Лёд и Снег • 2014 • № 2 (126)
Палеогляциология
УДК 551.583.7+551.89
Гренландский ледниковый щит на пике потепления предыдущего межледниковья
© 2014 г. О.О. Рыбак1-3, Ф. Хёбрехтс1
1Earth System Sciences and Departement Geografie, Vrije Universiteit Brussel; 2Сочинский научно-исследовательский центр
РАН; 3Институт природно-технических систем РАН, Сочи orybak@vub.ac.be
The Greenland Ice Sheet at the peak of warming during the previous Interglacial
O.O. Rybak1-3, F. Hoebrects1
1Earth System Sciences and Departement Geografie, Vrije Universiteit Brussel; 2Sochi Scientific Center, Russian Academy of Sciences; 3Institute of Nature-Technical Systems, Russian Academy of Sciences, Sochi
Статья принята к печати 13 февраля 2014 г. Гренландия, изотопный состав льда, ледниковый щит, ледяной керн, последнее межледниковье, термомеханическая модель, уровень моря. Greenland, ice core, ice sheet, isotopic composition of ice, Last Interglacial, sea level, thermomechanical model.
Последние исследования показали, что уровень Мирового океана в предыдущее межледниковье мог превышать современный на 6-9 м. Однако до настоящего времени вопрос об источниках этого повышения дискуссионен. Исследования вклада Гренландского ледникового щита в повышение уровня Мирового океана, основанные на использовании методов математического моделирования, дают значения от 60 см до 6 м. Подобный разброс объясняется чувствительностью любой модели Гренландского ледникового щита как к климатическим условиям, так и к особенностям описания летнего таяния в пограничной области. Климатические условия предыдущего межледниковья в Гренландии изучены недостаточно, особенно мало информации о региональном распределении температуры воздуха и количества осадков. Летнее таяние представляет собой сложный нелинейный процесс с рядом положительных обратных связей, для описания которого применяют различные параметризацион-ные схемы. В настоящей работе вместо исследования климатических условий в течение предыдущего межледниковья генерируется ансамбль различных «климатов» и изучается множество модельных конфигураций Гренландского ледникового щита. Использование информации, полученной по пяти гренландским ледяным кернам, позволяет значительно ограничить число возможных межледниковых конфигураций. Объективные критерии показывают, что максимальный вклад Гренландского ледникового щита в повышение уровня моря составляет 1,8-2,2 м.
To constrain the ensemble of Greenland Ice Sheet geometries, we used data inferred from five Greenland ice cores such as the presence or absence of Last Interglacial ice, borehole temperature and isotopic composition. Lagrangian backtracing of particles was used to calculate non-climatic biases in isotopic records introduced by horizontal advection, systematic latitudinal contrast and local elevation changes. Comparison of model-generated ice-core characteristics with the observed data enabled to narrow down the ensemble to a bound on the Greenland Ice Sheet contribution to the Last Interglacial sea-level rise of between 1.3 and 2.9 m with the best choice of 1.8-2.2 m.
Введение
Проблема повышения уровня Мирового океана в результате потепления климата ставит вполне закономерный вопрос о том, каким может быть вклад в него Гренландского ледникового щита. Современный объём щита составляет 7,2—7,3 м эквивалентного повышения уровня моря [4]. Полное исчезновение щита за счёт таяния — гипотетическая и отдалённая перспектива. Тем не менее, современные темпы потепления и рост расхода льда через выводные ледники [15, 16] актуализируют проблему вклада Гренландского ледникового щита в повышение глобального уровня моря уже в относительно недалёком будущем. Чтобы лучше понять механизмы, определяющие эволюцию ледникового щита Гренландии в относительно тёплых климатических условиях, обратимся ко времени предыдущего (микулинского) межледниковья 130—115 тыс. лет
назад (л.н.), известного в англоязычной литературе как эемское — Беш1ап. Многими исследователями оно рассматривается как приемлемый аналог современного межледниковья [34], поэтому считается, что оценка потенциального вклада Гренландского ледникового щита в повышение глобального уровня моря в течение этого времени позволит оценить масштабы и динамику подобного явления в будущем.
