ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2015, № 5, с. 20-41
УДК 550.838.5:551.583.13
О СООТНОШЕНИИ КОЛИЧЕСТВА ЛЕДНИКОВЫХ ЦИКЛОВ ХРОНА БРЮНЕС, ВЫДЕЛЯЕМЫХ В ГЛУБОКОВОДНЫХ И КОНТИНЕНТАЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ © 2015 г. В. А. Большаков
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, географический факультет, г. Москва E-mail: vabolshakov@mail.ru Поступила в редакцию 22.01.2015 г.
Исходя из того, что в изотопно-кислородных записях по глубоководным колонкам в хроне Брюнес выделяется 8 глобальных циклов межледниковье—оледенение, показано, что разногласия в определении количества ледниковых циклов в палеоклиматических записях глубоководных и континентальных отложений связаны в основном с разрезами лёссовой формации различных регионов. Наиболее вероятными причинами разногласий могут быть: а) неполнота геологической летописи; б) неточное определение положения палеомагнитной инверсии Матуяма—Брюнес в разрезе; в) недостаточно корректное определение климатического ранга соответствующих похолоданий—потеплений. Решение данных проблем видится в осуществлении последовательного, системного подхода при проведении комплексных исследований лёссово-почвенных разрезов. Даны рекомендации по проведению палео-магнитных исследований, направленных на возможно более точное определение положения инверсии Матуяма—Брюнес в разрезах лёссовой формации.
Б01: 10.7868/80002333715050038
1. ВВЕДЕНИЕ
Феномен развития глобальных покровных оледенений четвертичного периода является одним из наиболее ярких событий геологического прошлого. Циклы межледниковье-оледенение, приводившие к глобальному перераспределению водных масс, более чем 100-метровым колебаниям уровня Мирового океана, изменениям циркуляции атмосферы и гидросферы, смещениям климатических поясов уже более полутора столетий являются объектом изучения геологов, геофизиков, палеогеографов всего мира. Исследуются не только конкретные проявления этих циклов и их характеристики, но и причины, вызвавшие столь поразительные, имеющие колебательный характер, изменения природной среды. В результате получено огромное количество эмпирических данных, предложено большое количество гипотез, объясняющих данный феномен. Особенно информативными оказались данные, полученные по глубоководным разрезам с применением изотопно-кислородного (ИК) анализа. Среди гипотез, объясняющих ледниковые циклы, общепринятой сейчас является орбитальная теория палеоклимата, широко известная как теория М. Миланковича [Большаков, 2003а; 2013; Им-бри, Имбри, 1986; Миланкович, 1939]. Тем не менее, и эмпирические данные, и теоретические представления имеют расхождения.
Например, количество ледниковых циклов, зафиксированное различными исследователями по континентальным отложениям в интервале хрона Брюнес, оказалось разным. Парадоксально, что это количество оказалось отличным от количества ледниковых циклов, зафиксированных в общепринятой ИК климатохроностратиграфи-ческой шкале, которую стратиграфы и палеогеографы почти повсеместно используют как основу для корреляции со своими стратиграфическими схемами. Интервал хрона Брюнес в данном случае взят потому, что он фиксирует определенный временной интервал — 780 тыс. лет — для которого проводится сопоставление. Палеомагнитная граница Матуяма—Брюнес (М—Б), как известно, является наиболее широко используемым хронологическим репером в отложениях плейстоцена. Ознакомление с литературными источниками и дискуссии со специалистами по четвертичному периоду привели к заключению, что разногласия по количеству ледниковых циклов в основном связаны с результатами исследований наиболее широко и полно представленных континентальных отложений плейстоцена — разрезов лёссовой формации различных регионов. Поэтому цель настоящей работы — выявление возможных причин разногласий, основанное на анализе имеющихся по разным регионам и полученных различными исследователями данных.
2. КОЛИЧЕСТВО ЛЕДНИКОВЫХ ЦИКЛОВ
ХРОНА БРЮНЕС, ЗАФИКСИРОВАННОЕ В ИК ПАЛЕОКЛИМАТИЧЕСКИХ ЗАПИСЯХ ГЛУБОКОВОДНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
ИК данные по глубоководным осадкам являются сейчас наиболее надежными и информативными записями глобальных колебаний климата в плейстоцене. Это обусловлено следующими обстоятельствами.
1. Процесс седиментации осадочных пород на дне океанов характеризуется гораздо большей однородностью, меньшим количеством перерывов, нежели на суше [Боуэн, 1981]. Поэтому палео-климатическая запись в глубоководных осадках представляется существенно более непрерывной во времени, чем в континентальных отложениях. Подтверждением этого может служить подобие ИК записей в большом количестве представительных глубоководных колонок, отобранных в различных акваториях Мирового океана. Данное обстоятельство, в частности, способствовало созданию уникальной, глобально осредненной по 57 глубоководным колонкам Мирового океана, составной ИК записи по бентосным фораминиферам LR04 [Lisiecki, Raymo, 2005]. Эта запись, охватывающая временной интервал от современности до 5.3 млн лет назад, используется как эталонная и в настоящей работе.
