Project

Back to overview

Climate and Environmental Physics: Pleistocene Earth System Evolution 2 (pleistoCEP2)

English title Climate and Environmental Physics: Pleistocene Earth System Evolution 2 (pleistoCEP2)
Applicant Stocker Thomas
Number 200492
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Klima und Umweltphysik Physikalisches Institut Universität Bern
Institution of higher education University of Berne - BE
Main discipline Other disciplines of Physics
Start/End 01.04.2021 - 31.07.2024
Approved amount 1'315'536.00
Show all

All Disciplines (4)

Discipline
Other disciplines of Physics
Other disciplines of Environmental Sciences
Oceanography
Climatology. Atmospherical Chemistry, Aeronomy

Keywords (8)

polar drilling technology; paleoceanographic tracer modeling; greenhouse gases; climate change projections; ice core analysis; climate dynamics; climate modelling; paleoclimate modelling

Lay Summary (German)

Lead
Mit der Kombination von Klima- und Eisschildmodellen, der hochauflösenden Messung von CO2 an einem antarktischen Eisbohrkern, und dem Vergleich mit paläozeanographischen Messungen soll die Dynamik des Klimas der letzten 3 Millionen Jahre besser verstanden werden. Dies bildet die Basis für robustere Klimaprojektionen im Anthropozän.
Lay summary

Das Pleistozän ist eine Epoche, die vor 2.5 Millionen Jahren begann und mit dem Ende der letzten Eiszeit vor ca. 10'000 Jahren ins Holozän überging. In diesem Projekt untersuchen wir die physikalischen Mechanismen verschiedener klimatischer Prozesse, wie Eiszeitzyklen, die Verlangsamung von Eiszeiten am Mitt-Pleistozän-Übergang, sowie schnelle Klimaschwankungen. Zusätzlich sind zwei technische Innovationen für die Polarforschung weiterentwickelt. Die vier Arbeitspakete A1 bis A4 gliedern sich wie folgt: In A1 werden hochauflösende Messungen der CO2 Konzentration am antarktischen Eisbohrkern durchgeführt, um grössere Lücken in den letzten 800'000 Jahren schliessen. Damit kann die Frage nach schnellen CO2 Sprüngen zu früheren Eiszeiten geklärt werden. In A2 wird ein vereinfachtes Klimamodell zur Simulation von Eiszeitzyklen verwendet. Wir konzentrieren uns besonders auf Eiszeit-Warmzeit Übergänge sowie abrupte Klimaschwankungen. Das Modell enthält eine Palette von paläozeanographischen Spurenstoffen (Pa, Th, Nd, und Cr), deren Simulation die direkte Interpretation von Messungen an Meeressedimenten erlauben. In A3 verwenden wir ein hochauflösendes dynamisches Modell des Antarktischen Eisschildes, um seine Entwicklung über die letzten 3 Millionen Jahre zu quntifizieren. Dies ermöglicht die Untersuchung von Kipppunkten und die Identifizierung von kritischen Schwellen in den kommenden Jahrhunderten des Anthropozäns. In A4 soll in enger Zusammenarbeit mit unserer mechanischen Werkstatt eine neue Zentrifugalextraktion für Treibhausgase in Eisproben entwickelt werden. Anlässlich eines Feldeinsatzes wird unser Miniaturbohrer RADIX nochmals in der Antarktis eingesetzt, um das Felsbett in 2.5 km Tiefe zu erreichen und Profile der Temperatur und des Staubgehalts im Bohrloch zu messen.

Direct link to Lay Summary Last update: 29.03.2021

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
189533 Beyond EPICA: Oldest Ice Core - The Swiss Contribution (BE-OIC) 01.07.2019 Research Infrastructure
172745 Climate and Environmental Physics: Pleistocene Earth System Evolution (pleistoCEP) 01.04.2017 Project funding (Div. I-III)

Abstract

This project investigates Pleistocene climate processes by combining paleodata generation from polar ice cores, model development and simulations and technological innovation. In this unique combination we contribute new knowledge on mechanisms responsible for major climate transitions, such as the Mid-Pleistocene Transition, glacial-interglacial cycles, and abrupt climate change. The combination between the experimental and modelling approach in a single project has been our strategy for many years. It has generated a stream of unique results and scientific insights that otherwise would have been difficult to produce. This strategy is reaffirmed in this project. The work is organized in four interconnected workpackages (WP). WP1 focuses on the important greenhouse gas CO2 and seeks to close large open gaps in the record of the last 800,000 years New high-resolution CO2 data will be measured enabling the detection of possible centennial-scale jumps in CO2. This will represent a new benchmark for climate models and provide unique insight in the global carbon cycle. WP2 uses the Bern3D model to simulate glacial and interglacial climate states, episodes of abrupt climate change and glacial-interglacial transitions. In sensitivity studies the solution characteristics of the model under more realistic ice age configurations will be explored. The palette of paleoceano-graphic tracers (Pa, Th, Nd, and newly Cr), as well as a comprehensive carbon cycle in the Bern3D model, enables direct simulations of paleoclimate archives. WP3 focuses on the dynamics of the Antarctic ice mass as a source of climate tipping points over the past 3 million years. We employ a high-resolution ice sheet model and investigate the potential of instabilities across the Mid-Pleistocene Transition for a suite of different formulations of boundary processes. Information from Antarctic ice cores and other paleoclimate archives will benchmark this model and motivate a continuation of the simulations into the future. Finally, WP4 is dedicated to two technological innovations in ice core analysis and polar research. First, we plan to build a second system for dry extraction of gases from larger ice core samples. This will open the possibility to measure simultaneously the three major greenhouse gases CO2, CH4 and N2O, as well the isotopic composition of CO2, d13C. Second, we will finalize our development of the miniature rapid access drill for ice extraction RADIX. The field deployment in Antarctica in 2020/2021 has indicated several improvements to the drilling system that will be implemented through this project. RADIX will be deployed in the Antarctic field season 2021/22, and we hope that the ambitious goal of drilling close to bedrock at about 2.5 km depth will be achieved.
-