Abstrak
Presipitasi kalsit subglasial diperkirakan terjadi di Antartika Timur selama periode ketika air hangat Samudra Selatan mencapai tepi lapisan es. Di sini kami menyajikan arsip presipitasi yang diperluas yang mencakup kompilasi seluruh benua dari 38 usia kalsit 234 U- 230 Th yang baru dan yang dilaporkan sebelumnya dengan data komposisi isotop. Data ini ditafsirkan untuk mencatat periode ketika air lelehan interior diekspor ke tepi lapisan es sebagai akibat dari percepatan dan penipisan es. Penilaian kebetulan antara tanggal 234 U- 230 Th, berkisar antara 16 hingga 256 ka, dan puncak suhu Samudra Selatan menghasilkan korelasi yang signifikan secara statistik. Perbandingan tambahan antara tanggal presipitasi dan data iklim menemukan bahwa pembentukan kalsit dan percepatan es mengelompok dalam periode variabilitas iklim skala milenium yang ditingkatkan serta volume es global yang tinggi. Kepekaan terhadap iklim latar belakang ini konsisten dengan hipotesis bahwa faktor-faktor ini memberikan beberapa kendali pada respons lapisan es terhadap perubahan iklim.
Poin-poin Utama
- Kami menyajikan arsip baru di seluruh benua yang berisi 234 tanggal U- 230 Th dan data isotop dari endapan kimia subglasial Antartika
- Tanggal-tanggal tersebut berkorelasi dengan peristiwa pemanasan Samudra Selatan dalam skala milenium, dan kemungkinan terbentuk sebagai bagian dari respons lapisan es terhadap peristiwa-peristiwa ini.
- Tanggal presipitasi cenderung berkelompok selama periode ketika variabilitas skala milenium meningkat dan volume es global tinggi
Ringkasan Bahasa Sederhana
Kalsium karbonat, juga dikenal sebagai kalsit, terbentuk di bawah lapisan es Antartika ketika air hangat dari Samudra Selatan berinteraksi dengan tepi lapisan es. Usia pembentukan batuan ini dapat diukur menggunakan geokronologi 234 U- 230 Th dan diperkirakan mencatat periode waktu ketika air lelehan dari bagian dalam lapisan es dibawa ke tepi oleh percepatan es yang terjadi sebagai respons terhadap pemanasan laut. Kami mengukur 234 usia U- 230 Th dan data geokimia lainnya dari kumpulan 38 endapan kalsit Antartika. Kami menggunakan model Monte Carlo untuk menilai kebetulan antara usia kalsit dan skala milenium (artinya itu adalah fluktuasi suhu yang lebih kecil yang terjadi dalam siklus glasial-interglasial) puncak hangat dalam catatan paleoklimat, dan kami menemukan bahwa mereka memiliki korelasi yang signifikan secara statistik dengan periode pemanasan Samudra Selatan, yang memperkuat argumen untuk hubungan antara pemanasan laut dan percepatan es. Kami juga menunjukkan bahwa tanggal kalsit cenderung mengelompok selama periode ketika fluktuasi suhu skala milenium lebih jelas dan total volume es global tinggi, yang konsisten dengan gagasan bahwa lapisan es lebih mungkin merespons perubahan iklim dalam kondisi tersebut.
1 Pendahuluan
Lapisan es Antartika (AIS) adalah reservoir es terbesar di Bumi, dan model permukaan laut menunjukkan bahwa kehilangan massa bahkan kecil berpotensi berkontribusi meter pada kenaikan permukaan laut rata-rata global (DeConto & Pollard, 2016 ; Golledge et al., 2015 ). Bukti geologis menunjukkan bahwa AIS telah berkontribusi pada naik turunnya permukaan laut sebagai respons terhadap glasiasi Pleistosen (Cook et al., 2013 ; DeConto & Pollard, 2016 ; Patterson et al., 2014 ; Wilson et al., 2018 ), tetapi waktu dan respons kuantitatif dinamika lapisan es terhadap dunia yang memanas, termasuk pemaksaan tepat yang menghasilkan hilangnya massa, tidak dibatasi dengan baik (Dutton et al., 2015 ). Kendala pada elevasi permukaan es selama deglasiasi terakhir mencatat penurunan Holosen yang meluas. Respons yang relatif terlambat terhadap peristiwa iklim global yang dimulai sejak 17 ka ini telah ditafsirkan menunjukkan respons AIS terhadap kenaikan muka air laut dari runtuhnya lapisan es Belahan Bumi Utara, dan karena itu menggambarkan AIS sebagai penanggap pasif terhadap perubahan iklim dan kontributor sekunder terhadap kenaikan muka air laut (Goehring et al., 2019 ). Meski begitu, ada penerimaan yang berkembang bahwa perubahan suhu air laut yang berbatasan dengan garis dasar gletser outlet AIS, baik di masa lalu (Passchier, 2011 ; Piccione et al., 2022 ; Weber et al., 2014 ) dan sekarang (Pritchard et al., 2012 ; Rintoul et al., 2016 ; Schmidtko et al., 2014 ), telah menyebabkan percepatan es dan hilangnya massa.
