ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2013, том 449, № 3, с. 338-341
= ГЕОФИЗИКА
УДК 551.583:521.31
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК "СРЕДНЕПЛЕЙСТОЦЕНОВОГО ПЕРЕХОДА" С ПОМОЩЬЮ СОПОСТАВЛЕНИЯ ИЗОТОПНО-КИСЛОРОДНОЙ ЗАПИСИ ЬЯ04 С ОРБИТАЛЬНО-КЛИМАТИЧЕСКОЙ ДИАГРАММОЙ
© 2013 г. В. А. Большаков
Представлено академиком Ю.А. Израэлем 23.05.2012 г. Поступило 23.05.2012 г.
БО1: 10.7868/8086956521309020Х
"Среднеплейстоценовый переход" (СПП) — одно из наиболее интересных и изучаемых событий эволюции и динамики плейстоценовых оледенений. Оно заключается в происшедшей около миллиона лет назад смене периодичности глобальных ледниковых циклов от доминировавшей до этого времени 41-тысячелетней к преобладающей после него примерно 100-тысячелетней периодичности, что наиболее четко зафиксировано в изотопно-кислородных (ИК) данных по глубоководным осадкам [1—3]. Это явление сопровождалось увеличением среднего объема льда на планете, большим размахом колебаний уровня Мирового океана в циклах оледенение—межледниковье, что не могло не отразиться на многих геофизических параметрах Земли. В данном сообщении приводятся оригинальные результаты изучения характеристик СПП, в частности, времени перехода, основанные на сравнении ИК-записи ЬЯ04 [4] с предложенной автором [5, 6] орбитально-клима-тической диаграммой (ОКД).
Проблема СПП четко обозначилась еще в самом начале 80-х годов двадцатого столетия [1, 2]. Она заключается в необходимости удовлетворительного (отсутствующего до сих пор) объяснения происшедшей смены ритмики глобальных оледенений, несмотря на то, что орбитально обусловленные вариации инсоляции, с которыми в основном связывают глобальные колебания климата в плейстоцене, не изменяли своего характера в течение всего четвертичного периода. Помимо отсутствия общепризнанного механизма СПП неоднозначны и характеристики самого явления: время начала СПП, его продолжительность, изменения различных параметров, рассматриваемых в качестве индикаторов глобального клима-
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
та. Так, в публикации [7, р. 3152] говорится, что "...существуют широкие разногласия в определении, когда произошел СПП, который начался от столь раннего времени, как 1500 тыс. лет назад (л. н.), до столь позднего, как 600 тыс. л. н., при этом различны и описания характера перехода — от резкого, внезапного, до постепенного.".
Авторы [7] связывают такие неопределенности с тем, что разные исследователи (в том числе и они сами) делали свои заключения на основе изучения различных глубоководных колонок. Несомненно, это разумное заключение. Однако и использование одной и той же ИК-записи разными исследователями не гарантирует полной однозначности выводов. Примером является использование наиболее широко применяемой сейчас ИК-записи ЬЯ04, которая представляет собой глобально осредненную по 57 глубоководным колонкам составную ИК-запись по бентосным фо-раминиферам для интервала времени от современности до 5.2 млн л. н. [4]. Очевидно, огромным преимуществом ЬЯ-кривой является ее глобальная осредненность. Тем не менее это не гарантирует, по-видимому, ее абсолютной представительности в качестве эталона палеоклиматических изменений в течение последних 5.2 млн лет. Прежде всего это касается временной шкалы, которая построена на основе "орбитальной подгонки" с использованием циклов климатической прецессии и наклона земной оси. Как показывает практика [8], такая подгонка нередко бывает неточна.
При исследовании СПП авторы [7] опираются прежде всего на данные об изменении глобального объема льда, заключенные в ИК-записи ЬЯ04. Они отмечают [7, р. 3180], что ".СПП характеризовался возрастанием суровости оледенений, которое происходило параллельно с возникновением ~100-ты-сячелетнего цикла, начавшегося 1250 тыс. л. н., с максимумом оледенений, установившихся в то же время (700 тыс. л. н.), что и установление преобла-
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК
339
-1 -
-2
200
400
600
е
0.06
0.04 0.02 0
5180, %% -2.8
-3.2
-3.6
-4.0
-4.4
-4.8
-5.2
800
1000
1200
1400
Время, тыс. лет назад
Рис. 1. а — орбитально-климатическая диаграмма (тонкая сплошная линия) и вариации эксцентриситета (штриховая линия); б — изотопно-кислородная кривая ЬЯ04 (утолщенная линия). Числа на рис. 1а — межледниковые и ледниковые стадии (СОКД), сопоставляемые соответственно с максимумами и минимумами эксцентриситета, за исключением СОКД 3, на рис. 1б — традиционно используемые стадии ИК-шкалы.
0
дающих 100-тысячелетних циклов." Здесь же авторы [7] отмечают "исчезновение 100-тысячелетнего сигнала на 100 тыс. лет перед его новым возникновением в качестве устойчивого сигнала, установившегося 900 тыс. л. н." Заметим, однако, что несколько иные характеристики СПП, основываясь на анализе той же ИК-записи ЬЯ04, дают другие авторы.
