The maximum limits of the Eurasian ice sheets during four glaciations have been reconstructed: (1) the Late Saalian (>140 ka), (2) the Early Weichselian (100–80 ka), (3) the Middle Weichselian (60–50 ka) and (4) the Late Weichselian (25–15 ka). The reconstructed ice limits are based on satellite data and aerial photographs combined with geological field investigations in Russia and Siberia, and with marine seismic- and sediment core data. The Barents-Kara Ice Sheet got progressively smaller during each glaciation, whereas the dimensions of the Scandinavian Ice Sheet increased. During the last Ice Age the Barents-Kara Ice Sheet attained its maximum size as early as 90–80,000 years ago when the ice front reached far onto the continent. A regrowth of the ice sheets occurred during the early Middle Weichselian, culminating about 60–50,000 years ago. During the Late Weichselian the Barents-Kara Ice Sheet did not reach the mainland east of the Kanin Peninsula, with the exception of the NW fringe of Taimyr. A numerical ice-sheet model, forced by global sea level and solar changes, was run through the full Weichselian glacial cycle. The modeling results are roughly compatible with the geological record of ice growth, but the model underpredicts the glaciations in the Eurasian Arctic during the Early and Middle Weichselian. One reason for this is that the climate in the Eurasian Arctic was not as dry then as during the Late Weichselian glacial maximum.

Little was known about the environmental history of the Arctic Ocean before the 2004 ACEX ocean drilling expedition. Now a 430-metre sea floor sediment core has been recovered and its analysis, reported this week, provides a 56-million-year climate record spanning the transition from a warm ‘greenhouse’ to a colder ‘icehouse’ world. Several key events are identified during the Cenozoic: surface waters during the Palaeocene/Eocene thermal maximum (55 million years ago) were much warmer than previous estimates; surface-water freshening confirms an intensified hydrological cycle about 49 million years ago; and the first ice-rafted debris occurred 45 million years ago, 35 million years earlier than was thought. The revised timings for the earliest Arctic cooling events coincide with those for Antarctica, supporting suggestions that global climate changed symmetrically about the poles. Identification of the Palaeocene/Eocene thermal maximum in a marine sedimentary sequence shows that sea surface temperatures near the North Pole increased from roughly 18 degrees Celsius to over 23 degrees Celsius — such warm values imply the absence of ice and thus exclude the influence of ice-albedo feedbacks on this Arctic warming. The Palaeocene/Eocene thermal maximum, ∼55 million years ago, was a brief period of widespread, extreme climatic warming1,2,3, that was associated with massive atmospheric greenhouse gas input4. Although aspects of the resulting environmental changes are well documented at low latitudes, no data were available to quantify simultaneous changes in the Arctic region. Here we identify the Palaeocene/Eocene thermal maximum in a marine sedimentary sequence obtained during the Arctic Coring Expedition5. We show that sea surface temperatures near the North Pole increased from ∼18 °C to over 23 °C during this event. Such warm values imply the absence of ice and thus exclude the influence of ice-albedo feedbacks on this Arctic warming. At the same time, sea level rose while anoxic and euxinic conditions developed in the ocean's bottom waters and photic zone, respectively. Increasing temperature and sea level match expectations based on palaeoclimate model simulations6, but the absolute polar temperatures that we derive before, during and after the event are more than 10 °C warmer than those model-predicted. This suggests that higher-than-modern greenhouse gas concentrations must have operated in conjunction with other feedback mechanisms—perhaps polar stratospheric clouds7 or hurricane-induced ocean mixing8—to amplify early Palaeogene polar temperatures.