Episode pemaksaan samudra di masa lalu diperkirakan didorong oleh perlambatan Sirkulasi Terbalik Meridian Atlantik (AMOC) (Crowley, 1992 ), cabang sirkulasi termohalin global yang mengangkut panas ekuator ke utara. Pendinginan Belahan Bumi Utara menghasilkan pergeseran ke selatan di Zona Konvergensi Intertropis dan Angin Barat Belahan Bumi Selatan, yang terakhir menarik air dalam yang hangat ke landas kontinen Antartika (Denton et al., 2010 ; Toggweiler, 2009 ). Variasi yang dihasilkan dalam suhu Samudra Selatan dicatat dalam inti es oleh proksi untuk suhu permukaan Antartika (δD, δ 18 O) (Anderson et al., 2021 ; Anggota Proyek Inti Es Dome Fuji: et al., 2017 ; Jouzel et al., 2007 ). Catatan ini mengungkap pemanasan dan pendinginan berskala milenium di mana puncak pemanasan, yang dikenal sebagai Antartika Isotopic Maxima (AIM), terjadi sekitar 200 tahun setelah dimulainya peningkatan AMOC (Buizert et al., 2015 ), yang diwakili oleh peristiwa Dansgaard–Oeschger (DO) di inti es Greenland (Jouzel et al., 2007 ).
Pekerjaan terbaru oleh Piccione et al. ( 2022 ) menyajikan bukti bahwa sistem hidrologi subglasial Antartika merespons perubahan skala milenium ini pada suhu Samudra Selatan. Menyajikan catatan formasi mineral sub-lapisan es yang bertanggal 234 U- 230 Th, mereka menunjukkan bahwa perubahan siklik antara presipitasi opal dan kalsit bertepatan dengan perubahan suhu Samudra Selatan. Sementara presipitasi opal terjadi selama periode dingin, lapisan kalsit diskret bertepatan dengan AIM (puncak pemanasan). Karena δ 18 O, δ 13 C dan proksi redoks menunjukkan bahwa air yang mengendapkan kalsit berasal dari air yang relatif teroksigenasi dan kaya karbon di bawah dataran tinggi kutub (Gambar 1c ), mereka menyimpulkan bahwa presipitasi terbentuk ketika percepatan es yang didorong oleh laut menyebabkan air interior ini diekspor ke pinggiran lapisan es.
Penelitian sebelumnya tentang puing-puing yang diangkut gunung es menetapkan hubungan serupa antara pemanasan laut dan pergerakan es di waktu yang lama (Passchier, 2011 ; Weber et al., 2014 ), tetapi tidak dapat mengidentifikasi mekanisme yang menghubungkan pemanasan laut dengan percepatan es jauh ke dalam bagian dalam lapisan es. Piccione et al. menyajikan model glasiologi yang mendalilkan bahwa pemanasan laut selama AIM mendorong rantai sebab-akibat dari migrasi garis dasar, pengerasan lereng permukaan, percepatan es, dan peningkatan pemanasan geser pada antarmuka es-batuan, yang mengakibatkan pembilasan air subglasial dari reservoir berumur panjang di bagian dalam lapisan es berbasis basah ke pinggiran beku dan pengiriman karbon subglasial yang memicu presipitasi kalsit (Gambar 1a dan 1b ) (Piccione et al., 2022 ). Mekanisme ini konsisten dengan model yang menghubungkan suhu Samudra Selatan dengan hilangnya massa AIS (Blasco et al., 2019 ; Golledge et al., 2015 ). Namun, karena resolusi spasiotemporal yang terbatas dari catatan geologi yang ada membuatnya tidak jelas apakah pemanasan laut secara konsisten mendorong respons dalam es Antartika, atau jika kondisi lingkungan tambahan, seperti ambang batas suhu di Samudra Selatan, konfigurasi orbit (Cheng et al., 2016 ; Siddall et al., 2010 ) atau ukuran lapisan es (Barker & Knorr, 2021 ) memodulasi pemanasan laut untuk berkontribusi atau membatasi respons dari lapisan es.
