ИЗВЕСТИЯ РАИ. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА, 2007, том 43, № 6, с. 773-782
УДК 551.58
ОСОБЕННОСТИ КАЛЕНДАРЯ ЛЕДНИКОВЫХ ЦИКЛОВ ПОЗДНЕГО
ПЛЕЙСТОЦЕНА
© 2007 г. Н. В. Вакуленко*, В. М. Котляков**, |А. С. Монин|*, Д. М. Сонечкин*
*Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117997 Москва, Нахимовский просп., 36 E-mail: dsonech@mecom.ru **Институт географии РАН 119017 Москва, Старомонетный пер., 29 Поступила в редакцию 04.04.2006 г., после доработки 08.02.2007 г.
Сопоставление данных о содержании дейтерия 5D в ледниковых кернах станций "Восток" и "Купол С" в Антарктиде с данными о содержании изотопа кислорода 5180 в донных океанических отложениях позволило уточнить границы ледниковых циклов позднего плейстоцена и выявить их внутреннюю симметрию: циклы были тем более длительными, чем дальше они отстояли от межледниковья, имевшего место примерно 400 тыс. лет назад. Симметрия проявляется также в обращении пилообразных форм циклов в этот момент времени. Вейвлетный анализ показывает, что симметрия обязана амплитудной модуляции климатических колебаний в диапазонах временны' х масштабов прецессии и наклонения земной оси, и их частотной модуляции в диапазоне масштабов эксцентриситета орбитального движения Земли вокруг Солнца.
ВВЕДЕНИЕ
Несмотря на огромное количество выполненных исследований, теория чередования ледниковых и межледниковых эпох в истории климатов Земли далека от завершения. Ее пионерами принято считать Л. Агасиза, Дж. Адемара, П.А. Кропоткина, Дж. Кролля и М. Миланковича.
Агасиз предположил, что за формирование современного рельефа Северной Евразии и Америки были ответственны покровные оледенения этих континентов, периодически происходившие в плиоцене и плейстоцене. Видную роль в популяризации учения об этих оледенениях сыграл П.А. Кропоткин.
Адемар посчитал, что причиной оледенений было перераспределение солнечной инсоляции по широтам и сезонам года из-за периодического изменения прецессии при вращении Земли с периодом около 22 тыс. лет. Он думал, что ледники разрастались в периоды долгих зим, имевших место при определенной фазе прецессии в Северном и при противоположной фазе в Южном полушариях. По Адемару наличие современного антарктического ледникового щита при отсутствии такового в Северном полушарии подтверждает эту поочередность.
Кролль указал на важность модуляции 22-тыся-челетнего прецессионного цикла изменениями эксцентриситета орбиты Земли с периодом около 100 тыс. лет для квазипериодического возникнове-
ния дефицита радиации, приходящей к полярным областям. Дефицит должен бы приводить к относительно холодным зимам, когда площадь сезонного снегового покрова увеличивается, а высокое альбедо снега еще более усиливает этот дефицит, и снег может сохраняться до следующей зимы. При благоприятной фазе очень большого эксцентриситета такие условия должны следовать друг за другом, так что круглогодичный снеговой покров способен трансформироваться в покровное оледенение. В этих процессах Кролль отводил определенную роль дополнительному перераспределению приходящей радиации по широтным поясам из-за изменения наклонения оси вращения Земли к плоскости эклиптики с периодом около 41 тыс. лет. Он знал о малости возможных временных изменений и сезонно-широтных перераспределений приходящей радиации. Поэтому он полагал, что для чередования ледниковых и межледниковых эпох важны также какие-то внутренние механизмы усиления откликов на эти изменения в самой климатической системе, в частности, важна циркуляция в мировом океане.
Первым произвел фактические расчеты временных изменений приходящей солнечной радиации Миланкович. Соглашаясь, что наиболее важным для формирования покровных оледенений является перераспределение приходящей радиации по поверхности Земли, связанное с циклами прецессии и наклонения, он ограничился расчетом для 65°^ как индикативной. Сравнивая свои расчеты с известны-
ми к тому времени хронологиями альпийских оледенений, он пришел к выводу, что для разрастания ледников благоприятны мягкие зимы и прохладные летние сезоны. В такие зимы выпадает много снега, а летом он тает плохо. Очень малые (примерно 0.1% в течение последнего миллиона лет) колебания солнечной радиации, приходящей к Земле в целом, которые возникают из-за изменений эксцентриситета земной орбиты (с основными периодами около 400 и 100 тыс. лет) Миланкович, как и его предшественники, посчитал несущественными. Таким образом, по Миланковичу покровные оледенения должны бы происходить с основными периодами прецессии и наклонения в орбитальном движении Земли вокруг Солнца и, следовательно, противофазно в обоих полушариях.
С середины XX века появились палеоклиматиче-ские анализы донных океанических отложений, подтвердившие циклическую природу ледниковых эпох. В соответствии с теорией Миланковича периоды прецессии и наклонения оказались присутствующими в энергетических спектрах этих анализов и даже доминирующими соответственно в плиоцене и раннем плейстоцене. Вместе с тем, полушарные оледенения оказались синфазными, и для позднего плейстоцена был выявлен переход к доминированию 100-тысячелетнего цикла оледенений. Проблему синфазности сейчас пытаются просто игнорировать, объявляя антарктический ледниковый щит слишком большим и, следовательно, неспособным откликаться на сравнительно быстрое перераспределение приходящей радиации из-за цикличности изменений прецессии и наклонения. Однако проблема возбуждения 100-тысячелетнего цикла никак не укладывается в линейную теорию Миланковича. Хотя были предложены самые разные частные модели нелинейных реакций климатической системы на орбитальные изменения, эта проблема до сих пор не нашла удовлетворительного разрешения.