The history of the Arctic Ocean during the Cenozoic era (0–65 million years ago) is largely unknown from direct evidence. Here we present a Cenozoic palaeoceanographic record constructed from >400 m of sediment core from a recent drilling expedition to the Lomonosov ridge in the Arctic Ocean. Our record shows a palaeoenvironmental transition from a warm 'greenhouse' world, during the late Palaeocene and early Eocene epochs, to a colder 'icehouse' world influenced by sea ice and icebergs from the middle Eocene epoch to the present. For the most recent ∼14 Myr, we find sedimentation rates of 1–2 cm per thousand years, in stark contrast to the substantially lower rates proposed in earlier studies; this record of the Neogene reveals cooling of the Arctic that was synchronous with the expansion of Greenland ice (∼3.2 Myr ago) and East Antarctic ice (∼14 Myr ago). We find evidence for the first occurrence of ice-rafted debris in the middle Eocene epoch (∼45 Myr ago), some 35 Myr earlier than previously thought; fresh surface waters were present at ∼49 Myr ago, before the onset of ice-rafted debris. Also, the temperatures of surface waters during the Palaeocene/Eocene thermal maximum (∼55 Myr ago) appear to have been substantially warmer than previously estimated. The revised timing of the earliest Arctic cooling events coincides with those from Antarctica, supporting arguments for bipolar symmetry in climate change. Little was known about the environmental history of the Arctic Ocean before the 2004 ACEX ocean drilling expedition. Now a 430-metre sea floor sediment core has been recovered and its analysis, reported this week, provides a 56-million-year climate record spanning the transition from a warm 'greenhouse' to a colder 'icehouse' world. Several key events are identified during the Cenozoic: surface waters during the Palaeocene/Eocene thermal maximum (55 million years ago) were much warmer than previous estimates; surface-water freshening confirms an intensified hydrological cycle about 49 million years ago; and the first ice-rafted debris occurred 45 million years ago, 35 million years earlier than was thought. The revised timings for the earliest Arctic cooling events coincide with those for Antarctica, supporting suggestions that global climate changed symmetrically about the poles. Analysis of Arctic Ocean sediment core spanning more than 50 million years identifies several key features of Arctic climate history — the revised timing of the earliest Arctic cooling events implied by this record coincides with those from Antarctica, supporting arguments that climate change is symmetric about the Earth's polar regions.

Little was known about the environmental history of the Arctic Ocean before the 2004 ACEX ocean drilling expedition. Now a 430-metre sea floor sediment core has been recovered and its analysis, reported this week, provides a 56-million-year climate record spanning the transition from a warm 'greenhouse' to a colder 'icehouse' world. Several key events are identified during the Cenozoic: surface waters during the Palaeocene/Eocene thermal maximum (55 million years ago) were much warmer than previous estimates; surface-water freshening confirms an intensified hydrological cycle about 49 million years ago; and the first ice-rafted debris occurred 45 million years ago, 35 million years earlier than was thought. The revised timings for the earliest Arctic cooling events coincide with those for Antarctica, supporting suggestions that global climate changed symmetrically about the poles. A core of sediments taken from underneath the Arctic Ocean provides evidence that ocean conditions could support a free-floating fern, Azolla, during the middle Eocene epoch, roughly 50 million years ago. It has been suggested, on the basis of modern hydrology and fully coupled palaeoclimate simulations, that the warm greenhouse conditions1 that characterized the early Palaeogene period (55–45 Myr ago) probably induced an intensified hydrological cycle2 with precipitation exceeding evaporation at high latitudes3. Little field evidence, however, has been available to constrain oceanic conditions in the Arctic during this period. Here we analyse Palaeogene sediments obtained during the Arctic Coring Expedition, showing that large quantities of the free-floating fern Azolla grew and reproduced in the Arctic Ocean by the onset of the middle Eocene epoch (∼50 Myr ago). The Azolla and accompanying abundant freshwater organic and siliceous microfossils indicate an episodic freshening of Arctic surface waters during an ∼800,000-year interval. The abundant remains of Azolla that characterize basal middle Eocene marine deposits of all Nordic seas4,5,6,7 probably represent transported assemblages resulting from freshwater spills from the Arctic Ocean that reached as far south as the North Sea8. The termination of the Azolla phase in the Arctic coincides with a local sea surface temperature rise from ∼10 °C to 13 °C, pointing to simultaneous increases in salt and heat supply owing to the influx of waters from adjacent oceans. We suggest that onset and termination of the Azolla phase depended on the degree of oceanic exchange between Arctic Ocean and adjacent seas.

While there are numerous hypotheses concerning glacial–interglacial environmental and climatic regime shifts in the Arctic Ocean, a holistic view on the Northern Hemisphere's late Quaternary ice-sheet extent and their impact on ocean and sea-ice dynamics remains to be established. Here we aim to provide a step in this direction by presenting an overview of Arctic Ocean glacial history, based on the present state-of-the-art knowledge gained from field work and chronological studies, and with a specific focus on ice-sheet extent and environmental conditions during the Last Glacial Maximum (LGM). The maximum Quaternary extension of ice sheets is discussed and compared to LGM. We bring together recent results from the circum-Arctic continental margins and the deep central basin; extent of ice sheets and ice streams bordering the Arctic Ocean as well as evidence for ice shelves extending into the central deep basin. Discrepancies between new results and published LGM ice-sheet reconstructions in the high Arctic are highlighted and outstanding questions are identified. Finally, we address the ability to simulate the Arctic Ocean ice sheet complexes and their dynamics, including ice streams and ice shelves, using presently available ice-sheet models. Our review shows that while we are able to firmly reject some of the earlier hypotheses formulated to describe Arctic Ocean glacial conditions, we still lack information from key areas to compile the holistic Arctic Ocean glacial history.