1361 vietoje buvo atkurtas nenutrūkstamas Mesinijos paveldėjimas, tačiau nėra duomenų apie reikšmingus nuosėdų ar vandenyno cirkuliacijos pokyčius šioje vietoje. b ) ODP 846 ir 926 vietų, iš kurių gauti giliavandenių δ 18 O įrašai, vietos žemėlapis.

Visas dydis

Nuosėdos ODP 1165 vietoje buvo išgautos iš 3 537 m vandens, esančio netoli Rytų Antarktidos pakrantės ties riba tarp poliarinių girliandų ir ACC, ir kritiškai - ties Lamberto ledyno, kuris yra didžiausias rytų AIS ištekėjimo ledynas, žiotimis. a ca. 400 km žemės paviršiaus linijos migracija per naujausią mioceną 16, 17 . Čia mes sutelkiame dėmesį į intervalą nuo 50 iki 90 m žemiau jūros dugno (5–7 Ma), kuriame anksčiau buvo menkai suvaržytas neatitikimas 18 (2 pav.).

Image

ODP aikštelė 1165 iš eilės iš Prydz įlankos, Antarktidoje, esančioje Antarktidos skirtumoje, kurį sudaro gipsų serija ties riba tarp Antarkties cirkuliacinės srovės (ACC) ir polinės srovės. Poliarinė srovė ir ACC yra pagrindinės paviršiaus srovės sistemos, nusidriekiančios į Antarkties giluminius vandenis, o jų kintama sąveika iš dalies kontroliuoja nuosėdų pasiskirstymą žemyno pakraštyje. ODP 1165 vietoje yra 50–90 metrų žemiau jūros dugno (MBSF). a ) Magnetostratigrafijos (juodi (pilki) duomenų taškai yra iš skylės 1165B (skylė 1165C)) koreliacija su geomagnetinio poliškumo laiko skale (ATNTS2012; nuoroda 19), vadovaujantis penkiais biostratigrafiniais apribojimais (žymekliai šalia magnetinio jautrumo duomenų). b ) Lediniai / tarpšlakiniai ciklai, išreikšti nuosėdų tankumu ( b, filtruojami ir e, neapdoroti), ir magnetinio jautrumo ( c, filtruoti ir f neapdoroti) kitimai yra koreliuojami su ( d ) orbitos įstrižaine 66 . Spektrinė ( g ) magnetinio jautrumo ir ( h ) nuosėdų tankio analizė rodo statistiškai reikšmingą ir ( i ) nuoseklų ciklą abiejuose įrašuose. Nedidelis neatitikimas 67 m gylyje yra pastebimas atsižvelgiant į staigų poliškumo pokytį ir trūkstamus įstrižainės ciklus. Apskaičiuota jo trukmė - 890 kyr, o viršutinio ir apatinio amžiaus - atitinkamai 5, 61 ir 6, 50 Ma. Kietos juodos linijos rodo nedviprasmišką magnetinio poliškumo intervalų koreliaciją su GPTS, o punktyrinės linijos rodo magnetinio jautrumo ir tankio duomenų koreliaciją su įtempių įrašu.

Visas dydis

Iš patikslintos magnetobiostratigrafijos 18 mes sukūrėme tikslią chronologiją, kuri palengvino koreliaciją su ATNTS2012 geomagnetinio poliškumo laiko skale 19 . Paleomagnetinės analizės atskleidžia patikimą įmagnetinimą, kurio rezultatas yra tiksliai apibrėžtas magnetinio poliškumo įrašas su penkiais poliškumo intervalais. Akmens magnetinės analizės rodo, kad magnetizacija yra vienadomenio ir pseudo-viendomenio magneto mišinys, o magnetito diagenetiniai pakitimai neįvyko. Mes naudojame biostratigrafinius apribojimus, gautus stebint laivo diatomių ir radiolarijos pirmojo ir paskutiniojo pasirodymo atskaitos taškus (FAD ir LAD) su atnaujintomis paskelbtomis kalibracijomis, kad koreguoti magnetostratigrafiją su ATNTS2012. Jūros diatomos (MD) atskaitos taškas MD1 yra Nitzschia donahuensis LAD, esantis 56, 45 m žemiau jūros dugno (mbsf), kalibruotas ties 5, 8 Ma (nuoroda 20), dėl kurio R1-N1 atvirkštinis ryšys yra nedviprasmiškai koreliuojamas su C3n.4n-C3r atvirkštinis. MD2 yra Nitzschia miocenica LAD, atsirandantis esant 63, 59 mbsf ir kalibruojamas esant 6, 0–6, 2 Ma (esant nuorodai 18). Aukščiausiosios amfimenijos iššūkis yra A. challengerae LAD, atsirandantis esant 65, 45 mbsf ir kalibruojamas tarp 6, 1 Ma (nuoroda 18) ir 6, 2 Ma (nuoroda 20). Apatinė A. Challengae dalis yra A. Challenrae FAD, atsirandanti esant 72, 87 Mbsf ir kalibruota tarp 6, 65 Ma (nuoroda 18) ir 6, 8 Ma (ref. 20). MD3 yra Thalassiosira miocenica FAD, atsirandantis esant 73.00 Mb / s ir turintis keletą kalibravimų: 6, 4 Ma (nuoroda 18), 5, 91 Ma (nuoroda 20) ir 6, 25–8, 3 Ma (nuoroda 21). MD3 atveju mes naudojame pradinį 6, 4 Ma kalibravimą (nuoroda 18), nes jis labiausiai atitinka FAD ir LAD progresą žemyn. Tai lemia N3-R2-N2 sekos koreliaciją su C3Bn-C3Ar-C3An.2n.