Dalam studi ini kami memperluas catatan presipitasi kalsit subglasial baik secara spasial dan temporal untuk menguji apakah respons AIS yang tampak terhadap pemaksaan laut terbukti pada skala seluruh benua dan dalam jangka waktu yang lebih luas. Kami menyajikan kompilasi 234 usia kalsit U- 230 Th, baik yang baru maupun yang dilaporkan sebelumnya, dari 10 lokasi di seluruh AIS, di sepanjang tepi lapisan es dan Pegunungan Transantartika tempat tangkapan es terhubung ke Laut Ross dan Weddell melalui gletser outlet (Gambar 1 ). Kami memasangkan arsip pembentukan kalsit yang diperluas ini (15,5–227 ka) dengan data komposisi isotop dari sampel yang sama untuk mengonfirmasi bahwa air pembentuk kalsit berasal dari bagian dalam lapisan es, dan kami menguji hubungan antara pembentukan kalsit dan periode peningkatan konektivitas hidrologi. Dengan memaksimalkan cakupan spasiotemporal dari arsip yang baru dikompilasi ini dan membandingkannya dengan data paleoklimat, studi ini bertujuan untuk: (a) mengkaji ulang peran yang dimainkan oleh pemaksaan laut dalam hilangnya es dan (b) mengevaluasi kondisi lingkungan tambahan apa yang dapat membuat peristiwa pemanasan laut lebih mungkin memicu respons AIS.
2 Bahan dan Metode
Tujuan metodologis dari studi ini adalah untuk menentukan waktu dan asal presipitasi subglasial dan untuk membandingkan data usia ini dengan aspek perubahan iklim yang dapat mendorong respons dalam AIS. Presipitasi subglasial adalah akumulasi mineral yang dapat diberi tanggal secara radiometrik dengan metode 234 U- 230 Th dan yang komposisi kimia dan isotopnya merekam sejarah air subglasial tempat asalnya. Mineralogi dari presipitasi kimia berair ini paling umum adalah kalsit, diikuti oleh opal dan jarang aragonit. Usia presipitasi yang dilaporkan di sini diambil sampelnya dari permukaan batuan dasar yang mengalami deglasial atau digali di dalam bagian es/morain basal yang terbuka. Kedekatannya dengan gletser outlet berbasis dingin menunjukkan bahwa tangkapan es ini, atau sebagian darinya, berbasis basah pada saat pembentukan kalsit.
2.1 Penentuan Umur Kalsit 234 U- 230 Th
Tanggal 234 U- 230 Th dari kalsit dalam studi ini diukur di Laboratorium Isotop Keck Universitas California, Santa Cruz. U dan Th dipisahkan menggunakan kromatografi ion (lihat Teks Tambahan dalam Informasi Pendukung S1 ). Rasio isotop U dan Th dianalisis pada Spektrometer Massa Ionisasi Termal (TIMS) IsotopX X62. Komposisi isotop uranium diukur menggunakan metode Fara-Daly dua-urutan pada cawan Faraday dan pengganda partikel Daly. Torium diukur pada pengganda partikel Daly menggunakan metode peak hopping. Standar NBS4321 digunakan untuk memeriksa keakuratan pengukuran uranium. Ketidakpastian usia 234 U- 230 Th dihitung menggunakan model Monte Carlo. Untuk penanganan sampel yang terus terbentuk, lihat Teks Tambahan dalam Informasi Pendukung S1 .