Отметим три аспекта этой проблемы. Во-первых, в последнее десятилетие масштабы этого повышения были пересмотрены. Если авторы работы [7] оценивали его в 4—6 м, то в исследовании [25], где применён статистический подход, величина повышения 6,6 м квалифицируется как нижний возможный предел (95% вероятность), 8 м — как очень возможное значение (67% вероятность), а 9,4 м оценивается как верхний возможный предел повышения. и—ТЪ анализ ископаемых кораллов на различных участках побережья
Мирового океана подтверждает возможность существенного повышения уровня моря (5,5—9 м) [12]. Во-вторых, повышение уровня моря в эемское межледни-ковье было, по-видимому, неоднократным. Так, два отчётливых пика (около 118 и 124 тыс. л.н.) идентифицированы в ряду б180 морских донных осадков [29], который обычно считается пропорциональным аномалиям глобального уровня моря (хотя в этом случае ничего нельзя точно сказать об абсолютной величине повышения). В-третьих, динамика и масштабы изменений уровня ставят вопрос о его источниках. Вклад горных ледников и ледниковых куполов оценивается как 0,6±0,1 м [37]. Термическое расширение добавляет не более 0,4 м [30]. Следовательно, с учётом оценок [30, 37] и беря за основу нижний предел оценки [25] получаем, что 5,5—8,3 м поступило в результате таяния Гренландского и Антарктического ледниковых щитов. Не ясно, правда, каким было соотношение последних двух источников; необязательно и то, что поступление талой воды от них было синхронным [44].
При анализе результатов модельных и других исследований конфигурации Гренландского ледникового щита в эемское межледниковье, выполненных в последние 25 лет, наблюдается интересная тенденция. Более ранние оценки сводятся к тому, что ббльшая часть Гренландского ледникового щита должна была растаять [8, 17, 24], поэтому вклад в повышение глобального уровня моря мог превысить 5 м. Со временем оценки вклада становились более умеренными — в пределах 2,5-4,5 м [13, 22, 28, 34, 38, 44]. В самые последние годы наиболее вероятное, по мнению [9, 14, 36, 42], значение находится в пределах 1-2,2 м.
Проблема модельных исследований состоит в том, что практически все авторы в разной мере или форме стараются воспроизвести климатические условия эемского межледниковья. Они известны, но только в общих чертах - достаточно привести недавно установленную амплитуду повышения приземной температуры воздуха в центральной части Гренландии, равную 8±4 °С [31]. Ещё меньше известно о режиме осадков в эемское межледниковье — здесь нет единства мнений даже о знаке аномалии. Чтобы обойти эти неопределённости, в некоторых работах [28, 38, 42] применён ансамблевый подход, когда моделируется некий спектр наиболее вероятных, с точки зрения авторов, климатических условий эем-ского межледниковья, а результаты численных экспериментов фильтруются с использованием данных наблюдений или палеореконструкций. Однако набор модельных параметров, при котором современная модельная топография Гренландского ледникового щита наилучшим образом совпадает с наблюдаемой,
вовсе не гарантирует более или менее реальных результатов для эемского межледниковья [38].
Дело в том, что размеры щита сильно зависят от способа описания баланса массы, особенно на его границе. Реальная область абляции расположена в узкой пограничной полосе, сопоставимой по ширине с пространственным разрешением моделей, и то, какой способ описания выбран для расчётов (энергобалансовый [14, 38] или основанный на подсчёте градусо-дней [17, 28]) и какие конкретные значения параметров использованы, в значительной степени определяют результат. Следует также учитывать, что существует положительная обратная связь между скоростью таяния и абсолютной высотой поверхности (и в реальности, и в моделях независимо от применённого метода расчётов), что ещё больше повышает чувствительность результатов к модельной температуре воздуха. Поэтому говорить приходится, скорее, не о чувствительности конкретной модели к климатическим условиям, а о чувствительности к методу расчётов и выбранным параметрам. Учитывая подобную чувствительность математических моделей Гренландского ледникового щита к климатическим условиям, мы выбрали альтернативный подход к оценке результатов моделирования. В некоторой степени он напоминает ансамблевый, однако наш подход заключается в моделировании максимально широкого спектра возможных конфигураций щита и, главное, в использовании только палеоклиматических данных при фильтрации результатов численных экспериментов.
Математическая модель
Детально стандартная архитектура используемой математической модели Гренландского ледникового щита описывается в ряде опубликованных ранее работ [17, 18]. В основе модели лежат законы сохранения массы, импульса и энергии. Динамика льда описывается в рамках приближения мелкого льда. Реакция подстилающих пород на изменяющуюся нагрузку рассчитывается в рамках модели БЬИА [27], в которой литосфера рассматривается как пластина, прогибающаяся под массой ледникового щита и «плавающая» на поверхности вязкой астеносферы. Поле потока геотермического тепла основано на реконструкции [39], скорректированной в соответствии с измерениями базальной температуры в скважинах. Уравнения модели решаются методом конечных разностей на сетке с пространственным разрешением 20 км в области 2800 х 1640 км (141 х 83 узла) и с вертикальным разрешением 51 слой, толщина которых экспоненциально снижается с глубиной. Модель генерирует изменения толщины льда в ответ на климатический
форсинг (аномалии среднегодовой приземной температуры воздуха, годовая сумма атмосферных осадков, аномалии уровня моря). Приземная температура воздуха и количество осадков представляют собой функции изотопного состава льда (ô18O).
Ряд аномалий ô18O (отклонений от современног
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.