Žemiau užrašytos „Chron C3r“ dalies, esant 67, 02 mbsf, staigus magnetinio poliškumo perėjimas žymi neatitikimą (2a pav.). Tiksliai nustatome viršutinį ir apatinį neatitikimo amžius iš laiko eilučių analizės ir orbitiniu tempu esančių nuosėdų tankio bei jautrumo ciklų filtravimo pralaidumu (2e, f pav.). Nuosėdų tankį ir jautrumo ciklus lemia biogeninių turtingų ir terrigeniškų nuosėdų, kurios vyrauja, kintamumas, kurie daro išvadą, kad tai atitinka kintančius šiltus ir produktyvius laikotarpius, palyginti su šaltesniais laikotarpiais, kai didesnis ledo tūris 22 . Spektrinės analizės (2g, h, i pav.) Atskleidžia, kad vyraujantis bangos ilgis yra 0, 77 ciklo metrui (viršija 95% pasikliovimo ribą magnetiniam jautrumui ir virš 90% nuosėdų tankiui). Spektrinė galia yra didesnė magnetinio jautrumo duomenyse tikriausiai todėl, kad ji yra jautresnė terrigenous ir biogeniniam santykiui nuosėdose; todėl magnetinio jautrumo duomenys buvo filtruojami pralaidumu pralaidumu, kad būtų galima išskirti orbitos signalą (2b, c pav.). Iš viso buvo identifikuoti 27 ledynmečio-ledynų ciklai, įstrižai įtempti tempą, ir vienas jų koreliuotas su orbitalės trukme. Koreliacija rodo, kad nuo 5, 61 iki 6, 5 Ma nusėdimo ar 890 nuosėdų nuosėdų pašalinimo pertrauka. Neatitikimą greičiausiai lėmė dabartinis išsekojimas ir erozinių dugno srovių nenusodinimas AIS plėtimosi metu 23 . Neatitikties pagrindas (6, 5 Ma) žymi erozijos žemyn ribą, o ne erozijos ar ledo išsiplėtimo pradžią. Mūsų amžiaus modelis rodo, kad nusėdimas vėl prasidėjo ties 5, 61 Ma, o tai sutapo su šiltu tarpledyniniu etapu TG15, sumažėjus vandenyno srovės greičiui ir ledo tūriui.

ODP 1092 vietą sudaro eilė, kurioje dominuoja biogeninis karbonatas (3 pav.). Patikslinome menkai suvaržyto neatitikimo amžių 24, 25, naudodamiesi laivo diatomų gausos skaičiavimais 26, patobulintais diatomės bioįvykių kalibravimais 21 ir pakartotiniu magnetostratigrafinių duomenų vertinimu 25 . Mes sutelkiame dėmesį į intervalą virš C3An.1n-C3r atbulinės eigos ribos 74 metrų kompozicijos gylyje (mcd). Mes panaudojome atnaujintus LAD ir FAD kalibravimus, kad normaliam poliškumo intervalui, virš 70, 5 m, priskirtume chronui C3n.4n (3d pav.) Ir įrašą koreliuotų su ATNTS2012 19 laiko grafiku. Šį ryšį riboja vienareikšmiai Fragilariopsis lacrima ( 69, 81 mcd) ir Thalassiosira inura ( 68, 61 mcd) FAD , kurių amžiaus kalibravimas yra atitinkamai 4, 73 ir 4, 74 Ma. Mes naudojame geomagnetinių pakeitimų derinį, esantį neatitikimą 25 ir didesnius bioetansus iš eilės 26, ir gavome sklandų vidutinį nusėdimo greitį, kuris rodo, kad yra vienas ar keli neatitikimai tarp 72, 5 ir 70, 5 mcd (3 pav.). Paleomagnetinio polinkio duomenys šiame intervale taip pat rodo mažiausiai du intervalus su nenuosekliomis paleomagnetinėmis kryptimis ir sumažėjusiu karbonato kiekiu, kurie greičiausiai rodo neatitikimą, kurį sukelia stiprios korozinės dugno srovės. Mūsų geriausias intervalo, kuriame yra šie neatitikimai, įvertis rodo bazinį amžių nuo 5, 9 iki 5, 8 Ma, o viršutinį - 5 Ma. Tarp 70–73 m intervale gali būti papildomų neatpažintų neatitikimų, nes vieta yra batimetriniame pakilime ir būtų buvusi veikiama erozinių srovių.