2.2 Analisis Isotop Stabil
Kalsit dalam penelitian ini dianalisis untuk δ 18 O di Laboratorium Isotop Stabil di UC Santa Cruz. Pengukuran dilakukan pada perangkat karbonat Thermo Scientific Kiel IV dan spektrometer massa rasio isotop MAT 253. Kedua rasio dilaporkan sehubungan dengan kalibrasi Vienna PeeDee Belemnite (VPDB).
2.3 Analisis Sr
Komposisi isotop Sr dari sampel diukur di Laboratorium Isotop Keck, Universitas California, Santa Cruz. Cucian yang dikumpulkan selama kromatografi ion untuk pengukuran 234 U- 230 Th dimuat ke kolom yang berisi 0,5 mL resin Sr-SPEC dalam asam nitrat 7N. Cucian tersebut dicuci dengan asam nitrat 7N dan Sr dielusi dengan asam nitrat 0,05 N. Cucian tersebut dimuat ke filamen Re menggunakan TaCl. Rasio isotop diukur menggunakan metode satu urutan pada TIMS dan standar NBS987 digunakan untuk memeriksa keakuratan pengukuran.
3 Hasil
Makalah ini menyajikan basis data 234 tanggal U- 230 Th, δ 18 O, dan komposisi 87 Sr/ 86 Sr untuk endapan kalsit subglasial Antartika yang tersedia saat ini.
3.1 234 U- 230 Tanggal
Usia 234 U- 230 Th yang disajikan di sini terdiri dari 21 tanggal yang baru dilaporkan (Tabel S1 dalam Informasi Pendukung S1 ), dua usia kalsit 234 U- 230 Th yang dilaporkan sebelumnya (Aharon, 1988 ; Goodwin et al., 2018 ), 13 contoh presipitasi kalsit diskret dalam sampel berlapis kalsit opal (Piccione et al., 2022 ) dan dua puncak presipitasi kalsit yang diidentifikasi dalam beberapa sampel yang terbentuk terus menerus selama beberapa interval waktu (Frisia et al., 2017 ). Data lama (Aharon, 1988 ) dihitung ulang menggunakan konstanta peluruhan terkini (Cheng et al., 2000 ) (Tabel S2 dalam Informasi Pendukung S1 ). Semua tanggal yang baru dilaporkan berasal dari sampel yang tidak “berisi waktu” yang berarti tidak cukup tebal untuk memiliki beberapa usia yang dapat dipecahkan, jadi setiap sampel hanya memiliki satu tanggal yang dikaitkan dengannya (kecuali untuk 19CS02 yang memiliki dua tanggal, lihat Bahan Tambahan dalam Informasi Pendukung S1 ). Jumlah total kejadian kalsit dalam set data kami adalah 38 dan tanggalnya berkisar dari 15,5 hingga 227 ka. Dalam Bahan Tambahan dalam Informasi Pendukung S1 , kami menyertakan entri basis data untuk setiap sampel yang mencakup lokasinya, kejadian di lapangan, usia 234 U- 230 Th, dan data komposisi isotop (Tabel S5 dalam Informasi Pendukung S1 ).
3.2 Komposisi Isotop
Setiap umur kalsit dilaporkan dengan komposisi δ 18 O (Tabel S3 dan S4 dalam Informasi Pendukung S1 ). Komposisi kalsit δ 18 O VPDB yang diukur diubah menjadi komposisi isotop oksigen dari air pembentuk endapan (δ 18 O w ) relatif terhadap Air Laut Rata-rata Standar Wina, dengan asumsi presipitasi dari air pada suhu 0°C mengikuti Friedman dan O’Neil (Friedman & O’Neil, 1977 ). Nilai δ 18 O dari perairan pembentuk presipitasi, yang selanjutnya disebut sebagai δ 18 O w, sangat negatif, berkisar dari −31 hingga −62‰ (dengan satu outlier pada −13‰) dan 5–30‰ lebih terkuras daripada es basal lokal dan presipitasi lokal di lokasi pengumpulan sampelnya (Gasson et al., 2016 ; Werner et al., 2018 ). Peta yang menunjukkan δ 18 O es basal lokal yang dimodelkan dan δ 18 O w yang diukur dari presipitasi disajikan dalam Gambar 1. Dalam kasus outlier, presipitasi pesisir dari Antartika Timur, komposisi δ 18 O yang lebih tinggi lebih konsisten dengan model komposisi es basal lokal.