2. ИК записи представляют в численной форме изменения содержания тяжелого изотопа кислорода 818О в раковинах фораминифер, содержащихся в осадке. Вариации 818О отражают изменения глобального объема льда и поверхностной или придонной (соответственно для планктонных и бен-тосных фораминифер) температуры океана в месте отбора колонки. При определенных условиях данные об изменении 818О могут быть использованы для выделения вклада, обусловленного только колебаниями глобального объема льда и, следовательно, для определения колебаний уровня Мирового океана.
3. Указанные преимущества ИК глубоководной записи и обусловленность палеоклиматиче-ских изменений плейстоцена вариациями орбитальных параметров Земли [Hays et al., 1976] позволили уточнить хронологию этих изменений и создать ИК хронологическую шкалу [Johnson, 1982; Imbrie et al., 1984; Shackleton et al., 1990; Bassinot et al., 1994; Большаков, 2003б; Большаков и др., 2005]. В результате получил распространение так называемый метод "орбитальной настройки" (orbital tuning), применение которого, однако, не всегда является корректным [Большаков, 2003а; в; 2014].
Тем не менее, все вышеперечисленное привело к тому, что ИК шкала практически повсеместно используется в качестве климатохроностратигра-фического эталона при изучении природной среды плейстоцена. На рис. 1а показана одна из наиболее
надежных, как уже говорилось, ИК бентосных записей — LR04, представленная для интервала времени 0—800 тыс. лет, вмещающем в себя хрон Брюнес. (Заметим здесь, что бентосные записи являются обычно более предпочтительными при изучении глобальных изменений, чем планктонные, поскольку колебания придонной температуры имеют меньшую амплитуду, нежели колебания поверхностной температуры океанов, причем последние являются различными в разных регионах Мирового океана.) Повышение содержания тяжелого изотопа кислорода S18O на кривой LR04 отражает увеличение глобального объема льда и понижение придонной температуры (оледенение), понижение S18O — соответственно уменьшение объема льда и повышение температуры (межледниковье). Максимумам и минимумам на ИК кривой присвоена определенная нумерация. Пикам с пониженными значениями S18O (графические максимумы на рис. 1а, т.к. ось ординат традиционно направлена вниз) присвоены нечетные номера (межледниковые морские изотопные стадии — МИС), а с повышенными значениями S18O (графические минимумы) — четные номера (ледниковые МИС). Исключением является исторически сложившаяся нумерация МИС 2 — МИС 4, которые представляют одно, вюрмское, или валдайское, оледенение. При этом МИС 3 представляет межстадиальное потепление, а не межледниковье, что отражено и небольшой амплитудой вариаций S18O между похолоданиями МИС 4 и 2 и потеплением МИС 3. На суше потепление МИС 3 сопоставляют, например, с брянским интерстадиалом.
Поскольку вариации S18O в глубоководных осадках отражают изменения глобального объема льда, логично полагать, что они должны быть представлены в изменениях глобального климата, зафиксированных в палеоклиматических записях на суше. Одна из таких записей представлена на рис. 1б, она отражает изменение содержания дейтерия в ледовом керне антарктической станции Dome C [EPICA..., 2004]. Ледовые керны этой станции охватывают наиболее длительный на настоящее время временной интервал (около 800 тыс. лет), а вариации дейтерия SD наиболее надежно и непосредственно переводятся в изменения температуры. Максимальные колебания температуры, отраженные на кривой SD, составляют около 10°С [Jouzel, 2013]. Другая известная континентальная палеоклиматическая запись представляет изменения содержания биогенного кремнезема (BioSi) в осадках озера Байкал (рис. 1в). Согласно авторам работы [Карабанов и др., 2001], изменения BioSi отражают межледниковья и оледенения (термохроны и криохроны) в сибирском регионе. В целом байкальская запись охватывает 12 млн лет. Хронология этой записи для последних
ô18O, % 3.0
0
ÔD, % -380
-400
-420
-440
0
BioSi, % 50
40
30
20
10
(а) 11
200 400
Время, тыс. лет назад (б)
200
400
Время, тыс. лет назад
600
600
800
800
800
Рис. 1. Сопоставление палеоклиматических записей: (а) - глобально осредненной изотопно-кислородной (ИК) записи LR04 [Lisiecki and Raymo, 2005]; (б) - антарктической станции Dome C [EPICA..., 2004]; (в) - байкальской записи биогенного кремнезема [Williams et al., 1997]. Цифры у ИК кривой - номера морских изотопных стадий (МИС).
0
5 млн лет основана, прежде всего, на палеомаг-нитных данных и предположении о постоянстве скорости седиментации внутри палеомагнитных датированных уровней. На рис. 1в показана запись BioSi для последних 800 тыс. лет, согласно [Williams et al., 1997] и с нашими поправками возрастной модели по методу, изложенному в публикациях [Большаков, 2003б; Большаков и др., 2005].
Сопоставление указанных палеоклиматических записей, представленное на рис. 1а—1в, показывает их высокую степень подобия. Хорошо выделяются все главные (100-тысячелетние) климатические циклы оледенение-межледниковье. Более того, можно отметить даже
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.