Image

ODP 1092 paeiliui iš Pietų Atlanto vandenyno. Nuosėdose yra ( a ) smulkiagrūdis nannofosilinis ozolis, o sedimentologinės analizės rodo staigų c ) karbonato kiekio sumažėjimą tarp maždaug. 72, 5 ir 71, 5 m. d ) ChRM polinkiai rodo, kad šie intervalai turi nestabilų įmagnetinimą, o koreliacija su ATNTS2012 19 skale rodo, kad b ) vienas po kito turi būti vienas ar keli neatitikimai. Jauniausias įmanomas amžius dėl aukščiausio neatitikimo mūsų amžiaus modelyje yra 5, 8 Ma.

Visas dydis

Antarkties pusiasalio ODP 1095 vietoje yra nenutrūkstamas paveldėjimas, atgautas iš 3840 m gylio, apimančio MSC, naudojant patikimą, tiksliai apibrėžtą chronologiją 27 ir neturint reikšmingo neatitikimo įrodymų (4 pav.). Tačiau sedimentologinės analizės (4a, c pav.) Ir magnetinio jautrumo anizotropija (AMS) atskleidė AKC stiprumo pokyčius 28 . AMS pateikia nuosėdų audinio stiprumo matavimą ( P ′, 4b pav.), Kur stiprūs audiniai rodo gerai išlygintus grūdus ir numanomą padidintą srovės stiprį. Sedimentologinės analizės ir pagrindiniai žurnalai rodo, kad nuosėdas sudaro pakartotinai sluoksniuoti, silpnai sluoksniuoti šilkiniai moliai su iškiliais, rūšiuojamais dumblo sluoksniais, kurie, kaip aiškinama, buvo nusodinti pagal stipresnį dabartinį režimą. Šiltų sluoksnių skaičius padidėja iki šerdies, o tai rodo stipresnę apyvartą 29 ; nuosėdinė ir AMS analizė rodo padidėjusį terrigeniškos medžiagos pristatymą ir bendrą stipresnį grūdų išlyginimą esant 6, 3 ir 5, 6 Ma (nuoroda 28), o tai rodo didesnį srovės greitį, tikėtiną kaip didesnį ledo tūrį. Stipriausia cirkuliacija buvo nuo 6 iki 5, 6 Ma, esant silpnėjančioms srovėms po 5, 6 Ma, o minimali cirkuliacija esant maždaug 5.3 Ma sutampa su sumažėjusiu grūdų dydžiu 29 ir padidėjusiu biogeniniu produktyvumu, kuris aiškinamas kaip sumažėjęs ledo tūris 28 .

Image

ODP vieta 1095 iš eilės iš Antarkties pusiasalio jūrų. Sedimentus sudaro: a ) silpnai sluoksniuoti šilkiniai moliai su plonojo dumblo sluoksniniais sluoksniais per visą paveldėjimą. Sedimentologinės analizės ( c ) rodo, kad terrigeniškos nuosėdos vyrauja iki maždaug. 5.5 Ma, po kurio biogeninės nuosėdos tampa vis labiau dominuojančios, o šiurkščiavilnių nuosėdų didžiausias skaičius būna maždaug 6.3 ir 5.5 Ma, kurie rodo stiprią erozinės srovės sistemą. b ) AMS (magnetinės anizotropijos laipsnis, P ′) analizė rodo grūdų išlyginimą, atsižvelgiant į senovės srovės stiprį, esant stipriam grūdų išlyginimui iki maždaug. 5, 5 Ma, kurie rodo stiprias, gilias sroves. AMS duomenys, mažesnis grūdų dydis ir mažiau dumblo sluoksnių rodo silpnesnę cirkuliaciją po 5, 5 Ma.

Visas dydis

AND-1B paeiliui (5b pav.) Yra labiausiai artimas ledo lakšto įrašas, atgautas iš Antarkties pakraščio. Joje yra AIS išankstinio ir atsitraukimo istorijos, apimančio vėlyvąjį mioceną iki holoceno 30, įrašas. Paveldėjimą sudaro masyvūs iki stratifikuoti diamtitai, vaizduojantys įžemintą ledą ar ledo artimas sąlygas, purvini vienetai, vaizduojantys ledo distalines sąlygas, ir diatomito intervalai, nurodantys nusėdimą atviroje jūroje, kai kuriais atvejais su minimaliu jūros ledu 31, 32, 33 . Perėjimą nuo šilto, mažo ledo tūrio sąlygų prie šalto, didelio ledo tūrio sąlygų paprastai skiria paviršiai, kur ledo sluoksnis išsikiša virš gręžimo vietos ir išnaikina nuosėdas. Paveiksle yra ledyninis erozijos paviršius „U8“, kurio aukštis 596, 35 mbsf, o jo amžiaus intervalas yra nuo 5, 90 iki 5, 60 Ma (5b pav.) 34 . Virš neatitikimo U8 yra pripažįstamas perėjimas nuo ledyninių sąlygų prie atviros jūros sąlygų, kartu pasirodžius Shinodiscus tetraoestrupii diatomams , kurie rodo šilto paviršiaus sąlygas (7–10 ° C) 32 ir greičiausiai daug mažesnį ledo tūrį.

