научная статья по теме О СВЯЗИ МЕЖДУ 41 000-ЛЕТНИМИ РИТМАМИ В ИЗМЕНЕНИЯХ НАКЛОНА ЗЕМНОЙ ОСИ, СИЛЬНЫМИ ВУЛКАНИЧЕСКИМИ ИЗВЕРЖЕНИЯМИ И ТЕМПЕРАТУРОЙ ГЛУБИННЫХ ВОД ОКЕАНА Геофизика

Текст научной статьи на тему «О СВЯЗИ МЕЖДУ 41 000-ЛЕТНИМИ РИТМАМИ В ИЗМЕНЕНИЯХ НАКЛОНА ЗЕМНОЙ ОСИ, СИЛЬНЫМИ ВУЛКАНИЧЕСКИМИ ИЗВЕРЖЕНИЯМИ И ТЕМПЕРАТУРОЙ ГЛУБИННЫХ ВОД ОКЕАНА»

ИЗВЕСТИЯ РАН. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА, 2014, том 50, № 6, с. 744-746

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 551.583

О СВЯЗИ МЕЖДУ 41000-ЛЕТНИМИ РИТМАМИ В ИЗМЕНЕНИЯХ

НАКЛОНА ЗЕМНОЙ ОСИ, СИЛЬНЫМИ ВУЛКАНИЧЕСКИМИ ИЗВЕРЖЕНИЯМИ И ТЕМПЕРАТУРОЙ ГЛУБИННЫХ ВОД ОКЕАНА

© 2014 г. В. А. Безверхний

Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 3 E-mail: vabezv@mail.ru Поступила в редакцию 18.10.2013 г.

Ключевые слова: плейстоцен, климат, наклон земной оси, вулканическая активность, бентос, вей-влетный анализ.

DOI: 10.7868/S0002351514040038

ВВЕДЕНИЕ

Колебания угла наклона оси вращения Земли (наклонения, s) не влияют на величину среднегодовой величины солнечной радиации, достигающей верхней атмосферы. В то же время эти колебания могут быть причиной вынужденных колебаний в коре и внутренних слоях Земли. В недавних работах [1, 2] для данных, относящихся к голоцену и позднему плейстоцену, была выявлена тесная фазовая связь мод колебаний с периодом 41 тыс. лет между частотой сильных вулканических извержений (Ef) в области тихоокеанского вулканического огненного кольца, относительным содержанием кислорода-18 в кальците ископаемых бентосных фораминифер (S18Ob) и углом наклона земной оси (наклонения, s). В работе [1] были исследованы данные за последние 1.2 млн лет о вариациях частоты сильных вулканических извержений Ef с индексом VEI (Volcanic Explosivity Index) > 5 в тихоокеанской цепи вулканов. Спектральный анализ показал, что самый мощный ритм в этих данных представлен 41000-летней модой. Ниже речь будет идти только об этой моде колебаний в различных данных. Согласно [1], в течение последних 1 млн лет вулканическая активность отстает по фазе в среднем на 2.7 тыс. лет от колебания наклона земной оси и в то же время опережает — S18Ob по фазе на 4.0 тыс. лет.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Согласно оценке, полученной в [2] методом кросс-вейвлетного анализа, в последние 2 млн лет —S18Ob запаздывает по фазе на 6.5 тыс. лет от s, а ранее 2.05 млн лет назад это отставание было почти в два раза больше. При этом для вейвлетного

анализа использовались те же, что и в [1], данные о колебаниях наклонения s [3] и S18Ob [4]. На рис. 1 показаны (с соответствующими сдвигами) графики колебаний угла наклона земной оси и 41000-летней моды — S18Ob за последние 3 млн лет. Так как — S18Ob отстает по фазе на 6.5 тыс. лет относительно s, а Ef соответственно на 2.7 тыс. лет, то отсюда следует, что в последние 1 млн лет — S18Ob отстает по фазе от Ef на 3.8 тыс. лет (6.5 — 2.7 = 3.8). Эта оценка близка по абсолютной величине оценке, полученной в [1], но имеет противоположный знак. Заметим, что если 41000-летняя мода — S18Ob опережает по фазе Ef на 4 тыс. лет, как утверждается в работе [1], то отсюда следует, что эта мода опережает по фазе s на 1.3 тыс. лет (4 — 2.7 = 1.3), что неверно. Таким образом, установлена следующая цепочка фазовых связей на частоте квазипериодических колебаний наклона земной оси: Ef отстает от s на 2.7 тыс. лет, а — S18Ob отстает от Ef на 3.8 тыс. лет. Кроме того, 41000-летние моды в вариациях температуры (T), содержания углекислого газа (qCO2) и метана (qCH4), выделенные в записях ледниковых кернов антарктических станций Восток и Dome С, отстают по фазе от — S18Ob не более чем на 1—2 тыс. лет [2, 6, 7].

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Сильная вулканическая активность проявляется в срединно-океанических хребтах, зонах суб-дукции, горячих точках, трансформных разломах и других местах, где происходит выход мантийного вещества к поверхности Земли. В ходе вулканических извержений происходит истечение лавы, выброс пепла, выделение тепла, эмиссия вул-

О СВЯЗИ МЕЖДУ 41000-ЛЕТНИМИ РИТМАМИ В ИЗМЕНЕНИЯХ НАКЛОНА

745

%%

0.8 0.4

0

-0.4 -0.8

%%

0.8

0.4 0.04

0.8

%

0.8 0.4 0 0.4 0.8

200

1200

(а)

Наклонение, сдвиг на 6 тыс. лет £ (град)

24 23 22

800

1800

1000

400 600

Время, тыс. лет назад (б)

Наклонение, сдвиг на 6 тыс. лет £ (град)

24 23 22

2000

1400 1600

(в)

Наклонение, сдвиг на 12 тыс. лет £ (град)

24

W\/\/\AЛ/\/\/\A/V\/W\/W^A/wW22

2200 2400 2600

Время, тыс. лет назад

ч18г

2800

3000

Рис. 1. Графики 41000-летних мод наклонения 5 (тонкие кривые) и — 5 Оь (жирные кривые): за последние 1 млн лет (а), 1—2 млн лет назад (б) и 2—3 млн лет назад (в).

