We present measurements of the stable carbon isotope ratio in air extracted from Antarctic ice core and firn samples. The same samples were previously used by Etheridge and co-workers to construct a high precision 1000-year record of atmospheric CO₂ concentration, featuring a close link between the ice and modern records and high-time resolution. Here, we start by confirming the trend in the Cape Grim in situ δ¹³C record from 1982 to 1996, and extend it back to 1978 using the Cape Grim Air Archive. The firn air δ¹³C agrees with the Cape Grim record, but only after correction for gravitational separation at depth, for diffusion effects associated with disequilibrium between the atmosphere and firm, and allowance for a latidudinal gradient in δ¹³C between Cape Grim and the Antarctic coast. Complex calibration strategies are required to cope with several additional systematic influences on the ice core δ¹³C record. Errors are assigned to each ice core value to reflect statistical and systematic biases (between ± 0.025‰ and ± 0.07‰); uncertainties (of up to ± 0.05‰) between core-versus-core, ice-versus-firn and firn-versus-troposphere are described separately. An almost continuous atmospheric history of δ¹³C over 1000 years results, exhibiting significant decadal-to-century scale variability unlike that from earlier proxy records. The decrease in δ¹³C from 1860 to 1960 involves a series of steps confirming enhanced sensitivity of δ¹³C to decadal timescale-forcing, compared to the CO₂ record. Synchronous with a ‘Little Ice Age’’ CO₂ decrease, an enhancement of δ¹³C implies a terrestrial response to cooler temperatures. Between 1200 AD and 1600 AD, the atmospheric δ¹³C appear stable.

Atmospheric methane mixing ratios from 1000 A.D. to present are measured in three Antarctic ice cores, two Greenland ice cores, the Antarctic firn layer, and archived air from Tasmania, Australia. The record is unified by using the same measurement procedure and calibration scale for all samples and by ensuring high age resolution and accuracy of the ice core and firn air. In this way, methane mixing ratios, growth rates, and interpolar differences are accurately determined. From 1000 to 1800 A.D. the global mean methane mixing ratio averaged 695 ppb and varied about 40 ppb, contemporaneous with climatic variations. Interpolar (N‐S) differences varied between 24 and 58 ppb. The industrial period is marked by high methane growth rates from 1945 to 1990, peaking at about 17 ppb yr −1 in 1981 and decreasing significantly since. We calculate an average total methane source of 250 Tg yr −1 for 1000–1800 A.D., reaching near stabilization at about 560 Tg yr −1 in the 1980s and 1990s. The isotopic ratio, δ 13 CH 4 , measured in the archived air and firn air, increased since 1978 but the rate of increase slowed in the mid‐1980s. The combined CH 4 and δ 13 CH 4 trends support the stabilization of the total CH 4 source.

AbstractThis paper presents an attempt to recover the space'time structure of fluxes of CO2 to the atmosphere over the period 1980–1995 from atmospheric concentration and isotopic composition measurements. The technique used is Bayesian synthesis inversion in which sources are aggregated into large regions and their strengths adjusted to match observed concentrations. The sources are constrained by prior estimates based on a priori knowledge. The input data are atmospheric CO2 concentration measurements from the NOAA/CMDL network, 13CO2 composition and O2/N2 ratios measured at Cape Grim, Tasmania by CSIRO Atmospheric Research. The primary findings are a relatively large long-term mean ocean uptake of CO2, and seasonal fluxes over land with similar integrated magnitude, but smaller peak amplitude, compared with those derived by Fung and co-workers. Predicted interannual variability is smaller than reported in previous studies. The largest contributor is the oceanic tropics where fluxes vary on the time scale of the southern oscillation. There is evidence of longer time-scale variation in land uptake. Increases in ocean uptake and northern land uptake in the early 1990s are consistent with a response to the Mt. Pinatubo eruption.