A hemispheric circulation asymmetry during Late Tertiar

Recent data obtained within the Deep Sea Drilling Project (Legs 28, 29, 35, 36) in the southern oceans revealed that the formation of Antarctic sea-ice started 38 m. y. b. p. ago at the begin of the Oligocene. The Antarctic ice-cap reached nearly its present volume during the Middle Miocene (14–12 m. y. b. p.) and a volume greater than the present during the Messinian (6–5 m. y. b. p.). Apart from local mountain glaciations, the first large-scale glaciation of the northern continents was developed about 3 m. y. b. p. followed by the formation of the Arctic sea-ice, which has probably survived more than 20 fully developed interglacials, certainly during the last 0.7 m. y. This evolution indicates a period of about 10 m. y. during which East Antarctica was highly glaciated, while the Arctic Ocean was essentially ice-free.This asymmetric pattern is compared with the present asymmetry (unipolar versus bipolar glaciation); the annually averaged position of the meteorological equator had then displaced from about Lat. 6 °N to-day to about 10 °N. Some estimates of the heat budget terms in polar latitudes at a glaciated continent and at an ice-covered ocean are given. A preliminary review of paleoclimatic data reveals significant shifts of the position of the climatic belts at both hemispheres. These shifts coincide rather well with an extrapolation of the actual seasonal variations which confirm a simple equation for the latitude of the subtropical anticyclonic belts as the boundary between Ferrel and Hadley regimes. Finally, the role of equatorial upwelling — as correlated with an asymmetric circulation pattern — for the water balance is outlined.These asymmetries may become of major importance, if an expected rise of CO₂ level above an estimated threshold should restore an ice-free Arctic Ocean.

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Zusammenfassung Nach zahlreichen Befunden des Deep Sea Drilling Projekts hatte der antarktische Eisdom im mittleren Miozän (14-12 Ma, 1 Ma=10⁶ Jahre) etwa das bisherige Volumen erreicht, im Messinian (6-5 Ma) sogar ein noch größeres (Kennett, Frakes). Im Gegensatz hierzu bildete sich — von Gebirgsvereisungen abgesehen — die erste großräumige Vergletscherung auf den Nordkontinenten erst vor rund 3 Ma, darnach das arktische Treibeis, das wahrscheinlich mehr als 20 Interglaziale überlebt hat, mindestens seit den letzten 700 000 Jahren. Während einer Periode von rund 10 Ma war also Ost-Antarktika hoch vereist, während der arktische Ozean praktisch eisfrei blieb.Dieser asymmetrische Zustand wird mit der heute geringeren Asymmetrie von Atmosphäre und Ozean verglichen: eine unipolare mit der heute bipolaren Polvereisung. Der meteorologische Äquator muß damals im Jahresmittel in rund 10 °N (gegenüber 6 °N heute) gelegen haben. Die Terme des Wärmehaushalts werden verglichen für einen vereisten Kontinent und einen eisbedeckten Ozean im Polargebiet. Die Verlagerungen der planetarischen Klimagürtel werden (vorläufig) abgeschätzt; sie stimmen gut überein mit einer einfachen Formel für die Breitenlage des subtropischen Hochdruckgürtels, die auch die heutigen jahreszeitlichen Verlagerungen auf beiden Halbkugeln gut reproduziert. Abschließend wird die Rolle des äquatorialen Aufquellens im Ozean — das mit einer Zirkulationsasymmetrie gekoppelt ist — umrissen.Diese Asymmetrien können eine höchst aktuelle Bedeutung erlangen, wenn die erwartete Zunahme des CO₂-Gehalts der Atmosphäre einen eisfreien arktischen Ozean wiederherstellen sollte.

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Résumé Des données récentes réceuillies au cours du projet «Deep Sea Drilling» (Log 28, 29, 35, 36) dans les océans méridionaux ont montré que la formation de la glace marine antarctique a débuté il y a 38 M. a. au commencement de l'Oligocène. La calotte glaciaire antarctique a atteint à peu près son volume actuel durant le Miocène moyen (14-12 M. a.) et un volume supérieur à l'actuel, au cours du Messinien (6-5 M. a.). Abstraction faite de glaciations montagneuses locales, la première glaciation à grande échelle des continents septentrionaux s'est développée il y a environ 3 M. a., suivie par la formation de la glace marine arctique qui a probablement survécu à plus des 20 interglaciaires bien développés, certainement durant les 0,7 M. a. derniers. Cette évolution indique une période d'environ 10 M. a. durant laquelle l'Antarctique oriental fut fortement glacié, tandis que l'Océan arctique était essentiellement libre de glaces.Cette disposition asymétrique est comparée avec l'asymétrie actuelle (glaciation unipolaire versus bipolaire); la position annuelle moyenne de l'»Equateur météorologique« a migré de la latitude de 6 °N à environ 10 °N. Certaines estimations sont données concernant le bilan de chaleur dans les latitudes polaires dans un continent glacié, un océan couvert par la glace et une océan qui en est exempt. Un survol préliminaire des données paléoclimatiques révèle un déplacement important de la position des ceintures climatiques dans les deux hémisphères. Ces déplacements coïncident assez bien avec une extrapolation des variations saisonnières actuelles qui confirme une simple équation pour la latitude des ceintures anticycloniques subtropicales en temps que frontière entre les régimes de Ferrel et de Hadley. Enfin, on définit le rôle du gonflement équatorial-en corrélation avec un système de circulation asymétrique-pour la balance des eaux.Ces asymétries peuvent acquérir une grande importance si une augmentation attendue du niveau de CO₂ au-dessus d'un certain seuil devait restituer un Océan arctique libre de glaces.

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, Deep Sea Drilling (Legs 28, 29, 35, 36 , , 38 . — 14—12 ), — 6—5 — . , 3 , , 20- 0,7 . 10 , , , . — unipolar versus bipolar glaciation —; 6° 10° . , , . . , , . , . , ₂ .