A reconstruction of Holocene rainfall is presented for southwest China — an area prone to drought and flooding due to variability in the East Asian monsoon. The reconstruction is derived by comparing a new high-resolution stalagmite δ18O record with an existing record from the same moisture transport pathway. The new record is from Heshang Cave (30°27′N, 110°25′E; 294 m) and shows no sign of kinetic or evaporative effects so can be reliably interpreted as a record of local rainfall composition and temperature. Heshang lies 600 km downwind from Dongge Cave which has a published high-resolution δ18O record (Wang, Y.J., Cheng, H., Edwards, R.L., He, Y.Q., Kong, X.G., An, Z.S., Wu, J.Y., Kelly, M.J., Dykoski, C.A., Li, X.D., 2005. The Holocene Asian monsoon: links to solar changes and North Atlantic climate. Science 308, 854–857). By differencing co-eval δ18O values for the two caves, secondary controls on δ18O (e.g. moisture source, moisture transport, non-local rainfall, temperature) are circumvented and the resulting Δδ18O signal is controlled directly by the amount of rain falling between the two sites. This is confirmed by comparison with rainfall data from the instrumental record, which also allows a calibration of the Δδ18O proxy. The calibrated Δδ18O record provides a quantitative history of rainfall in southwest China which demonstrates that rainfall was 8% higher than today during the Holocene climatic optimum (≈ 6 ka), but only 3% higher during the early Holocene. Significant multi-centennial variability also occurred, with notable dry periods at 8.2 ka, 4.8–4.1 ka, 3.7–3.1 ka, 1.4–1.0 ka and during the Little Ice Age. This Holocene rainfall record provides a good target with which to test climate models. The approach used here, of combining stalagmite records from more than one location, will also allow quantification of rainfall patterns for past times in other regions.

Past sea-level records provide invaluable information about the response of ice sheets to climate forcing. Some such records suggest that the last deglaciation was punctuated by a dramatic period of sea-level rise, of about 20 metres, in less than 500 years. Controversy about the amplitude and timing of this meltwater pulse (MWP-1A) has, however, led to uncertainty about the source of the melt water and its temporal and causal relationships with the abrupt climate changes of the deglaciation. Here we show that MWP-1A started no earlier than 14,650 years ago and ended before 14,310 years ago, making it coeval with the Bølling warming. Our results, based on corals drilled offshore from Tahiti during Integrated Ocean Drilling Project Expedition 310, reveal that the increase in sea level at Tahiti was between 12 and 22 metres, with a most probable value between 14 and 18 metres, establishing a significant meltwater contribution from the Southern Hemisphere. This implies that the rate of eustatic sea-level rise exceeded 40 millimetres per year during MWP-1A. An international drilling programme that explored offshore from the Tahiti reef establishes that an episode of rapid sea-level rise, meltwater pulse 1A, occurred between 14,650 and 14,310 years ago, and that the rise in sea level was probably between 14 and 18 metres. A rapid sea-level rise occurred towards the end of the last ice age, during an event known as meltwater pulse 1A. The precise magnitude and timing of the event have remained obscure, rendering the climate forcings and consequent ice-sheet responses unclear. Pierre Deschamps and colleagues now report the results of a major coral-drilling programme in Tahiti, and establish that meltwater pulse 1A took place between 14,650 and 14,310 years ago, coincident with a warming spike. Sea levels rose by between 14 and 18 metres. Such a large rise suggests that ice-sheet collapse in Antarctica may have contributed to these changes, previously a point of much contention.

Events surrounding Termination II, as preserved in the Vostok ice core, provide a number of clues about the mechanisms controlling glacial to interglacial climate change. Antarctic temperature and the atmosphere's CO 2 content increased together over a period of ∼8000 years. This increase is bounded by a drop in dust flux at its onset and by a drop in the δ 18 O of trapped air at its finish. A similar lag between dust flux and foraminiferal δ 18 O is seen in a Southern Ocean marine record, suggesting that the δ 18 O in air trapped in Vostok ice is a valid proxy for ice volume. The synchronous change of atmospheric CO 2 and southern hemisphere temperature thus preceded the melting of the northern hemisphere ice sheets. This observation, coupled with the fact that nutrient reorganization in the North Atlantic occurs with or after the sea level rise, eliminates many scenarios proposed to explain the CO 2 rise, including those which rely on sea level change, conveyor‐related nutrient redistribution, or North Atlantic cooling. Southern Ocean scenarios become the front runners, but the most popular mechanism, iron fertilization, has two problems in explaining the CO 2 rise before Termination II. First, much of the dust demise occurs prior to the change in CO 2 , so if iron is the villain, a threshold value of its supply must be called upon above which productivity does not continue to increase. Second, the CO 2 rise continues for some 4–5 kyr after the dust flux has fallen to close to zero. These problems may be solved if the increased iron supply in dust caused higher rates of nitrogen fixation during the glacial periods. In this case the residence time of oceanic nitrate of a few thousand years would enable decreasing productivity to be a global rather than a local phenomenon and would explain the slow rampup of atmospheric CO 2 .