Например, сами создатели кривой ЬЯ04 определяют временные рамки СПП интервалом не 1.25—0.7, как в статье [7], а 1.4—0.8 млн л. н. [9]. В работе [10] указано даже два интервала времени для СПП с центром 1 млн л. н.: 1.25—0.75 и 1.4— 0.6 млн л. н. В этих публикациях об СПП говорится как о переходе от 41-тысячелетних к 100-тыся-челетним климатическим циклам и не отмечается исчезновения 100-тысячелетней периодичности в период времени 1.0—0.9 млн л. н., как в работе [7]. Указанные различия, особенно в определении временного интервала СПП, можно объяснить
только различиями в понимании содержания самого понятия "среднеплейстоценового перехода".
В данной работе для исследования СПП используется сравнение записи ЬЯ04 с ОКД, построенной автором в процессе развития новой концепции орбитальной теории палеоклимата [5, 6, 8]. Орбитально-климатическая диаграмма представляет условную относительную вероятность АР оледенений (для отрицательных АР) и межледни-ковий (для положительных АР) за последний миллион лет. Орбитально-климатическая диаграмма была построена как сумма нормированных относительно среднего значения вариаций орбитальных элементов, умноженных на так называемые коэффициенты климатической значимости (ККЗ), которые находились путем подбора так, чтобы получаемая ОКД наиболее хорошо соответствовала палеоклиматическим (изотопно-кислородным) кривым. Показанная на рисунке ОКД построена для ККЗ, равных 1, 0.7 и —0.55 со-
340
БОЛЬШАКОВ
ответственно для вариаций эксцентриситета, наклона земной оси и прецессии равноденствий. Соотношение абсолютных значений ККЗ указывает на то, что наибольший вклад в ОКД и, следовательно, в климатические изменения последнего миллиона лет вносят вариации эксцентриситета. Повторим, что минимумы ОКД и понижения АР соответствуют похолоданиям, наиболее глубокие минимумы — оледенениям.
На рис. 1 ОКД сопоставлена с изменениями эксцентриситета е и вариациями тяжелого изотопа кислорода 5180 (взятыми для удобства сопоставления со знаком "минус", вследствие чего используемое здесь, например, словосочетание "минимум 5180" реально соответствует максимуму 5180, и наоборот). Сравнение графиков показывает, что продемонстрированное впервые в работе [11] для последних 500 тысяч лет совпадение оледенений на ИК-кривой с минимумами эксцентриситета можно распространить не менее чем на 900 тысяч лет. Тогда максимумы е можно сопоставлять с нечетными (межледниковыми) ИК-стадиями, а минимумы — с четными, соответствующими оледенениям, стадиями. (Исключением является исторически сложившаяся интерпретация ИК-стадии 2—4, представляющих одно, вюрм-ское (валдайское) оледенение [8, 12].) Указанное обстоятельство позволяет выделить на ОКД межледниковые и ледниковые стадии — на рис. 1а обозначены в основном межледниковые стадии ОКД (СОКД).
В пределах последних 900 тыс. лет СОКД неплохо согласуются с традиционно выделяемыми ИК-стадиями, показанными на рис. 1б для кривой ЬЯ04. Особенно хорошо это сходство проявляется и по хронологии, и по форме кривых для стадий 1—5, 7, 13—15, 17—21. Орбитально-клима-тическая диаграмма логично опережает по времени ИК-запись изменения глобального объема льда и температуры, отражая инерцию ответа климатической системы на орбитальное (инсоля-ционное) воздействие. Это инерционная задержка для наиболее надежно определенных временных реперов позднего неоплейстоцена оценивается величиной 5—6 тыс. лет, что позволяет хронометрировать ИК-записи путем временного сопоставления наиболее характерных экстремумов ИК-записей и ОКД [8, 13].
Наиболее значительные временные несоответствия между ОКД и ЬЯ04 в течение последнего миллиона лет отмечаются для приходящегося на ИК-стадию 8 минимума 5180 и соответствующего ему минимума ОКД, а также основного минимума 5180 ИК-стадии 22 и соотносимого с ним минимума СОКД 22 (см. рис. 1). Орбитальный сигнал опережает климатический отклик на 24 и 20 тыс. лет соответственно для ИК-стадий 8 и 22. Данное несоответствие, по-видимому, в первую
очередь отражает различия в подходах к хронометрированию ИК-кривой, предложенных в работах [8, 13] и [4]. Фактически в них используется один и тот же метод "орбитальной подгонки". Тем не менее метод, примененный в [8, 13], представляется более надежным, так как использует, помимо прецессионных и связанных с наклоном земной оси, и наиболее хорошо выраженные в ИК-записях последнего миллиона лет 100-тыся-челетние эксцентриситетные вариации. Иными словами, время главных минимумов ИК-стадий 8 и 22 на кривой ЬЯ04 можно "удревнить" на 18 и 14 тыс. лет.
На рис. 1б видны и некоторые несоответствия формы ИК-кривой и ОКД. Наиболее заметные из них — практически не отраженные в ИК-записи значительные максимумы ОКД (помечены звездочками). Также несоответствием является соотнесение наибольшего по амплитуде ИК-сигнала 11-й ИК-стадии с небольшим максимумом СОКД 11 и незначительный по абсолютной величине минимум СОКД 6 с глубоким минимумом ИК-стадии 6. Как показано в работе [14], эти несоответствия частично связаны с тем, что в графике ОКД хорошо выражен 400-тысячелетний эксцентриситетный цикл, который не проявляется в ИК-записи. Отмеченные звездочками максимумы приходятся на понижения или даже минимумы е. Из этого следует, что они связаны с совокупным однонаправленным увеличением двух др
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.