МОРСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
УДК 551.465
ПРОБЛЕМА МЕЖЛЕДНИКОВОЙ 11-Й МОРСКОЙ ИЗОТОПНОЙ СТАДИИ С ПОЗИЦИЙ НОВОЙ КОНЦЕПЦИИ ОРБИТАЛЬНОЙ ТЕОРИИ
ПАЛЕОКЛИМАТА © 2010 г. В. А. Большаков
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, географический факультет
e-mail: vabolshakov@mail.ru Поступила в редакцию 05.05.2008 г., после доработки 12.11.2008 г.
Показано, что так называемая "проблема МИС 11" является в первую очередь не проблемой теории Миланковича, а проблемой теоретических версий его последователей. Факт существования самой проблемы указывает на недостатки теоретических представлений, связывающих вариации инсоляции с глобальными колебаниями климата плейстоцена, в рамках соответствующих теорий. Сделано заключение, что "проблема МИС 11" является частным случаем более общей проблемы несоответствия орбитально обусловленных вариаций инсоляции глобальным колебаниям климата.
ВВЕДЕНИЕ
Как известно, создание орбитальной теории па-леоклимата изначально было направлено на объяснение причин и закономерностей развития оледенений в геологическом прошлом. В самом общем виде орбитальная теория (гипотеза) палеоклимата — это теория, связывающая глобальные колебания климата с вариациями приходящей к Земле солнечной радиации (инсоляции), которые, в свою очередь, вызваны изменениями орбитальных параметров планеты. (Орбитальные параметры — эксцентриситет эллиптической орбиты Земли, прецессия земной оси и ее наклон к плоскости эклиптики — определяют положение Земли на орбите при её движении вокруг Солнца). Ранее было показано [4], что название "орбитальная теория" является более правильным и конкретным, нежели обычно используемое название "астрономическая теория". Другое, часто употребляемое в качестве синонима название — "теория Миланковича" — обозначает лишь одну из частных версий орбитальной теории, названной по имени создателя этой версии, Миланковича [9].
Развитие орбитальной теории началось более 165 лет назад, с работы Адемара [10], в которой впервые была высказана орбитальная гипотеза оледенения. Наиболее значительный вклад в создание орбитальной теории, намного опередивший ее развитие, был сделан Кроллем [17]. Он впервые ввел понятие о положительных обратных связях в климатической системе. Только спустя более 130 лет после публикации Адемара орбитальная гипотеза была подтверждена, т.е. была показана эмпирически связь между вариациями орбитальных элементов и глобальными климатическими колебаниями. Это было сделано Хейсом и др. [23] при изучении в первую очередь изотопно-кислородных, а также
других палеоклиматических записей по двум глубоководным колонкам Индийского океана.
Тем не менее, развитие орбитальной теории продолжается и сейчас, поскольку до сих пор нет корректной теории, объясняющей особенности динамики ледниково-межледниковых циклов плейстоцена и позволяющей дать обоснованный прогноз будущих природных, без антропогенного воздействия, глобальных изменений климата. Отчасти это обусловлено тем, что действительная, первостепенная, важность введенных Кроллем обратных связей, являющихся определяющим фактором, обеспечивающим значимое воздействие вариаций инсоляции на изменения климата, в полной мере не осознается многими исследователями до сих пор. Во многом это связано с некритичным восприятием теории Миланковича, в которой главным и по сути единственным фактором, определяющим глобальные климатические колебания, являются вычисленные им дискретные вариации инсоляции.
Удивительно то, что объективное отношение к теории Миланковича не возобладало даже после того, как в работе [23], а затем во многих других публикациях были выявлены значительные противоречия современной версии орбитальной теории — теории Миланковича и его последователей — с эмпирическими данными [1, 4, 21, 27, 33—35]. Среди наиболее известных противоречий — так называемые проблемы 100-тысячелетнего периода и сред-неплейстоценового перехода; к ним также относят и проблему 11-й морской изотопной стадии (МИС).