A comprehensive understanding of lithium-isotope fractionation during terrestrial weathering is necessary in order to use lithium isotopes to trace chemical cycles, climatic changes and igneous processes. This study investigates lithium-isotope fractionation in two laboratory experiments and by analyses of natural basalt weathering products. Partial dissolution of basalts in the laboratory does not result in fractionation of lithium isotopes but similar dissolution of a granite sample causes significant fractionation. This may reflect dissolution of secondary minerals from the granite, or differences in the Li-isotope composition of primary minerals in this more evolved igneous rock. Significant Li-isotope fractionation was also observed during sorption onto mineral surfaces in the laboratory, although this was highly dependent on sample mineralogy. No fractionation accompanies the outer-sphere physisorption of Li to smectite surfaces. Some fractionation accompanies sorption onto ferrihydrite and significant fractionation with α=0.986 is seen during inner-sphere chemisorption to gibbsite surfaces. Repeat experiments with varying amounts of sorption demonstrate that Li remains in an exchangeable site on the gibbsite surface. The extent of fractionation onto gibbsite observed in this study (∼13‰) is about half that required in order for clay-surface removal to balance the ocean Li-isotope budget. Isotopic fractionation of Li was found to occur on a <300-yr timescale in both cold and warm natural environments. A minimally altered rock surface from Iceland was found to be two lighter in δ7Li than the sample interior, probably due to the preferential incorporation of 6Li in clay or oxide-rich alteration products on the sample surface. Soil samples from Hawaii also demonstrate Li fractionation during weathering. In this environment, rainwater (δ7Li=10) contributes a significant flux of isotopically heavy Li to the developing soil. Despite this, soils have similar Li-isotope compositions to the primary basalt (δ7Li=4), indicating that 6Li is preferentially retained during weathering. This conclusion is supported by isotopically heavy river water on Hawaii (δ7Li=22) and by the correlation between Li concentration and δ7Li in the soil. The lab- and field-based measurements of this study clearly demonstrate that lithium fractionates during weathering, potentially providing information about the weathering environment now and in the past.

Abstract Over the coming century humanity may need to find reservoirs to store several trillions of tons of carbon dioxide (CO 2 ) emitted from fossil fuel combustion, which would otherwise cause dangerous climate change if it were left in the atmosphere. Carbon storage in the ocean as bicarbonate ions (by increasing ocean alkalinity) has received very little attention. Yet recent work suggests sufficient capacity to sequester copious quantities of CO 2 . It may be possible to sequester hundreds of billions to trillions of tons of C without surpassing postindustrial average carbonate saturation states in the surface ocean. When globally distributed, the impact of elevated alkalinity is potentially small and may help ameliorate the effects of ocean acidification. However, the local impact around addition sites may be more acute but is specific to the mineral and technology. The alkalinity of the ocean increases naturally because of rock weathering in which >1.5 mol of carbon are removed from the atmosphere for every mole of magnesium or calcium dissolved from silicate minerals (e.g., wollastonite, olivine, and anorthite) and 0.5 mol for carbonate minerals (e.g., calcite and dolomite). These processes are responsible for naturally sequestering 0.5 billion tons of CO 2 per year. Alkalinity is reduced in the ocean through carbonate mineral precipitation, which is almost exclusively formed from biological activity. Most of the previous work on the biological response to changes in carbonate chemistry have focused on acidifying conditions. More research is required to understand carbonate precipitation at elevated alkalinity to constrain the longevity of carbon storage. A range of technologies have been proposed to increase ocean alkalinity (accelerated weathering of limestone, enhanced weathering, electrochemical promoted weathering, and ocean liming), the cost of which may be comparable to alternative carbon sequestration proposals (e.g., $20–100 tCO 2 −1 ). There are still many unanswered technical, environmental, social, and ethical questions, but the scale of the carbon sequestration challenge warrants research to address these.