Sebagian besar sampel juga difraksinasi berkenaan dengan rantai peluruhan 238 U, dan diperkaya dengan 234 U, ditunjukkan oleh rasio aktivitas 234 U/ 238 U dengan nilai dari 2,4 hingga 3,3 (kecuali untuk sampel dari Ford Ranges yang berada pada keseimbangan sekuler). Secara umum, sampel kalsit menunjukkan nilai 87 Sr/ 86 Sr berkisar dari 0,708 hingga 0,738 yang mencerminkan jenis batuan lokal yang bersentuhan dengan air pembentuk kalsit.
4 Diskusi
4.1 Bukti Terjadinya Flushing Subglasial
Beberapa baris bukti geokimia mendukung hipotesis bahwa kalsit dalam studi ini mengendap sebagai hasil dari pembilasan air subglasial yang berumur panjang dan secara geokimia berbeda dari bagian dalam ke pinggiran AIS. Pertama, presipitasi terbentuk dari air dengan nilai δ 18 O w yang sangat terkuras . Nilai-nilai ini 10–30‰ lebih rendah daripada komposisi δ 18 O yang dimodelkan dari es basal lokal dan presipitasi lokal (Gasson et al., 2016 ; Werner et al., 2018 ) (dengan pengecualian satu outlier). Sebaliknya, nilai δ 18 O w lebih mirip dengan komposisi es basal di bagian dalam lapisan es (Gambar 1c ), yang menunjukkan bahwa asal air pembentuk kalsit kemungkinan besar adalah bagian dalam lapisan es (Graly et al., 2018 ). Asal usul air dari bawah dataran tinggi kutub juga konsisten dengan model hidrologi dasar AIS, yang menunjukkan area luas kondisi berbasis basah di pedalaman (Foley et al., 2019 ; Pattyn, 2010 ). Selain itu, rasio aktivitas 234 U/ 238 U yang tinggi pada endapan menunjukkan bahwa air pembentuk endapan mengalami periode interaksi batu-air yang berkepanjangan (Kigoshi, 1971 ). Ini mendukung interpretasi bahwa sampel-sampel ini terbentuk dari air pedalaman yang terisolasi dengan waktu tinggal yang lama. Agar air ini diaktifkan dan dibuang ke luar, diperlukan respons hidrologi yang lebih besar daripada pembuangan sementara yang menjadi ciri sistem hidrologi subglasial aktif yang dipelajari sebelumnya di Antartika (Dow et al., 2016 ).
4.2 Kebetulan Antara Kalsit dan AIM
Penelitian sebelumnya tentang endapan subglasial menetapkan hubungan antara pembentukan endapan dan pemanasan laut dengan membandingkan rangkaian waktu transisi mineralogi dengan rangkaian waktu data iklim (Piccione et al., 2022 ), menggunakan sampel yang mengandung banyak lapisan mineral yang sesuai dengan transisi dingin-hangat skala milenium dan oleh karena itu memberikan catatan berkelanjutan tentang siklus AIM selama ribuan tahun. Endapan dalam penelitian ini terutama terdiri dari kalsit yang terbentuk dalam satu peristiwa presipitasi. Ini memerlukan metode perbandingan baru yang memungkinkan tanggal pembentukan kalsit tahap tunggal dari rentang spasiotemporal yang lebih luas untuk dibandingkan dengan data iklim, dan memperhitungkan ketidakpastian dalam usia kalsit 234 U- 230 Th. Untuk tujuan ini, kami menggunakan pendekatan perhitungan kebetulan Monte Carlo yang diadaptasi dari Green et al. ( 2022 ) untuk menentukan apakah ada hubungan yang signifikan secara statistik antara waktu periode hangat Samudra Selatan dan pembentukan kalsit. Pembentukan endapan dapat terjadi kapan saja, tetapi di sini kami menguji apakah secara statistik lebih mungkin terjadi selama AIM.