Image

Regioninė įvykių suvestinė, sudaryta naudojant ( a ) Pietų vandenyno ODP paveldėjimą, b ) Antarkties maržos AND-1B įrašą ir ledo tūrio / vandenyno srovės interpretacijas, gautas iš nuosėdinių paveldėjimų. c ) Antarkties klimato įvykių aiškinimas. d ) GIA modeliuota tik rsl ODP vietoje 1165 (raudona), Gibraltaro sąsiauryje (mėlyna) ir pasaulio eustatiniame jūros lygyje (juoda). ( e, f ) δ 18 O rekordas 38, 39, jūrų izotopų pakopos ir kalibravimas pagal izotopų ir ledo tūrį, naudojamas modeliuojant jūros lygiu.

Visas dydis

AIS istorijos ir jūros lygio rekonstravimas

AIS variacijos turėjo pagrindinę pasaulio jūros lygio kontrolę trumpais geologiniais laikotarpiais nuo Ma 34 Ma (nuoroda 35) iki didelių šiaurinio pusrutulio ledo sluoksnių išsiplėtimo po 2, 7 Ma (nuoroda 36). Dideli šiaurinio pusrutulio ledo sluoksniai greičiausiai padidins pasaulinius eustatinius jūros lygio skirtumus37. AIS istorija daugiausia buvo padaryta remiantis bentoso δ 18 O įrašais iki gerai pasenusių Antarkties pakraščių atkūrimo 30 . Šie proksimaliniai ledo lakštų geologiniai duomenys ir vėlesni modeliavimo tyrimai rodo, kad vėlyvojo Neogene metu ledo sluoksniai augo lėtai ir greitai traukėsi 17, 30 . Norėdami realiai nustatyti, kaip pakito jūros lygis, mes atlikome skaitmeninius GIA modeliavimus, naudodamiesi jūros lygio lygtimi (SLE) 13, 14 . Norint išspręsti SLE, reikalingas tvirtas žemės modelis, skirtas plutos ir gravitacinei reakcijai 13, 14, ir ledo lakšto chronologija kaip priverstinė funkcija, kurią mes sugeneravome skalę dabartinio AIS storį, naudodami δ 18 O ledo tūrio kreivę 38 .

AIS tūrio ir storio rekonstrukcijos

Nagrinėjamu laiko intervalu (6–5 Ma) atliekant nuolatinius globalios cirkuliacijos modelio tyrimus Antarktidos ledo sluoksnio storio pokyčių nėra. Todėl mes rekonstravome AIS tūrį (5e pav.) Naudodami bentoso δ 18 O įrašus iš ODP 926 vietos (Ceara Rise, 3598 m vandens gylis, 1b pav., Nuoroda 39) tarp 7 ir 6.138 Ma ir iš ODP 846 vietos (į pietus). iš Galapagų salų, 3 296 m vandens gylio, 1b pav., nuoroda 38), intervale nuo 6.137 iki 5 Ma (5 pav.). Mes apskaičiuojame AIS tūrį naudodamiesi kiek įmanoma konservatyvesniu metodu, darant prielaidą, kad šiuolaikinių AIS izotopų svoris yra 5 –53, 2 ‰, bendras ištirpusio vandens tūris yra 22, 279 × 10 6 km 3 ir 1, 335 × 10 6 km 3 viso vandenyno tūris 40 . Taigi, visiškai praradus šiuolaikinę AIS, giliavandenių jūros dugno δ 18 O įrašas bus 91 0, 91 ‰. Atitinkamai mes įvertiname 58% Antarkties ledo tūrio sumažėjimą deguonies izotopo TG5 stadijoje nuo 0, 53 le įlinkio δ 18 O įraše. Tačiau norėdami patikrinti skirtingą ledyninės ir tarpledyninės temperatūros įtaką giliavandenių δ 18 O rekordui, mes sukūrėme du papildomus ledo tūrio įrašus, kurie pataisomi maždaug. Atitinkamai 20% ir 30% temperatūros (2 ir 3 ° C), 41, suderinus su Mg / Ca įrašais, nurodančiais maždaug. 2 ° C temperatūros svyravimas mioceno metu 42 . Mes išbandėme keletą kitų metodų, kaip bentosinį δ 18 O paversti ledo tūriu, įskaitant izotopui sunkesnio ledo ir santykinai gerai suprantamo pleistoceno izotopo naudojimą, kai kalibravimas jūros lygiu buvo 0, 01 ‰ m −1 . Apskaičiuoti ledo tūrio svyravimai yra sustiprinami, todėl intervalai su neigiamu ledo tūriu yra per daug (15% įrašo). Konversijos su izotopų sunkesniu ledu pagrindas yra pagrįstas, nes tikėtina, kad mioceno ledo lakštai buvo šiltesni ir todėl izotopiškai sunkesni už šiuolaikinius AIS (kai kurie tyrimai rodo, kad oligocino AIS tikriausiai turėjo ot –35 ‰ izotopo masę). 43, 44)). Tačiau mes naudojome konservatyvesnį šiuolaikinį –47 ‰ izotopinį svorį, dėl kurio ledo tūris pasikeitė labiau. Mes taip pat išbandėme pleistoceno ir ankstyvojo Plioceno bentoso δ 18 O kalibravimą jūros lygyje 0, 01 ‰ m −1 (žr. 45, 46), kuris pašalina temperatūros indėlį iš įrašo. Mes apskaičiavome ledo tūrį iš jūros lygio kreivės darant prielaidą, kad šiuolaikinis Antarktidos įnašas yra 56, 6 m (nuoroda 40), o tai lėmė nerealiai didelius ledo tūrio pokyčius. Įskaitant galimą 7, 3 m jūros lygio indėlį iš Grenlandijos ledo lapo (GIS), ledo tūrio rekordo pokyčiai buvo nereikšmingi. GIS dydžio pokyčiai ir kiti nenustatyto šiaurinio pusrutulio ledo šaltiniai būtų prisidėję prie δ 18 O įrašo kitimo; tačiau šiuolaikinė GIS sudaro tik 7% viso ledo tūrio, todėl didžiąją dalį δ 18 O variacijų galima priskirti AIS pokyčiams. Aukštos skiriamosios gebos, orbitiškai suderintą δ 18 O įrašą iš ODP 846 vietos (nuoroda 38) mes pavertėme ledo tūriu ir atitinkamai pakeitėme dabartinio AIS storį laikui bėgant ir panaudojome tai GIA modeliavimui.