We report the presence of clear annual cycles in trace-element (Mg/Ca, Sr/Ca, Ba/Ca, and U/Ca) and stable-isotope (δ18O and δ13C) composition in an annually banded stalagmite from Heshang Cave, Hubei Province, China (30.44°N, 110.42°E). Through a combination of micromilling and in situ analysis (LA–MC–ICPMS), we measured geochemical variations across 16 annual growth bands, to assess their potential as seasonal resolution paleomonsoon proxies. To facilitate comparison with modern climatic and environmental data we created composite annual cycles for each proxy by stacking 6 well-defined years. Speleothem δ18O variations (− 10.8‰ to − 8.5‰) are controlled by seasonal variations in temperature and drip-water δ18O which lead to maximum values during May, around the time of summer monsoon onset. This provides a chronological marker which can be used to constrain the timing of the other geochemical cycles. The composite cycles reveal a strong positive correlation between Mg/Ca, Sr/Ca, Ba/Ca, and δ13C values in the micromilled section (R2 = 0.65–0.98), with minimum values occurring around May. Maximum U/Ca values occur at the same time. We present simple models which show that these correlations, as well as the observed ranges of Mg/Ca (14.1 to 22.4 mmol/mol), Sr/Ca (0.2 to 0.4 mmol/mol), and δ13C (− 12.5‰ to − 10.7‰), may be fully explained by progressive CO2 degassing and calcite precipitation from an initially saturated solution. Using realistic initial conditions for Heshang Cave (T = 18 °C, Mg/Casolution = 0.84 mol/mol, Sr/Casolution = 0.69 mmol/mol, δ13CTDIC = − 16.75‰), we find that the observed relationships can be produced by using DMg = 0.016 and DSr = 0.30, within the range of expected values. The model suggests that the fraction of Ca removed from the solution ranges from 0 to 30% to produce the observed seasonal cycles. This variation may be due to two related processes which occur during drier periods: (1) increased prior precipitation of calcite in the epikarst or on the cave ceiling, and/or (2) a greater degree of CO2 degassing and calcite precipitation on stalagmite surfaces when drip-rates are lower. Both mechanisms would have the effect of enriching speleothem Mg/Ca, Sr/Ca, Ba/Ca, and δ13C values during drier periods. Past variations in Heshang carbonate chemistry may therefore be useful as seasonal resolution proxies for past rainfall.

Chemical weathering of silicate and carbonate rocks via carbonic acid provides a natural sink for carbon dioxide, regulating climate over geological timescales. Although the magnitude of CO

Abstract Radium‐226( 226 Ra) and barium (Ba) exhibit similar chemical behaviors and distributions in the marine environment, serving as valuable tracers of water masses, ocean mixing, and productivity. Despite their similar distributions, these elements originate from distinct sources and undergo disparate biogeochemical cycles, which might complicate the use of these tracers. In this study, we investigate these processes by analyzing a full‐depth ocean section of 226 Ra activities ( T 1/2 = 1,600 years) and barium concentrations obtained from samples collected along the US GEOTRACES GP15 Pacific Meridional Transect during September–November 2018, spanning from Alaska to Tahiti. We find that surface waters possess low levels of 226 Ra and Ba due to export of sinking particulates, surpassing inputs from the continental margins. In contrast, deep waters have higher 226 Ra activities and Ba concentrations due to inputs from particle regeneration and sedimentary sources, with 226 Ra inputs primarily resulting from the decay of 230 Th in sediments. Further, dissolved 226 Ra and Ba exhibit a strong correlation along the GP15 section. To elucidate the drivers of the correlation, we used a water mass analysis, enabling us to quantify the influence of water mass mixing relative to non‐conservative processes. While a significant fraction of each element's distribution can be explained by conservative mixing, a considerable fraction cannot. The balance is driven using non‐conservative processes, such as sedimentary, rivers, or hydrothermal inputs, uptake and export by particles, and particle remineralization. Our study demonstrates the utility of 226 Ra and Ba as valuable biogeochemical tracers for understanding ocean processes, while shedding light on conservative and myriad non‐conservative processes that shape their respective distributions.