Pertama, rekaman δD inti es EPICA Dome C (EDC) difilter seperti pada Cheng et al. ( 2016 ) untuk menghilangkan sinyal skala orbital dan memperkuat puncak skala milenium dalam pemanasan (AIM). Ini dilakukan dengan menghaluskan rekaman untuk menghilangkan variabilitas skala milenium dan mengurangi rekaman yang dihaluskan dari rekaman mentah untuk mengisolasi sinyal skala milenium. Kemudian AIM diidentifikasi dalam data EDC (Gambar 2a ) menggunakan keunggulan puncak minimum yang dikalibrasi ke kejadian DO Belahan Bumi Utara dari inti es Proyek Inti Es Greenland Utara (lihat Materi Tambahan dalam Informasi Pendukung S1 untuk penjelasan lebih rinci tentang bagaimana puncak dipilih), yang memiliki hubungan yang mapan dengan AIM (Gambar S1 dalam Informasi Pendukung S1 ). Puncak ditunjukkan sebagai lingkaran merah pada Gambar 2a dan terjadi hampir terus menerus selama 235.000 tahun yang ditunjukkan.
Kami kemudian menggunakan kalkulasi kebetulan Monte Carlo (lihat Ketersediaan Data dan Material) untuk menguji apakah korelasi nyata antara umur kalsit dan AIM (Gambar 2a ) dapat dijelaskan dengan variasi acak. Umur dan ketidakpastian setiap tanggal 234 U- 230 Th dan puncak hangat dapat direpresentasikan oleh fungsi distribusi probabilitas (PDF) yang mungkin tumpang tindih dalam waktu, dan kebetulan mereka didefinisikan sebagai area tumpang tindih antara dua PDF. Kami menghitung kebetulan antara tanggal 234 U- 230 Th yang diukur dan setiap puncak hangat ( n = 45), kemudian mengidentifikasi kebetulan tertinggi dari semua kombinasi puncak kalsit-hangat yang potensial (yaitu, puncak terdekat dengan tanggal kalsit). Kami menjumlahkan kebetulan ini bersama dengan kebetulan setiap tanggal kalsit lainnya ( n = 38) dan puncak hangat terdekatnya untuk membuat statistik ringkasan, jumlah kebetulan. Kalkulasi ini kemudian diulang 10.000 kali menggunakan puncak hangat yang dihasilkan secara acak sebagai pengganti puncak hangat yang diidentifikasi dari EDC. Ini menghasilkan distribusi dalam nilai jumlah kebetulan yang memberikan hipotesis nol bahwa tidak ada hubungan antara pemanasan dan pembentukan kalsit, dan bahwa kalsit dalam kompilasi ini mewakili sampel acak usia yang didistribusikan secara merata sepanjang waktu. Jika jumlah kebetulan dari 234 data U- 230 Th dan puncak hangat nyata berada di atas batas nilai-p 0,05 maka tidak ada korelasi statistik antara pembentukan kalsit dan pemanasan Samudra Selatan (Gambar 2b ). Namun, jika kebetulan yang dijumlahkan antara data U-Th dan puncak hangat nyata terletak cukup jauh di luar distribusi model Monte Carlo dan memiliki nilai-p di bawah 0,05, maka korelasi seperti itu masuk akal pada tingkat >95%. Perbandingan kami mengembalikan nilai-p 0,02 (Gambar 2c ), yang berarti bahwa ada probabilitas <2% bahwa puncak hangat acak mengembalikan kebetulan yang sama dengan atau lebih tinggi daripada kebetulan yang diamati antara puncak hangat di EDC dan usia kalsit dalam penelitian ini. Hal ini menunjukkan adanya korelasi signifikan secara statistik antara pembentukan kalsit dan AIM dan konsisten dengan hipotesis bahwa pembentukan kalsit dipicu oleh pembilasan air interior selama peristiwa percepatan es yang didorong oleh pemanasan laut di AIM.
Periode hangat terjadi di seluruh rentang waktu (0–260 ribu tahun lalu), tetapi pemeriksaan visual sederhana menunjukkan bahwa tanggal kalsit mengelompok dalam waktu transisi dari kondisi interglasial pasca-puncak ke periode glasial (Gambar 2a ). Meskipun kami tidak mengesampingkan kemungkinan bahwa ini adalah hasil dari bias pengambilan sampel atau fluktuasi internal dalam dinamika es, kami berusaha untuk mengeksplorasi kemungkinan hubungan mekanistik antara parameter iklim dan kondisi yang mendukung pembentukan kalsit.
