научная статья по теме О МЕХАНИЗМЕ “СРЕДНЕПЛЕЙСТОЦЕНОВОГО ПЕРЕХОДА” Геология

Текст научной статьи на тему «О МЕХАНИЗМЕ “СРЕДНЕПЛЕЙСТОЦЕНОВОГО ПЕРЕХОДА”»

СТРАТИГРАФИЯ. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ КОРРЕЛЯЦИЯ, 2015, том 23, № 5, с. 92-109

ДИСКУССИИ

УДК 551.583.7:551.79

О МЕХАНИЗМЕ "СРЕДНЕПЛЕЙСТОЦЕНОВОГО ПЕРЕХОДА"

© 2015 г. В. А. Большаков

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва e-mail: vabolshakov@mail.ru Поступила в редакцию 15.09.2014 г., получена после доработки 03.03.2015 г.

Исследуется явление "среднеплейстоценового перехода" (СПП) — смены 41-тысячелетней периодичности ледниковых циклов плейстоцена на 100-тысячелетнюю, происшедшей около 1.24 млн лет назад. Рассмотрены некоторые механизмы, предложенные разными авторами для объяснения СПП. Сделан вывод, что наименее противоречивым и наиболее соответствующим эмпирическим данным для плейстоцена является резонансный механизм, предполагающий изменение собственной (резонансной) частоты ледниковых щитов Северного полушария в связи с изменением их размеров. В соответствии с этим механизмом, в раннем плейстоцене, до рубежа 1.24 млн лет назад, колебания климата резонансно откликались на 41-тысячелетние вариации инсоляции, обусловленные колебаниями наклона земной оси. Позже рубежа 1.24 млн лет назад, в связи с ростом глобального объема ледниковых щитов (и увеличением периода их собственных осцилляций), в первую очередь резонансно усиливался непосредственный эксцентриситетный инсоляционный сигнал, характеризуемый 100-тысячелетней (но не 400-тысячелетней) периодичностью. Обсуждаются некоторые вопросы, возникшие при обосновании предложенного механизма, который с единых позиций объясняет не только СПП, но и широко известную и также еще не решенную проблему "100-тысячелетнего периода" и, кроме этого, отсутствие 400-тысячелетней периодичности в климатических колебаниях плейстоцена.

Ключевые слова: изотопно-кислородная запись, ледниковые циклы, среднеплейстоценовый переход, инсоляция, орбитальная теория палеоклимата.

DOI: 10.7868/S0869592X15050014

ВВЕДЕНИЕ

Одним из впечатляющих результатов развития изотопно-кислородного (ИК) метода изучения глубоководных отложений является открытие в конце прошлого столетия "среднеплейстоценового перехода" (СПП, The Middle Pleistocene Transition) — одного из наиболее интересных и изучаемых событий эволюции и динамики плейстоценовых оледенений. Оно заключается в происшедшей около миллиона лет назад смене 41-тысячелетней периодичности глобальных ледниковых циклов на 100-тысячелетнюю периодичность (Pisias, Moore, 1981; Ruddiman et al., 1986). Это явление происходило на фоне направленного понижения температуры и, соответственно, увеличения объема льда на планете и сопровождалось увеличением размаха климатических колебаний в циклах оледенение— межледниковье, в том числе увеличением амплитуды изменений уровня Мирового океана, т.е. значительной перестройкой всей климатической системы Земли.

Однако, несмотря на уникальность этого события, остаются нерешенными важные вопросы, связанные с его изучением. Это, прежде всего, отсутствие общепризнанного механизма СПП, неоднозначность характеристик самого явления: время начала СПП, его продолжительность, изменения различных параметров, рассматриваемых в качестве индикаторов глобального климата (Clark et al., 2006; Большаков, 2013, 2014). Различия во взглядах на механизм СПП и в определении его характеристик можно объяснить только разным пониманием сути самого явления "среднеплейстоценового перехода", что, в свою очередь, во многом определяется представительностью и значимостью эмпирических показателей, характеризующих явление. Поэтому выделение таких определяющих показателей является одним из условий продуктивного изучения СПП, в частности исследования его механизма.

В данной работе для изучения и определения механизма СПП используется ИК-запись LR04. Она представляет собой глобально осредненную по 57 глубоководным колонкам составную ИК-за-

5180, %с 3.0

(а)

15 9

0.02 0.04

Частота, 1/тыс. лет

0.06 0

0.02 0.04

Частота, 1/тыс. лет

0.06

0

Рис. 1. Изотопно-кислородная запись ЬЯ04 (ЬЫесМ, Яаушо, 2005) в интервале времени 0—2600 тыс. лет назад (а) и амплитудно-частотные спектры ИК-кривой для интервалов времени 0—1300 тыс. лет назад (б) и 1300—2600 тыс. лет назад (в). Цифры у кривой рис. 1а представляют номера морских изотопных стадий (МИС), а у кривых рис. 1б и 1в — периоды, в тысячах лет, наиболее значимых климатических вариаций для соответствующих интервалов времени. Рисунок демонстрирует преобладание эксцентриситетных "стотысячелетних" периодичностей, с главными гармониками 95 и 122 тыс. лет, в климатических изменениях последних 1.2 млн лет. В интервале времени 2.6—1.2 млн лет доминируют 41-тысячелетние периодичности вариаций наклона земной оси.