канических газов, включая Н2О, СО2, СН4 и др. парниковых газов [5]. Существование в вулканической активности в тихоокеанской вулканической цепи мощного 41000-летнего ритма, связанного с колебанием наклона земной оси, дает серьезное основание полагать, что вынужденное гравитационными силами колебание наклона земной оси воздействует и на другие геодинамические процессы. В частности, этот ритм может проявиться в сильной сейсмической активности, вариациях геомагнитного поля и в локальных вариациях силы тяжести неприливной природы. В свою очередь, глобальная вулканическая активность, другие геодинамические процессы и их последствия влияют на величину солнечной радиации, поглощаемой атмосферой и океаном, и на другие факторы, способные передать этот ритм вариациям климатических параметров.

Заметим, что радиационные эффекты квазипериодических колебаний наклонения е (и других орбитальных параметров) оцениваются в теории М. Миланковича [8], учитывающей особенность отражательной способности земной поверхности — преобладание суши в Северном полушарии, и в более поздних разработках аст-

рономической теории палеоклимата, выполненных другими исследователями (см., например, [9], где приводится список литературы по этой теме).

ВЫВОДЫ

Относительно причины присутствия мощной 41000-летней моды в вариациях 818О, а также других индикаторов изменений климата [2, 6, 7] в голоцене и плейстоцене можно предположить, что эта мода колебаний порождается следующей цепочкой воздействий. Вынужденное квазипериодическое колебание наклона оси вращения такого вязкоупругого гироскопа, каким является Земля ^ ритмическое возмущение глобальных геодинамических процессов и, в частности, глобальной вулканической активности ^ ритмическая модуляция вариаций потока тепла и эмиссии парниковых газов из мантии Земли ^ 41000-летняя ритмичность в вариациях температуры глубинных вод океана и других характеристик палео-климата и состава атмосферы. Таким образом, выявленная согласованность фаз этих ритмов указывает на вынужденные колебания наклона оси вращения Земли как на генератор 41000-лет-

ИЗВЕСТИЯ РАН. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА том 50 № 6 2014

БЕЗВЕРХНИЙ

746

него ритма в глобальных геодинамических и климатических процессах в последние 1 млн лет и, по-видимому, на гораздо больших временнЫх масштабах (как известно ранее, т.е., по крайней мере, 1.2—5.3 млн лет назад этот ритм доминировал в колебаниях S18Ob [4, 2]).

Автор выражает признательность Г.С. Голицыну, И.И. Мохову, О.Г. Чхетиани и А.Н. Груздеву за полезные обсуждения. Работа выполнена при поддержке Программы РАН и РФФИ (проект № 11-05-01139-а).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Kutterolf S., Jegen M., Mitrovica J.X. et al. A detection of Milankovitch frequencies in global volcanic activity // GEOLOGY. 2013. V. 41. P. 227-230. Doi: 10.1130/ G33419.1.

2. Безверхний В.А. Проявление характерных периодов колебаний орбитальных параметров Земли в палеоклиматических данных // ДАН. 2013. Т. 451. № 3. С. 327-331.

3. Berger A. Orbital Variations and Insolation Database // IGBP PAGES/WDC for Paleoclimatology / DCS 92-007

(NOAA/NGDC Paleoclimatology Program. Boulder CO. USA). 1992.

4. Lisiecki L.E., Raymo M.E. A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic 18O records // Paleoceano-graphy 2005. V 20. PA1003/ doi: 10.1029/ 2004PA001071.

5. Хаин В.Е., Халилов Э.Н. Цикличность геодинамических процессов: ее возможная природа. М.: Научный мир, 2009. 520 с.

6. Мохов И.И., Безверхний В.А., Карпенко А.А. Диагностика взаимных изменений содержания парниковых газов в атмосфере и температурного режима по палеореконструкциям для антарктической станции Восток // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2005. Т. 41. № 5. С. 579-592.

7. Мохов И.И., Безверхний В.А., Карпенко А.А. Взаимные изменения температурного режима и содержания парниковых газов в атмосфере по палеоре-конструкциям для последних 800 тыс. лет // Экстремальные природные явления и катастрофы. М.: ИФЗ РАН, 2010. Т. 1. С. 312-319.

8. Milankovitch M. Kanon der Erdbestrahlungen und seine Anwendung auf das Eiszeitenproblem // Roy. Serb. Acad. Spec. Publ. 1941. V. 133. P. 1-633.

9. Berger W.H. Milankovitch Theory — Hits and Misses // Scripps Inst. Ocean. Tech. Rep. San Diego. 2012. 35 p. http://www.escholarship.org/uc/item/95m6h5b9.

CORRELATION BETWEEN 41 000-YEAR RHYTHMS IN VARIATIONS IN THE INCLINATION OF EARTH, VIOLENT VOLCANIC ERUPTIONS, AND TEMPERATURE OF DEEP OCEAN WATERS

V. A. Bezverkhnii

Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences, Pyzhevskiiper. 3, Moscow, 119017Russia

e-mail: vabezv@mail.ru Received October 18, 2013

Keywords: Pleistocene, climate, inclination of earth, volcanic activity, benthos, wavelet analysis

ИЗВЕСТИЯ РАН. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА том 50 № 6 2014

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