4.3 Pengaruh Kondisi Iklim Latar Belakang terhadap Pembentukan Kalsit
Variabilitas iklim skala milenium meningkat intensitasnya selama kondisi antara periode glasial dan periode interglasial (Barker et al., 2011 ; McManus et al., 1999 ; Siddall et al., 2006 ), yang menyebabkan periode pemanasan Samudra Selatan yang lebih hangat dan lebih lama serta peristiwa DO yang lebih nyata. Barker & Knorr ( 2021 ) mengidentifikasi puncak kekuatan variabilitas skala milenium dalam parameter iklim berikut: bentik δ 18 O (suhu laut dan permukaan laut), CO 2 atmosfer , permukaan laut, dan δD (suhu Antartika). Mereka menggambarkan puncak-puncak ini sebagai “jendela peluang” di mana variabilitas skala milenium memiliki pengaruh yang sangat besar pada iklim, termasuk frekuensi dan besarnya peristiwa pemanasan Samudra Selatan. Sebagai alternatif, telah dihipotesiskan bahwa amplitudo variabilitas iklim milenial dan karenanya suhu Samudra Selatan (Chen et al., 2016 ) dimodulasi oleh siklus orbit baik presesi dan oblikualitas bersama-sama (Cheng et al., 2016 ) atau presesi saja (Siddall et al., 2010 ) melalui perubahan insolasi. Jika pemanasan Samudra Selatan menyebabkan dinamika es dan respons subglasial dari AIS, kita dapat mencoba memanfaatkan pengelompokan tanggal dalam catatan presipitasi subglasial untuk menguraikan antara mekanisme yang diusulkan ini untuk menyebabkan variasi suhu Samudra Selatan dengan amplitudo tinggi.
Untuk tujuan ini, kami menggunakan uji Kolmogorov-Smirnov (KS) untuk mengevaluasi apakah ada penyimpangan dalam kondisi lingkungan pada saat pembentukan kalsit dibandingkan dengan kondisi lingkungan di seluruh rekaman. Dalam uji KS dua sampel, hipotesis nolnya adalah bahwa kedua sampel satu dimensi berasal dari distribusi probabilitas yang sama, dan hipotesis alternatifnya adalah bahwa keduanya berasal dari distribusi probabilitas yang berbeda. Uji ini menggunakan batas nilai-p sebesar 0,05 untuk menentukan apakah akan mengecualikan kemungkinan bahwa kedua sampel tersebut merupakan sampel acak dari satu distribusi probabilitas umum. Karena ada hipotesis yang berbeda tentang apa yang memodulasi variabilitas iklim skala milenium, kami menguji beberapa parameter iklim untuk mencerminkan hipotesis yang bervariasi tersebut: insolasi musim panas Belahan Bumi Utara (21 Juni, 65° N) (NHSI), yang dimodulasi oleh presesi, energi musim panas terintegrasi (ISE), yang dimodulasi oleh oblikualitas, δD dari inti es EDC (suhu Antartika), CO atmosfer 2 , permukaan laut (berasal dari bentik δ 18 O), dan bentik mentah δ 18 O (suhu laut/ukuran lapisan es). Kami mengekstrak nilai parameter iklim pada waktu yang bertepatan dengan pembentukan presipitasi, dan kemudian menggunakan fungsi MATLAB kstest2 untuk membandingkan nilai yang diekstraksi dengan semua nilai dalam deret waktu dan menghitung nilai-p untuk setiap parameter.
