Databases for sea surface paleotemperature based on geochemical proxies from marine sediments: implications for model-data comparisons

Résumé En Fr

The Paleoclimate Model Intercomparison Project (PMIP) aims to simulate the response of Earth’s climate system to changes in different climate forcing factors, focusing on six key intervals of the geological past (the mid-Piacenzian Warm Period at ~3.3-3.0 Ma, the last interglacial period at ~127 ka, the last glacial maximum at ~21 ka, the mid-Holocene at ~6 ka, the last millennium i.e. the 850-1850 Common Era (CE) time window, as well as the last glacial termination, i.e. the ~21-9 ka time window). Model evaluation is ultimately achieved via model-data comparison exercises, and such diagnoses rely on databases of proxy-based paleoclimate reconstructions available in the literature. In this context, we provide a review of the main geochemical sea surface temperature (SST) proxies (namely foraminiferal Mg/Ca ratio, the UK’37, and the TEX86) that are routinely used to aliment databases used in model-data comparisons, focusing on proxy systematics and specificities that may affect or bias SSTs reconstructed with each of these proxies. We then go on to discuss notorious mismatches between SST estimates derived from different proxies for all periods studied in PMIP, and aim to provide guidance for a better interpretation of these model-data mismatches. This review is deliberately aimed at helping the paleoclimate modeling community to better appraise how information on past SST variability is transferred to the marine geological record. In particular, when SST estimates based on different proxies provide contrasting SST signals, we stress the importance of looking at those contrasting signals through the prism of the ecology of the organisms at the origin of the SST proxies.

Le Projet d’intercomparaison des modèles des paléoclimats (PMIP) vise à simuler la réponse du système climatique terrestre aux changements des différents facteurs de forçage du climat, en se concentrant sur six intervalles clés du passé géologique : la période chaude du Plaisancien moyen il y a environ 3,3-3,0 Ma, la dernière période interglaciaire à ~127 ka, le dernier maximum glaciaire à ~21 ka, l’Holocène moyen à ~6 ka, le dernier millénaire, c’est-à-dire la fenêtre de temps 850-1850 Common Era (CE), ainsi que la dernière terminaison glaciaire, c’est-à-dire la fenêtre de temps entre 21 et 9 ka. L’évaluation des modèles est réalisée par des comparaisons modèles-données, et de tels diagnostics reposent sur des bases de données de reconstructions paléoclimatiques basées sur les traceurs disponibles dans la littérature. Dans ce contexte, nous passons en revue les principaux traceurs géochimiques pour l’estimation des températures de surface de la mer (SST), à savoir le rapport Mg/Ca des foraminifères, l’UK’37 et le TEX86 qui sont couramment utilisés pour alimenter les bases de données utilisées dans les comparaisons modèles-données. En se concentrant sur les spécificités des traceurs qui peuvent affecter ou biaiser les reconstructions de SST, nous discuterons ensuite des principales disparités entre les estimations de SST dérivées de différents traceurs et des modélisations des SST pour toutes les périodes étudiées dans le programme PMIP, et tenterons de fournir des indications pour mieux interpréter ces différences. Cette revue de l’état de l’art a pour objectif d’aider la communauté des modélisateurs à mieux comprendre les principales sources d’incertitudes des estimations de paléotempératures dérivées des archives sédimentaires océaniques. En particulier, lorsque les estimations de SST basées sur des traceurs différents fournissent des signaux SST divergents, nous soulignons l’importance de regarder ces signaux contrastés au travers du prisme de l’écologie des organismes à l’origine des traceurs de SST.