GIA ir jūros lygio modeliavimas

Mes atlikome skaitmeninį GIA modeliavimą, kad rekonstruotume AIS tūrio pokyčių įtaką rsl Antarkties pakraštyje ir Gibraltare. Bet koks ledo sluoksnio svyravimas lemia vietinius rsl pokyčius (tai yra vertikalius geoidų pokyčius deformuojančio kieto Žemės paviršiaus atžvilgiu), atsirandančius dėl sudėtingos gravitacinių, sukimosi ir kietųjų Žemės deformacijų sąveikos, reaguojant į paviršiaus ledo ir vandens persiskirstymą. kroviniai 47 . Erdvinis rsl kintamumas priklauso nuo atstumo nuo besikeičiančių ledynų ir nuo vandenyno baseinų formos bei dydžio 48 . Antra, atsižvelgiant į klampų kietos žemės elgesį geologiniais terminais, ledo sukeltas rsl pokytis kinta laikui bėgant, atsižvelgiant į mantijos klampumą. Todėl vietinis rsl pokytis gali smarkiai skirtis nuo globaliai vienodo glacio-eustatic jūros lygio pokyčio. Todėl, norint koreliuoti rsl pokytį tam tikroje vietoje su konkrečiu ledo sluoksnio tūrio kitimu, reikia tiksliai įvertinti pastarojo intervalo erdvės ir laiko intervalą (tai yra, kiek pakito ledo storis, kur ir kada tai įvyko) ir kietojo kūno reologinį modelį. Žemės atsakas. Šie du pagrindiniai veiksniai įeina į savaime nuoseklų SLE, kurio sprendimas lemia visuotinį rsl pokytį. Norėdami nustatyti vietinį rsl tam tikrame taške, mes išsprendėme SLE, naudodamiesi pseudo-spektriniu metodu, apimančiu nuoseklią nuo laiko priklausomą pakrantės evoliuciją ir sukimosi grįžtamąjį ryšį tirpinant tirpiklio tirpimą 49, 50, 51, 52 . Mes naudojame radialiai stratifikuotą, sferiškai simetrišką ir besisukantį Žemės modelį, kuriam būdinga viršutinė elastinga, 100 km storio litosfera, trijų sluoksnių „Maxwell“ viskoelastinė mantija, kurios vidinis mantijos klampumas yra 5 × 10 21 Pa s, išorinis mantijos klampumas yra 0, 5 × 10 21 Pa s ir vidinė neskaidri šerdis. Pradinis mūsų AIS yra mažesnis nei šiuo metu, todėl mes taip pat modifikavome dabartinį pradinį visuotinės topografijos modelį ETOPO1 (nuoroda 53), išlydydami perteklinę masę iš dabartinės AIS ir leisdami 50 Kiro viskoelastiniam atsipalaidavimui per SLE. Mes taip pat sumažinome Gibraltaro sąsiaurio gylį iki 30 m žemiau vidutinio jūros lygio 54, 55, kuris yra seklesnis nei modernus gilus kanalas, kuris buvo išnaikintas MSC 9 pabaigoje.

Diskusija

Geologiniai duomenys ir modeliavimo tyrimai rodo, kad ledo lakštai dažniausiai pasiekia didžiausią dydį prieš pat greitą ledo atsitraukimą 17, 30 . Didžiausias ledo tūris Antarktidoje įvyko prieš 5, 61 Ma (5 pav.), Per δ 18 O stadijas nuo TG22 iki TG18, tai buvo ilgas sunkiųjų-δ 18 O verčių (nuo 75 5, 75 iki 5, 67 Ma) laikotarpis ir buvo padaryta išvada apie 20–30. ledo tūrio padidėjimas% 41 .

