Meltwater Impacts on the Ocean Circulation since the Last Glacial Maximum

• Main Author: Marson, Juliana Marini
• Other Authors: Mata, Mauricio Magalhaes, Wainer, Ilana Elazari Klein Coaracy
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: English
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2015
• Subjects: AMOC; Atlantic Ocean; circulação de revolvimento meridional; deglaciação; deglaciation; massas de água; Oceano Atlântico; water masses; Antarctic; Austral; Entrada; Indian; Southern Ocean; The Antarctic; Antarc*; Antártica; Ice Sheet; NADW; North Atlantic Deep Water; North Atlantic
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/21/21135/tde-29052015-165852/

During the last 21,000 years, the planet underwent major changes. The atmospheric CO2 concentration increased ∼50% (Monnin et al., 2001) and the mean global temperature increased 4.0±0.8°C until pre-industrial times (Annan and Hargreaves, 2013). As a consequence of this warming, the huge ice sheets that covered North America, Northern Europe and part of Eurasia melted and the polar and subpolar ocean surface received a large amount of freshwater from these retracting ice sheets. The input of freshwater alters pressure gradients on the sea surface and also the density of water masses. Since the ocean circulation is partially driven by density differences, the deglacial meltwater has the potential to affect the ocean circulation. In this PhD thesis, the impacts of meltwater input since the Last Glacial Maximum into the high latitudes, especially of the Atlantic Ocean, are studied using the results of a transient simulation of the last 22 thousand years with NCAR-CCSM3. The main results show that: (1) the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) slowed down during freshwater discharge events near dense water formation regions; (2) North Atlantic Deep Water (NADW) was absent in the beginning of the deglaciation, while its intermediate version -- Glacial North Atlantic Intermediate Water (GNAIW) -- was being formed; (3) GNAIW was a fresh and cold water mass, very similar to the Antarctic Intermediate Water (AAIW) in the thermohaline domain; (4) the deep and abyssal Atlantic basin was dominated by AABW in the first half of the simulation; (5) the transition from GNAIW to NADW occurred after the Heinrich Stadial 1; (6) when the NADW appeared, around 12 thousand years ago (ka), AABW retracted and was constrained to lie near the bottom; (7) the presence of a low-salinity layer in the Southern Ocean surface around ∼14,000 years ago prevented the release of heat from deep waters to the atmosphere, warming the AABW; (8) the Antarctic Coastal Current (ACoC) was reinforced by the meltwater discharge from the Antarctic ice sheet. Using the Indian Ocean as a comparison, it was observed that the North Atlantic affected the western tropical Indian through atmosphere, while climatic variations associated with the Southern Hemisphere were transmitted via ocean -- especially through intermediate waters. Although the initial conditions in the glacial and modern ocean are different, this study may be used to foresee the possible responses of the ocean to the accelerated melting of glaciers and ice sheets, which are associated with dramatic climate changes. Durante os últimos 21.000 anos, o planeta sofreu grandes mudanças. A concentração de CO2 atmosférico aumentou cerca de ∼50% (Monnin et al., 2001) e a temperatura média global aumentou 4,0±0,8°C até a época pré industrial (Annan and Hargreaves, 2013). Como consequência deste aquecimento, os grandes mantos de gelo que cobriam a América do Norte, o norte da Europa e parte da Eurásia derreteram e o oceano polar e subpolar recebeu grandes quantidades de água doce destes mantos em retração. A entrada de água doce altera gradientes de pressão na superfície do mar e também a densidade de massas de água. Como a circulação oceânica é parcialmente forçada por diferenças de densidade, a água de degelo tem o potencial de afetar esta circulação. Nesta tese de Doutorado, os impactos da entrada de água de degelo no oceano desde o Último Máximo Glacial em altas latitudes, especialmente do Oceano Atlântico, são estudados usando os resultados de uma simulação transiente dos últimos 22 mil anos com o modelo NCAR-CCSM3. Os principais resultados mostram que: (1) a circulação de revolvimento meridional do Atlântico enfraqueceu durante eventos de descarga de água doce próxima a regiões de formação de água densa; (2) a Água Profunda do Atlântico Norte (APAN) estava ausente no começo da deglaciação, enquanto sua versão intermediária -- Água Glacial Intermediária do Atlântico Norte (AGIAN) -- era formada; (3) AGIAN era uma massa d\'água doce e fria, semelhante à Água Intermediária Antártica (AIA) no domínio termohalino; (4) as camadas profundas e de fundo da bacia do Atlântico eram dominadas pela Água de Fundo Antártica (AFA) na primeira metade da simulação; (5) a transição de AGIAN para APAN ocorreu após o Heinrich Stadial 1; (6) quando a APAN apareceu, cerca de 12 mil anos atrás (ka), a AFA retraiu e ficou limitada às camadas de fundo; (7) a presença de uma camada de baixa salinidade na superfície do Oceano Austral há ∼14 mil anos impedia a liberação de calor das águas profundas para a atmosfera, aquecendo a AFA; (8) a Corrente Costeira Antártica foi intensificada pela descarga de água de degelo proveniente do manto de gelo Antártico. Usando o Oceano Índico como comparação, foi observado que o Atlântico Norte afetou o Índico oeste tropical através de processos atmosféricos, enquanto variações climáticas associadas ao Hemisfério Sul foram transmitidas via oceano -- especialmente através das camadas intermediárias. Embora as condições iniciais dos oceanos glacial e moderno sejam diferentes, este estudo pode ser usado para prever as possíveis respostas do oceano ao presente derretimento acelerado de geleiras e mantos de gelo associado a mudanças climáticas abruptas.