Uji KS menemukan bahwa dari parameter iklim yang diperiksa, permukaan laut, CO 2 dan δ 18 O bentik menunjukkan perbedaan yang signifikan secara statistik antara waktu pembentukan kalsit dan semua waktu dalam rekaman (Gambar 3 ). Permukaan laut dan CO 2 keduanya condong ke nilai yang lebih rendah dan δ 18 O bentik condong ke nilai yang lebih berat (Gambar 3d–3f ), yang menunjukkan bahwa kalsit lebih mungkin terbentuk selama AIM ketika lapisan es lebih besar. NHSI dan ISE, proksi orbital, tidak menunjukkan kemiringan yang signifikan, yang menunjukkan bahwa kondisi iklim latar belakang daripada perubahan insolasi yang didorong secara orbital memodulasi respons lapisan es terhadap perubahan iklim skala milenium. Hubungan antara iklim latar belakang dan respons es Antartika terhadap siklus iklim skala milenium mungkin terjadi karena fakta bahwa ketika kondisi lingkungan latar belakang sedemikian rupa sehingga suhu rendah dan volume es global tinggi, lebih banyak margin AIS akan berakhir di lautan daripada di daratan, membuat lapisan es lebih rentan terhadap pemaksaan laut. Koneksi langsung ke lautan menyebabkan gletser outlet lebih rentan terhadap pengaruh fluktuasi suhu lautan (Carr et al., 2017 ; Kochtitzky & Copland, 2022 ; Mernild et al., 2012 ), yang dapat menjelaskan kemiringan dalam kejadian presipitasi terhadap periode dengan lapisan es yang lebih besar dan lebih berakhir di laut. Penjelasan potensial lain untuk kemiringan ini adalah bahwa presipitasi mungkin lebih disukai digali selama periode hangat karena tingkat sedimentasi yang lebih tinggi, dan karena itu akan mencerminkan jeda dalam skala waktu penggalian yang akan condong ke periode dingin sebelumnya. Namun, kami menganggap ini sebagai penjelasan yang tidak mungkin untuk kemiringan yang kami amati karena penggalian, meskipun bervariasi, bersifat berkelanjutan. Sampel yang disajikan di sini mencakup dua siklus glasial terakhir, dan bahkan jika ada penggalian preferensial selama periode hangat, kita akan melihat lebih banyak sampel dari Interglasial Terakhir, yang mendahului Maksimum Glasial Terakhir dan Tahap Isotop Laut 3, di mana kita melihat lebih banyak sampel.
4.4 Ketinggian Permukaan Laut Dibandingkan Suhu Laut sebagai Pendorong Hilangnya Massa Lapisan Es
Kami juga membandingkan puncak-puncak dalam distribusi parameter iklim pada saat pembentukan kalsit (histogram biru pada Gambar 3 ) dengan “jendela peluang” yang diidentifikasi oleh Barker dan Knorr (kotak kuning pada Gambar 3 ): rentang nilai parameter iklim di mana daya milenium adalah yang terkuat. Kami menemukan bahwa puncak-puncak dalam parameter pembentuk kalsit bertepatan dengan jendela daya milenium puncak untuk suhu Antartika (EDC δD) dan suhu samudra/ukuran lapisan es (bentik δ 18 O) tetapi tidak bertepatan untuk permukaan laut dan CO 2 . Sebaliknya, puncak-puncak dalam parameter pembentuk kalsit untuk permukaan laut dan CO 2 terjadi pada nilai-nilai yang lebih rendah daripada jendela daya milenium puncak.
Telah lama diperdebatkan bahwa hilangnya massa AIS terutama didorong oleh kenaikan permukaan laut dari pencairan lapisan es Belahan Bumi Utara (Denton et al., 1986 ; Goehring et al., 2019 ; Gomez et al., 2020 ). Sebagian besar penelitian ini berfokus pada urutan kejadian selama deglasiasi terakhir, tetapi ada semakin banyak penelitian yang menunjukkan sensitivitas AIS terhadap pemanasan air laut di zaman modern (Pritchard et al., 2012 ; Rintoul et al., 2016 ; Schmidtko et al., 2014 ). Pengamatan kami–bahwa respons lapisan es yang direkam oleh presipitasi bertepatan dengan daya milenium maksimum dalam proksi berbasis suhu laut–tidak menghalangi permukaan laut sebagai pendorong hilangnya massa tetapi menunjukkan peningkatan sensitivitas lapisan es terhadap suhu laut yang tampaknya tidak bergantung pada permukaan laut. Tingkat respons langsung lapisan es terhadap pemanasan laut masih belum jelas, dan penting untuk dicatat bahwa meskipun data kami memberikan bukti pendukung bahwa AIS merespons pemanasan laut melalui percepatan es, data tersebut tidak membatasi jumlah kehilangan massa yang mungkin terjadi pada skala milenium. Meskipun demikian, hasil kami menunjukkan bahwa AIS dapat merespons perubahan iklim secara langsung, bukan sebagai respons sekunder terhadap kenaikan permukaan laut, yang memiliki implikasi bagi pemahaman kita tentang peran AIS dalam sistem iklim yang lebih besar dan respons potensialnya terhadap perubahan iklim antropogenik yang sedang berlangsung.
