A permafrost glacial hypothesis – Permafrost carbon might help explaining the Pleistocene ice ages

Abstract

Während der letzten ~100 ka Glazial-Interglazial-Zyklen war die Konzentration des Treibhausgases CO2 in der Atmosphäre eng mit der globalen Temperatur gekoppelt. Die Gründe fuür die CO2 Konzentrationsschwankungen wurden bislang vor allem im Ozean vermutet, bleiben aber rätselhaft. Darüberhinaus gibt es nur spekulative Erklärungsansätze für den mittelpleistozänen Übergang von den 41 ka Eiszeitzyklen im Frühpleistozän vor ~0.7 Ma zu den ~100 ka Eiszeitzyklen danach. Die klassische Milankovitch Theorie der Sommerinsolation in hohen nördlichen Breiten kann die Abfolge der pleistozänen Eiszeiten nicht vollständig erklären. Basierend auf jüngsten Erkenntnissen, dass die Menge des organischen Bodenkohlenstoffs in Permafrostgebieten massiv unterschätzt wurde, und der simplen Logik, dass Permafrostgebiete und die entsprechende Kohlenstoffspeicherung in den Eiszeiten vermutlich wesentlich größer waren als in den Warmzeiten, soll hier eine „Permafrost Hypothese“ vorgestellt werden: (i) Langsame Anreicherung von Kohlenstoff in Permafrostböden während Abkühlungsphasen, sowie rasche Freisetzung von CO2 und Methan während Erwärmungsphasen, sind entscheidende positive Rückkopplungsprozesse für das Klima. (ii) Änderungen der integrierten annuellen Insolation an der südlichen, und damit sensitiven Permafrostgrenze könnten als externe Auslöser für globale Klimaveränderungen fungieren. (iii) Der mittelpleistozäne Wechsel der Eiszeitzyklen könnte implizit damit erklärt werden, dass Permafrostgebiete im Laufe der langfristigen pleistozänen Abkühlung Breiten von ~45°N erreichten. Dort verschwindet das für höhere nördliche Breiten charakteristische aus der Schiefe der Ekliptik resultierende ~41 ka Signal der annuellen Insolation, und es dominiert allein das ~100 ka Signal der orbitalen Ekzentrizität.