Čia įvertintuose giliųjų vandenynų paveldimumuose (ODP 1092, 1095 ir 1165) mes atpažįstame vietoje padidėjusį giliųjų srovių greitį po 6 Ma su išardytomis nuosėdomis ODP vietose 1092 ir 1165 ir sedimentologinius bei AMS įrodymus 1095 vietoje maksimaliai cirkuliacijai tarp ca. 6.1 ir 5.6 Ma (4 pav.), Kas greičiausiai rodo padidėjusį ledo tūrį šiuo metu 23 . Erozijos paviršius, esantis AND-1B, taip pat tiesiogiai rodo ledo sluoksnio išsiplėtimą šiuo laikotarpiu, kai neatitikimas U8 rodo, kad erozinis ledo sluoksnis Rosso jūros pakrantėje išsiplėtė po 5, 95 Ma.

Bentinis δ 18 O įrašas suteikia tvirtų įrodymų apie AIS augimo laikotarpį, kuris tęsėsi MSC metu. Izotopų sodrinimo laikotarpis prasidėjo maždaug 6.2 Ma ir tęsėsi iki maždaug 5, 75 Ma, kas rodo maždaug 50% ledo tūrio padidėjimas, kuris baigėsi dideliais ledynėliais (TG 22, 20 ir 18), kurių metu AIS tūris tikriausiai buvo didesnis nei šiandien. Mūsų GIA jūros lygio modeliavimas rodo, kad Gibraltaro sąsiauryje laipsniškas 50–60 m kritimas jūros lygyje nuo jūros lygio nukrenta 50–60 m atstumu (5d pav.). Jūros lygio kritimas ties Antarkties proksimaline ODP 1165 vieta yra ryškesnis dėl ledo lakšto gravitacinio traukos efekto vandenyne ir periferinio išsikišimo augimo, reaguojant į ledo pakrovimą 12 . Vienintelis nuosėdinis įrašas, iš kurio galime daryti išvadas, kai ledo tūris yra didžiausias, kai apytiksl. 5.6. Ma yra ODP 1095 vieta, kurioje daugybė šiurkščiavilnių dumblo sluoksnių dominuoja vienas po kito ir kur AMS duomenys rodo didžiausią srovės greitį (4 ir 5a pav.). Visose kitose vietose nuosėdos nebuvo nusodintos, nes dabartinis greitis buvo per didelis, arba nuosėdos buvo išnaikintos.

Degradacijos fazė staiga prasidėjo maždaug po 5.6 Ma ir izotopiškai lengvi smailiai bentoso δ 18 O įraše (TG 9 ir 5) rodo greitas deglaracijos fazes, esant maždaug. 5.48 ir 5.33 Ma (5f pav.). ODP vietoje 1095 pasikeitus biogeniniams vyraujantiems, smulkesnio grūdo nuosėdoms ir sumažėjus AMS linijai, dabartinis greitis ženkliai sumažėjo po 5, 6 Ma (4 pav.). ODP vietoje 1165 sedimentacija atnaujinta, o tai rodo pakankamai lėtą cirkuliaciją, kad nuosėdos galėtų nusėsti, o Antarkties pakraštyje AND-1B diatomito nusėdimas po 5, 6 Ma (nuoroda 34), kuriame gausu S. tetraoestrupii , rodo, kad be ledo, šilta. (7–10 ° C), atvirų vandenynų sąlygos 32 ir žymus ledo sluoksnio sumažėjimas gali sutapti su TG9 izotopu. Šiuo periodu atliktas GIA modeliavimas rodo staigų jūros lygio kilimą, sutapiantį su lengviausiomis izotopų įrašo viršūnėmis (5d – f pav.). Amžiaus modelio neaiškumai jaunesnėje ODP 1092 vietos dalyje neleidžia identifikuoti šiuolaikinių nuosėdų.

GIA modelis rodo rsl kritimą ODP 1165 vietoje, kuris buvo beveik dvigubai didesnis nei eustatinis nuosmukis (5d pav.), Kaip ledo ir vandens apkrovos sukeltos periferinės priekinės svirties pakilimas 12 . Rytiniame Gibraltaro sąsiaurio gale numatomas 5–10 m mažesnis nei eustatinis rsl kritimas. Tarp imitacijos pradžios (6, 18 Ma) ir 5, 69 Ma vyksta laipsniškas, vidutinis rsl kritimas 40 m kartu su dideliais trumpalaikiais jūros lygio svyravimais aukščiau ir žemiau Gibraltaro sąsiaurio jūros dugno, kurie sutampa su ankstyviausiu. garų kaupimasis Viduržemio jūros baseinuose buvo nuo 5, 96 iki 5, 6 Ma (nuorodos 6, 54, 55, 56, 57, 58), kai Viduržemio jūrą dar galėjo paveikti Atlanto vandens srautas. Tačiau po 5, 57 Ma, kuris sutampa su mažiausiu modeliuotu rsl Gibraltare (5d ir 6b pav.), Vidutinė rsl tendencija kulminacija siekia 60 m pakilimą dviejose smailėse tarpglacinio TG9 metu (5, 49 Ma). Atitinkamai Viduržemio jūra būtų buvusi visiškai sujungta su Atlanto vandenynu per 5, 53 Ma, o tai prieštarauja pagrindinių MSC įvykių, tai yra, „Mesinijos atotrūkio“, kurio metu Viduržemio jūra buvo izoliuota, laikui 6 . Šis nesutarimas rodo, kad vietinis plutos ir geoidinis atsakas į Viduržemio jūros sausinimą (išgarinant) ir druskų nusėdimą bei persiskirstymą veikia tokiu būdu, kad neutralizuotų GIA sąlygojamą rsl padidėjimą tarp 5, 57 ir 5, 47 Ma. Atitinkamai, mes pakartojome savo GIA modeliavimą įtraukdami kietąją žemę ir gravitacinį atsaką į: (i) apatinių evaporitų nusėdimą tarp 5, 96 ir 5, 6 Ma, ii) greitą Viduržemio jūros lygio nutekėjimą dėl garinimo iki –1 500 m. po 5, 6 Ma (kompensuota 8 m pasaulinio jūros lygio kilimo), iii) likusių gilesnių baseinų erozija ir pakartotinis sedimentacija ir iv) viršutinių evaporitų nusėdimas gilesniuose baseinuose. Mes pritaikėme nesvarų vertikalų barjerą ties 5, 6 Ma, kad būtų išvengta bet kokio pakartotinio užpildymo, kurį sukelia jūros lygio pakilimai, ir atlikome trijų ledo tūrio scenarijų (6b pav.), Kurie atitinka skirtingą giliavandenių jūros temperatūrų indėlį į δ 18 O rekordą, modeliavimą (6b pav.) ( žr. diskusiją aukščiau).

