Global impacts of the Drake Passage on ocean circulation and climate as modulated by the Ismuth of Panama

• Main Author: Yang, Simon
• Other Authors: Eric Douglas Galbraith (Internal/Supervisor)
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: McGill University 2012
• Subjects: Earth Sciences - Physical Oceanography; Antarctic; Drake Passage; Pacific; The Antarctic; Antarc*; Antarctica; Antarctique*; North Atlantic
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=110581

The Eocene-Oligocene boundary marked the transition from a very warm to a much cooler global climate, and the first appearance of large ice sheets in Antarctica. The opening of the Drake Passage and hence the establishment of the Antarctic Circumpolar Current (ACC) has been proposed as a mechanism for the dramatic Southern Hemisphere cooling at this time. Previous modelling studies explicitly addressing the impact of the Drake Passage used models with simple representations of an atmosphere, and did not consider the Panamanian Seaway, which was open at the time, allowing Atlantic and Pacific waters to exchange. Here, a coupled, fully-dynamic climate model is used to simulate the ocean circulation and climate impacts of the Drake Passage as modulated by the presence or absence of the Ismuth of Panama. With the Panama Ismuth, closing the Drake Passage does not lead to a shutdown of northern overturning, as commonly observed in simpler models, and the temperature impact on Antarctica is similar to prior estimates. In this case, Antarctic cooling reflects the thermal isolation of Antarctica, as warm subtropical waters cannot pass the geostrophic barrier of the Drake Passage. Without the Panama Isthmus, a salinity threshold is reached in the North Atlantic, leading to the cessation of northern overturning and dominance of southern overturning. In the case with no Panama Isthmus, the cooling of surface air temperatures over Antarctica caused by the Drake Passage is 3 × larger than the case with a Panama Isthmus. The larger temperature change reflects the additional onset of inter- hemispheric overturning, transferring heat from the Southern Hemisphere to the Northern Hemisphere, as well as an atmospheric radiative feedback driven by changes in cloud distributions. La frontère Éocène-Oligocène marque la transition d'un climat chaud à un climat globallement plus frais, et l'apparition de larges calottes glacière en Antarctique. L'ouverture du Passage de Drake et donc l' établissement du Courant Circumpolaire Antarctique a ét é proposé comme un mécanisme permettant le refroidissement drastique de l'hémisèphre sud à cette époque. Des expériences passées de modélisation traitant explicitement des impacts du Passage de Drake utilisent des modèles ne représentant l'atmosphère que de façon simple sans considérer la route maritime du Panama qui ouverte à cette époque, permettait des échanges entre l'Atlantique et le Pacifique. Dans cette étude, un modèle couplé et complètement dynamique est utilisé pour simuler les impacts du Passage de Drake sur la circulation océanique ainsi que sur le climat, tout cela modulé par la présence ou l'absence de l'Isthme de Panama. Avec un Isthme de Panama, la fermeture du Passage de Drake ne résulte pas en l'arrêt de la Circulation Méridienne du Nord comme comunément observé avec de modèles simples malgrés le fait que la réaction de température soit similaire aux estimations passées. Dans ce cas-ci le refroidissement est causé par une isolation thermale de l'Antarctique résultant en l'impossibilité des eaux subtropicales chaudes de franchir la barrière géostropique du Passage de Drake. Sans l'Isthme de Panama, un seuil de salinité est atteint dans l'Atlantique Nord conduisant a la céssation de la Circulation M ́eridienne du Nord ainsi que la domination de celle du sud. Dans le cas ou l'Isthme de Panama est enlevé, le refroisdissement de la température atmopshérique de surface sur l'Antarctique résultant de l'ouverture du Passage de Drake est 3 × plus importante que dans le cas ou l'Isthme de Panama est présent. Cette réaction de température plus intense est le résultat de l'enclenchement de la Circulation Méridiennedu Nord qui transfère de la chaleur de l'Hémisphère Sud à l'Hémisphère Nord et d'une réaction radiative de l'atmosphère résultant de changements dans la distribution des nuages.