МНОГОМАСШТАБНЫЙ АНАЛИЗ ПАЛЕОКЛИМАТИЧЕСКИХ РЯДОВ
Пионерские исследования кернов льда, полученных при бурении Антарктического ледникового щита на станции "Восток", открыли новую страницу в исследованиях климатов позднего плейстоцена, впервые представив точно датированную, высоко разрешенную по времени хронологию, охватывающую 420-тысячелетний период четырех последних ледниковых циклов и сопровождавших их изменений состава парниковых газов и запыленности в атмосфере [1, 2]. В продолжение этих работ было организовано бурение льда на американской станции "Byrd", японской "Dome Fuji" и станциях Европейского проекта EPICA (European Project for Ice Coring
in Antarctica) - "Kohnen" и "Dome Concordia". Рисунок 1 представляет данные этих станций, доступные в INTERNET. Из рисунка видно, что данные "Byrd" являются весьма неполными: керн станции "Kohnen" очень короток, а данные "Dome Fuji" нам вообще недоступны. Зато для станции "Dome Concordia", которая ниже в данной статье будет упоминаться как "Купол С", общедоступны [3] данные керна, сопоставимого по длине (3120 м) с керном станции "Восток" (3623 м). Станция "Купол С" расположена всего в 560 километрах от станции "Восток". Самый недавний ледниковый цикл представлен у "Востока" и "Купола С" верхними половинами кернов почти одинаковой длины. Но из-за различий в динамике толщи ледника нижние половины их кернов покрывают соответственно временны е периоды в 420 и почти 800 тыс. лет, представляя 2-4-й и 2-8-й ледниковые циклы соответственно. Привязка ко времени (хронология) содержания дейтерия 5D в керне "Купола С" опубликована в электронном приложении к [3] (за исключением данных восьмого цикла).
В данной работе хронологии 5D кернов "Востока" и "Купола С" сопоставляются с хронологиями ODP 677-1.20 N, 83.74 W; ODP 167-40.08 N, 125.34 W; GeoB1413-15.68 S, 9.46 W и Rd3-110-0.10 S, 95.65 W содержания изотопа кислорода 5180 в донных отложениях фораминифер, полученными при бурениях дна Тихого и Атлантического океанов (рис. 2). Сравнение позволяет уточнить границы отдельных ледниковых циклов позднего плейстоцена, а вейвлетный анализ более длинных, чем ряд "Купола С", океанических рядов исключает возможное краевое искажение в конце вейвлетного преобразования этого последнего ряда и тем самым подтверждает наличие симметрии длительностей и форм этих циклов относительно момента времени четвертого межледниковья, уже выявленной при сравнении хронологий 5D "Востока" и "Купола С" между собой [4].
В самом верху рис. 2 показаны ряды 5D "Купола С" и "Востока" с указанием моментов времени (в тысячах лет до настоящего времени - т.л.н.) пиков главных потеплений, соответствующих (слева направо): началу голоцена (12 и 11 т.л.н. в рядах "Купола С" и "Востока" соответственно), мику-линскому/рисс-вюрмскому межледниковью (129 и 130 т.л.) и межледниковьям, которые предшествовали рисскому и окским/миндельским оледенениям (243 и 238 т.л.н., 336 и 324 т.л.н., 408 и 410 т.л.н. соответственно). В ряду "Купола С" видны также межледниковья с пиками 474 (504), 585 (618) и 690 (735) т.л.н., предшествовавшие гюнцкому и дунайским/предгюнцким оледенениям. Заметим, что пик 585 т.л.н. практически не отличается от тре-
Ь180 ^
Глубина, м
Рис. 1. Содержание дейтерия ЬБ - косвенной характеристики приземной температуры воздуха - и изотопа кислорода Ь180 - косвенной характеристики массы льда на Земле - в кернах, полученных при бурениях антарктического ледникового щита на станциях "Восток", "Купол С", "Byrd" и "Kohnen".
Тыс. лет назад
Рис. 2. Хронологии содержания дейтерия ЬБ на антарктических станциях "Восток" и "Купол С" и содержания изотопа кислорода на океанических станциях ODP 677, ODP 167, GeoB1413 и RC13-110. Указаны времена (в тысячах лет до настоящего времени) достижения главных максимумов ЬБ и Ь180 в каждом из примерно 100-тысячелетних ледниковых циклов. По тонким вертикальным линиям, проведенным через эти максимумы в рядах "Востока", ODP 167 и RC13-110, легко видно рассогласование хронологий различных рядов. Для ряда "Купола С" в скобках указаны также времена достижения вторичных максимумов.
тьего по мощности пика около 555 т.л.н. Сравнивая эти ряды, надо иметь в виду, что главные ледниковые/межледниковые переходы должны бы совпадать совершенно точно из-за крайней близости "Купола С" и "Востока" друг к другу. Для первого (голоцена), второго и пятого потеплений это действительно
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.