Image

A ) Antarktidos ledynų augimo / atsitraukimo chronologija, kaip aiškinama atsižvelgiant į gręžimo šerdies šerdį, b ) modeliuojamas jūros lygis Gibraltaro sąsiauryje ir ODP 1165 vietoje iš bentoso δ 18 O ir ledo tūrio rekordas ir c ) Viduržemio jūros sausinimas / pertvarkyti įvykius. Jūros lygis Gibraltare ( b ) nustatomas iš keturių tirpalų: tik GIA tirpalo be kompensacijos už giliavandenių jūros temperatūrų pokyčius (raudona), pilnojo tirpalo (juodojo), apimančio druskos kritulių įtaką ir plutos reakciją, ir du. alternatyvus, visiškas modeliavimas naudojant δ 18 O gautas ledo tūrio rekonstrukcijas, kurios kompensuoja 2 ° C (tamsiai mėlyna) ir 3 ° C (šviesiai mėlyna) ledynų ir tarpledyninių giliavandenių temperatūrų komponentą δ 18 O įraše.

Visas dydis

Mūsų reanalizės rezultatas jūros lygio kreivėje yra esminis pokytis ties 5, 6 Ma (6 pav.), Kur Viduržemio jūros garavimas sukelia stiprų Gibraltaro pakilimą ir dėl to staigų rsl kritimą, palaikantį Atlanto vandenyną 40–50 m žemiau slenksčio ir visiškai izoliuoja Viduržemio jūrą. Tačiau dvi su tarpžvaigždiniu TG9 susijusios aukštumos pasiekia ir aplenkia slenkstį (5d – f ir 6 pav.) Ir be kliūties pripildytų Viduržemio jūrą. Tai atitinka kai kuriuos geologinius įrodymus, įskaitant otolitų 56 izotopinę analizę, erozijos paviršių 57, koralinių rifų 58, seisminių atspindžių duomenis 59, 60 ir gręžinių pagrindinius įrodymus 5, kurie rodo ribotą cirkuliaciją tarp Atlanto ir Viduržemio jūros maždaug 60 km atstumu. 5.46 Ma. Sorbaso baseine 87 Sr / 86 Sr rodo, kad MSC metu jis galėjo būti sujungtas su Atlantu su 87 Sr / 86 Sr, panašiai kaip jūros vanduo 61 . Tačiau 87 Sr / 86 Sr analizės iš daugelio Viduržemio jūros baseino vietų rodo, kad vyravo gėlo vandens tiekimas 61 . Be to, visiškas Viduržemio jūros regiono pakartotinis užpildymas, kaip siūloma remiantis geologiniais stebėjimais Sorbaso baseine 62, nėra suderinamas su mūsų modeliavimu, nes dėl to visoje Viduržemio jūroje atsirastų plutos nuosėdos ir grįžtama į nuolatines, visiškai jūrines sąlygas, kurios nepalaikomos. pagal geologinius įrodymus 6, 7, 60 .

Kitas įvykis, galintis nuversti palangę, buvo 5.33 Ma, suderinus su geologiniu įrašu ir sutapęs su tarpžvaigždžiu TG5 (Zanclean potvynio įvykis 6 ). Mūsų turimi duomenys rodo, kad AIS traukimasis 5.33 Ma aukštyje ir su tuo susijęs greitas jūros lygio kilimas kartu su kliūties Camarinal Sill pažeidimu ženkliai pagilino Gibraltaro sąsiaurį (6 pav.), Sukurdamas gilų kanalą tarp Viduržemio jūros ir Atlanto vandenynas, kuris nuo to laiko buvo atviras. Šis tyrimas padeda suderinti artimojo ledo ir tolimojo jūros lygio jūros lygio bei sedimentacijos duomenis, susijusius su svarbiu įvykiu Žemės istorijoje 60 . We demonstrate that understanding the complex interplay between varied geological processes that contributed to the MSC requires a complex systems approach with dynamic coupling of climatology, oceanography, geodynamics and sedimentology.