пись по бентосным фораминиферам для интервала времени от современности до 5.3 млн лет назад (ЬшесЫ, Яаушо, 2005). На рис. 1 кривая ЬЯ04 показана для интервала времени, охватывающего плейстоцен, т.е. для последних 2.6 млн лет. Огромным преимуществом ЬЯ-кривой является ее гло-

бальная осредненность. Напомню, что ИК-запись по бентосным фораминиферам отражает изменения глобального объема льда и глубоководной температуры. Использование именно ИК-записи ЬЯ04 для изучения эволюции и динамики плейстоценовых оледенений является органичным, так

как ледниковые циклы1 плейстоцена большинством исследователей связываются с имеющими также глобальный характер орбитальными вариациями инсоляции.

ЭМПИРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ГЛАВНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ СПП

В работах (Большаков, 2013, 2014) уже отмечалось, что различия в определении характеристик СПП, в частности временных рамок связанной с ним глобальной климатической перестройки, могут быть обусловлены различиями в понимании сути самого явления среднеплейстоценового перехода. Это понимание осложняется тем, что явление происходило на фоне уменьшения глобальной температуры и, что логично предположить, увеличения глобального объема льда и сопровождалось увеличением амплитуды колебаний в цикле оледенение—межледниковье. Отмечу, что большинство исследователей именно уменьшение температуры считают первопричиной увеличения глобального объема льда и самого СПП (Большаков, 2003б; Berger et al., 1998; Clark et al., 2006; Imbrie et al., 1993).

Однако в работах (de Garidel-Thoron et al., 2005; Elderfield et al., 2012) сделан иной вывод относительно изменения температуры. Авторы изучали поверхностную температуру экваториальной части Тихого океана и глубоководную температуру этого же океана в районе Новой Зеландии с помощью определения отношения Mg/Ca в раковинах планктонных и бентосных фораминифер соответственно. Было показано, что минимальная (соответствующая оледенениям) температура не изменялась в интервале времени от 1.5 до 0.6 млн лет назад, включающем в себя СПП. Более того, из данных, приведенных в (Elderfield et al., 2012, fig. 1), можно сделать вывод, что и средняя глубоководная температура Тихого океана в изученном районе, и глобальный объем льда увеличились в процессе СПП. На мой взгляд, это очевидное противоречие.

Логично полагать, что глобальный объем льда и глобальная (в том числе глубоководная) температура взаимозависимы, поскольку характеризуют единую взаимосвязанную климатическую систему. При этом естественно считать, что увеличенному объему льда соответствует пониженная температура. Поэтому увеличение глобального

1 Ледниковыми циклами здесь называются циклически повторявшиеся в плейстоцене смены межледниковий оледенениями, четко выделяемые на ИК-кривой как морские изотопные стадии (МИС). Например, первый ледниковый цикл хрона Брюнес состоит из нечетной межледниковой МИС 19 и четной ледниковой МИС 18.

объема льда обязательно должно привести к уменьшению глубоководной температуры. Поскольку минимальная (соответствующая оледенениям) температура, определяемая по донным осадкам, уменьшаться уже не может, так как она близка к температуре замерзания морской воды, то уменьшение средней температуры в данном случае должно происходить в циклах оледене-ние—межледниковье либо за счет уменьшения максимальной (межледниковой) температуры, либо за счет увеличения длительности оледенений. Однако, по данным работы (Elderfield et al., 2012), уменьшение глубоководной температуры межледниковий с течением времени не происходит (скорее она увеличивается), что не только не объясняется, но даже не отмечается авторами. Этот факт удивителен, поскольку в каждом отдельном 100-тысячелетнем цикле изменения объема льда закономерно следуют за изменениями температуры: увеличение температуры сопровождается уменьшением объема льда, уменьшение температуры — его увеличением. (Заключение об увеличении длительности оледенений, по сравнению с длительностью межледниковых состояний, — задача, требующая специального исследования (Большаков, 2014).)

Отметим здесь и общую противоречивость данных об изменении температуры океана в соответствующем временном интервале плейстоцена. Согласно разным авторам (примеры см. в (Clark et al., 2006)), температура в течение СПП могла и уменьшаться, и увеличиваться, и оставаться примерно постоянной. Так, при изучении осадков восточной экваториальной Пацифики (глубоководная колонка ODP 846 (Lawrence et al., 2006)) в колебаниях поверхностной температуры обнаружено ее направленное для последних 5 млн лет уменьшение со средним градиентом 1°С/млн лет. Из этого следует, что изменение температуры океана вряд ли можно считать однозначной характеристикой глобального явления СПП, по крайней мере, на современном этапе исследований.

Обратимся к изменению глобального объема льда, увеличение которого в процессе СПП не вызывает пока возражений, но имеются различные представления о временном характере увеличения объема льда. Так, в работах (Lisiecki, Ray-mo, 2007; Clark et al., 2006) (рис. 1) это увеличение считается постепенным от примерно 1.4—1.2 до 0.7 млн лет назад. А в работе (Elderfield et al., 2012) фиксируется резкое изменение объема льда около 0.9 млн лет назад. При этом и в том и в другом случае последующая эволюция объема льда во время оледенений не демонстрирует стабильности — в отдельные моменты времени позже 0.7 млн лет

увеличения объема льда были и более (М

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геология»