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Abstract: The opening of the Drake Passage (DP) during the Cenozoic is a tectonic event of paramount importance for the development of modern ocean characteristics. Notably, it has been suggested that it exerts a primary role in the onset of the Antarctic Circumpolar Current formation (ACC), in the cooling of high‐latitude South Atlantic waters and in the initiation of North Atlantic Deep Water (NADW) formation. Several model studies have aimed to assess the impacts of DP opening on climate, but most of them focused on surface climate and only few used realistic Eocene boundary conditions. Here, we revisit the impact of the DP opening on ocean circulation with the IPSL‐CM5A2 Earth System Model. Using appropriate middle Eocene (40 Ma) boundary conditions, we perform and analyze simulations with different depths of the DP (0 m, 100 m, 1000 m and 2500 m) and compare results to existing geochemical data.
Our experiments show that DP opening has a strong effect on Eocene ocean structure and dynamics even for shallow depths. The DP opening notably allows the formation of a proto‐ACC and induces deep ocean cooling of 1.5°C to 2.5°C in most of the Southern Hemisphere. There is no NADW formation in our simulations regardless of the depth of the DP, suggesting that the DP on its own is not a primary control of deep‐water formation in the North Atlantic. This study elucidates how and to what extent the opening of the Drake Passage contributed to the establishment of the modern global thermohaline circulation.
Résumé : L'ouverture du passage de Drake (DP) au cours Cénozoïque est un événement tectonique d'une importance capitale pour le développement des caractéristiques de l'océan moderne. Il a notamment été suggéré qu'il exerce un rôle primordial dans la mise en place du Courant Circumpolaire Antarctique (ACC), dans le refroidissement des eaux des hautes latitudes de l'Atlantique Sud et dans l'initiation de la formation d’eaux profondes dans l'Atlantique Nord (NADW). Plusieurs études de modélisation ont visé à évaluer les impacts de l'ouverture du DP sur le climat, mais la plupart d'entre elles se sont concentrées sur le climat de surface et seules quelques-unes ont utilisé des conditions limites réalistes pour l'Éocène. Dans cette étude, nous réexaminons l'impact de l'ouverture du DP sur la circulation océanique avec le modèle de système Terre IPSL-CM5A2. En utilisant des conditions aux limites appropriées pour l'Éocène moyen (40 Ma), nous réalisons et analysons des simulations avec différentes profondeurs du DP (0 m, 100 m, 1000 m et 2500 m) et comparons les résultats aux données géochimiques existantes. Nos expériences montrent que l'ouverture du DP a un effet important sur la structure et la dynamique de l'océan à l'Éocène, même à partir de faibles profondeurs. L'ouverture du DP permet notamment la formation d'une proto-ACC et induit un refroidissement des océans profonds de 1,5°C à 2,5°C dans la majeure partie de l'hémisphère Sud. Il n'y a pas de formation de NADW dans nos simulations, quelle que soit la profondeur du DP, ce qui suggère que le DP en lui-même n'est pas un contrôle primaire de la formation des eaux profondes dans l'Atlantique Nord. Cette étude élucide comment et dans quelle mesure l'ouverture du passage de Drake a contribué à l'établissement de la circulation thermohaline globale actuelle.
Figure 3 - Ocean circulation accross the Southern Ocean (0 - 300 m depth average).