Metodai

Time series analysis

Data from ODP site 1165 from disturbed intervals, significant outliers and from within 8 cm of core ends were removed before spectral analysis and filtering to prevent distortion of the spectral power and filtered data. Spectral and coherency analyses were conducted on magnetic susceptibility and sediment density data (Fig. 2g–i) between 68 (below the unconformity) and 82 mbsf (the base of core 9H). Spectral analyses were conducted below the unconformity to prevent the phase change from creating artefacts in the spectral power plots. Spectral analyses were performed using the REDFIT 63 and SPECTRUM 64 software, where smoothing, Welch-overlapped-segment-averaging with a 50% overlapping window and a Hanning taper were used to define spectral peaks. In all spectral analyses an oversampling factor of 4, a highest frequency factor of 1 and a 0.05 significance level ( λ ) were used. Bandpass filtering was performed using the Analyseries software 65, where Gaussian filters were centred at 0.77 cycles per metre as determined from spectral analysis with a bandwidth of ±0.25 cycles per metre. Orbital records and insolation for 65°S/N were calculated using Analyseries 65, 66 .

Palaeomagnetic and rock magnetic analyses

Palaeomagnetic measurements were made on discrete samples from ODP site 1165 using a 2-G Enterprises superconducting rock magnetometer with in-line alternating field demagnetizing coils. Samples were demagnetized at 10-mT increments to fields of 80 mT, and data were visualized using the PuffinPlot software package 67 . Polarity determinations were made from characteristic remanent magnetization (ChRM) directions using principal component analysis. Low maximum-angular deviation values indicate a low noise level for demagnetization data with vectors that are directed towards the origin of orthogonal vector component plots. A steep drilling-induced overprint is removed at 10 mT, which validates the shipboard magnetostratigraphy constructed from demagnetization data obtained at 20 mT. Demagnetization behaviour indicates a low-coercivity magnetic mineral with linear demagnetization trajectories. To determine more precisely the magnetic mineralogy, first-order reversal curve (FORC) (ref. 68) measurements were made at the Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Rome, Italy, on a Princeton Measurements Corporation vibrating sample magnetometer (MicroMag 3900). Data were processed using the FORCinel software package 69 and a smoothing factor of between 5 and 8 was applied to data. FORC diagrams indicate the presence of mixed single-domain, pseudo-single-domain and superparamagnetic magnetite assemblages.

Crustal and SLE modelling

We solve the SLE to compute the rsl changes that accompany and follow the deposition of salts (lower evaporites first, then upper evaporites) and evaporation of Mediterranean sea water. This is done consistently (in space and time) with the 'background' GIA signal that is dictated by our AIS chronology (stored as spherical harmonic decomposition of global rsl changes and time-dependent topographies up to degree 256).

Lower evaporite deposition is dated at 5.96 Ma (ref. 6), occurs within predefined boundaries and is consistent with the bathymetry that results from the GIA simulation. We assume an average density of 2, 250 kg m −3 for the evaporites (see www.simetric.co.uk/si_materials.htm). The resulting rsl changes are overlapped with the GIA signal within the SLE recursive scheme 48, 49, 70 needed to conserve the water mass with the requirement that at any time the sea surface is an equipotential surface of the Earth's gravity field. Accordingly, the bathymetry is updated to account for evaporite deposition.

Following the same procedure, at 5.6 Ma and coincident with a GIA-driven rsl drop, the Mediterranean sea surface is lowered to −1, 500 m in agreement with other work 71 and the equivalent amount of water is moved to the global ocean resulting in 8 m of eustatic rise. Accordingly, two ocean functions now exist: one for the Mediterranean basin and one for the rest of the oceans. However, the sea surface of both ocean functions is an equipotential surface of the Earth's gravity field. Simultaneously, we place a weightless wall of infinite height to prevent any refilling from the Atlantic. This enables us to check whether and when a local rsl rise could refill the Mediterranean basin. We find that the two highstand peaks at TG9 are capable of overtopping the Gibraltar sill. Following the Mediterranean drawdown, we erode the lower evaporites that are now subaerially exposed and place them into the deeper basins. Here we also allow for a final deposition of upper evaporites until 5.33 Ma. By removing the wall at 5.33 Ma we allow sudden, catastrophic refilling of the Mediterranean that results in a marked rsl rise.

Ice-volume reconstruction

AIS ice-volume calculations assumed a West Antarctic ice volume of 2.9 × 10 6 km 3 and an oxygen isotopic weight of −42.5‰, an East Antarctic ice volume of 21.7 × 10 6 km 3 and oxygen isotopic weight of −56.5‰ (refs 40, 72), a 10% reduction in ice volume after melt, a global ocean volume of 1, 335 × 10 6 km 3 (ref. 53) and a modern deep-sea δ 18 O value of 3.38‰.

Komentarai

Pateikdami komentarą jūs sutinkate laikytis mūsų taisyklių ir bendruomenės gairių. Jei pastebite ką nors įžeidžiančio ar neatitinkančio mūsų taisyklių ar gairių, pažymėkite, kad tai netinkama.