Throughout the Cenozoic, the global climate gets successively cooler, but at least until the Pliocene temperatures in polar regions seem higher-than-present. It is not yet clear whether or not the Arctic Ocean was already ice-covered in the Miocene. Moreover, reconstructions for the atmospheric carbon dioxide concentration, as an important factor for climate, in the Miocene do not give a coherent view. Owing to the fact that ice-free conditions in the Arctic region related to low CO2 or an ice-covered Arctic Ocean and high CO2 appear to be enigmatic, we perform climate modelling sensitivity experiments for the Late Miocene considering different CO2 concentrations. In order to get ice-free conditions in the Arctic Ocean, a CO2 concentration of 1500 ppm is necessary at least. This appears to be unlikely for the Miocene and supports an onset of the Northern Hemisphere’s glaciation earlier than Late Miocene. As compared to future climate change scenarios with enhanced CO2, the response on a CO2 increase is slightly weaker in our Miocene sensitivity experiments. This is due to the decreased sea ice volume in the Miocene and the reduced ice-albedo feedback. We compare our sensitivity experiments with quantitative terrestrial proxy data to give an estimation for pCO2 in the Late Miocene. The Late Miocene runs with 360 and 460 ppm are most consistent with proxy data. The model validation, hence, supports an ‘intermediate’ carbon dioxide concentration in the Late Miocene, which is higher than present but lower than 500 ppm.

Resumen en Español

Experimentos de sensibilidad en modelos climáticos del Mioceno para diferentes concentraciones de CO2

Durante el Cenozoico, el clima global se hizo sucesivamente más frío, al menos hasta el Plioceno la temperatura de las regiones polares parece más alta que en la actualidad. Todavía no está claro si el Océano Ártico estaba ya cubierto de hielo en el Mioceno. Más aún, las reconstrucciones de la concentración de dióxido de carbono atmosférico, como un factor importante para el clima, no dan resultados coherentes en el Mioceno. Dado que tanto las condiciones de una región ártica sin hielo y bajo CO2, como las de un Océano Ártico cubierto de hielo y alto CO2 parecen enigmáticas, realizamos experimentos de sensibilidad en modelos climáticos para el Mioceno considerando diferentes concentraciones de CO2. Para tener condiciones sin hielo en el Océano Ártico, se necesita, al menos, una concentración de CO2 de 1500 ppm. Esto parece poco probable para el Mioceno y apoya el inicio de la glaciación del hemisferio Norte antes del Mioceno Superior. En comparación con escenarios de futuro cambio climático con CO2 elevado, la respuesta a un incremento de CO2 es más débil en nuestros experimentos de sensibilidad en el Mioceno. Esto se debe al reducido volumen de hielo marino en el Mioceno y, consecuentemente, al reducido albedo del hielo. Comparamos nuestros experimentos de sensibilidad con datos cuantitativos de indicadores (“proxies”) continentales para dar una estimación de la pCO₂ en el Mioceno Superior. Las ejecuciones del modelo con 360 ppm y 460 ppm son las más consistentes con datos de “proxies”. El modelo, por tanto, apoya una concentración “intermedia” de dióxido de carbono en el Mioceno Superior, que es más alta que la actual pero más baja de 500 ppm.

Palabras Clave: Mioceno Superior, modelos climáticos, experimentos de sensibilidad, CO2, comparación de “proxies”.

Translator: J.C. Braga

Résumé en Français

Modele expérimental d’impact climatique au Miocene pour differentes concentrations en CO₂

Durant le Cénozoïque, le climat global se refroidit étape par étape, au moins jusqu’au Pliocène les températures des régions polaires semblent plus élevées que maintenant. Jusqu'à maintenant, la présence ou non d’une banquise couvrant l’océan arctique au Miocène n’est toujours pas élucidée. De plus, les reconstitutions des concentrations de dioxyde de carbone atmosphérique, comme facteur climatique important au Miocène, ne donnent pas une vue cohérente. Dû au fait que des conditions sans banquise dans la régions arctique liées à un CO₂ faible ou un océan couvert de banquise et un CO₂ haut semblent énigmatiques, nous réalisons un modèle expérimental d’impact pour le Miocène supérieur considérant différentes concentrations de CO₂.

Pour obtenir des conditions sans banquise sur l’océan arctique, une concentration de CO₂ de 1500ppm est nécessaire au minimum. Cela parait improbable pour la Miocène et supporte un commencement de la glaciation dans l’hémisphère Nord antérieur au Miocène supérieur.

En comparant à des scénarios de changement climatique pour le futur comprenant un CO₂ accru, la réponse à l’augmentation de CO₂ est légèrement plus faible dans notre expérimentation d’impact au Miocène. Cela est dû à la diminution du volume de glace marine au Miocène et à la réduction de l’albédo glacière en retour. Nous comparons notre expérimentation d’impact avec des proxys terrestres pour donner une estimation du pCO₂ dans le Miocène supérieur. Le Miocène supérieur correspond à 360, et 460 ppm est le plus cohérent avec les données des proxys. La validation du modèle, donc, soutient une concentration de dioxyde de carbone ‘intermédiaire’ au Miocène supérieur, étant plus élevé qu’aujourd’hui mais plus bas que 500 ppm.  

MOTS CLES: Miocène, supérieur; modélisation du climat; expérimentation d’impact; CO₂; comparaison avec des données de proxy

Translator: Olivier Maridet

Deutsche Zusammenfassung

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Translator: Eva Gebauer

Translator: Ashraf M.T. Elewa

Polski Abstrakt

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Translators: Dawid Mazurek and Robert Bronowicz