ПРОБЛЕМА МИС 11
Сутью проблемы МИС 11 является несоответствие между пониженной амплитудой изменения
Время, тыс. лет назад
0 200 400 600 800 1000
Время, тыс. лет назад
18
Рис. 1. (а) — Нормированные изменения изотопно-кислородной кривой LR-04 [28] (5 О, сплошная линия) и июльской инсоляции под 65° с.ш. [12] (точечная линия) для последнего миллиона лет. Цифры над ИК кривой означают общепринятые номера ИК стадий, при этом нечетные стадии соответствуют межледниковьям (максимумы), четные — оледенениям (минимумы ИК кривой). (б) — Изменения во времени эксцентриситета е земной орбиты (по [12]).
инсоляции в интервале времени от примерно от 430 до 370 тыс. лет назад и наиболее значительной амплитудой изотопно-кислородного сигнала при переходе от МИС 12 к МИС 11 (рис. 1а). Обычно рассматривается среднемесячная, июньская или июльская, или даже суточная для дня летнего солнцестояния, инсоляция под 65° с.ш. Для удобства сопоставления с другими данными, нормированные значения 518О на рис. 1а (и рис. 3) умножены на —1. Так что, например, увеличение значений 518О на этих рисунках на самом деле соответствует понижению реально измеряемых значений этого параметра. (Как известно, понижение величины 518О карбонатов фораминифер отражает повышение температуры океанской воды и понижение, за
счет таяния, глобального объема льда). Из рис. 1а видно, что за последний миллион лет отмечается 3 периода времени, около 800, 400 и 10 тыс. лет назад, когда амплитуда изменения июльской инсоляции была пониженной. Данный факт определяется тем, что в эти же периоды времени эксцентриситет земной орбиты е также имел минимальные значения (рис. 1б).
Дело в том, что в изменения среднемесячной, а тем более суточной, инсоляции практически всех широт, за исключением инсоляции зимнего времени высоких широт, определяющий вклад дает прецессия земной оси [12, 18, 31]. В свою очередь, изменения прецессионной инсоляции модулируются вариациями эксцентриситета, а вариации эксцен-
Амплитуда
15
(а)
10
23.7
41
_/А
22.4
к^/лл/У
0 0.01 Амплитуда
95
0.02 0.03 0.04
Частота, 1/тыс. лет (б)
0.05
0.06
0.01 0.02 0.03 0.04
Частота, 1/тыс. лет
0.05
0.06
Рис. 2. Данные спектрального анализа изменений: инсоляции (а) и 518О (б), показанных на рис. 1. Цифры над кривыми указывают периоды (в тыс. лет) наиболее значимых гармоник соответствующих изменений.
5
0
триситета характеризуются в основном двумя периодами (рис. 1б), один из которых около 400 тыс. лет, другой — 100 тыс. лет. С главным, 400-тысячелетним периодом и связаны наиболее заметные и продолжительные минимумы амплитуды вариации среднемесячной (суточной) инсоляции.
Наличие 400-тысячелетних минимумов эксцентриситета в преддверии МИС 11 и МИС 1 позволило многим исследователям сделать предположение о сходстве климатических условий, соответствующих времени МИС 11 и современному межледни-ковью [20, 22, 29, 30, 32]. Такое предположение оказалось особенно привлекательным еще и потому, что климатические условия, соответствующие МИС 11, отличаются от условий, соответствующих другим нечетным (межледниковым) изотопным стадиям.
Прежде всего, 11-ю стадию соотносят с наименьшим глобальным объемом льда (наименьшим значением 518О) и, соответственно, с наибольшим потеплением и подъемом уровня Мирового океана. Во-вторых, наличие экстремально теплых климатических условий сопровождалось и наибольшей их продолжительностью (рис. 1а). В-третьих, некоторые исследователи [22] связывают с МИС 11 начало нового этапа климатических колебаний, характеризуемого повышенной амплитудой изменений в цикле оледенение-межледниковье, так называемый "переход среднего Брюнеса" ("mid-Brunhes transition").
Аналогии между МИС 11 и МИС 1 важны прежде всего из-за гипотетической возможности предсказания будущего природного климатического тренда и, на этой основе, создания наиболее обоснованной модели предстоящих климатических из-
AP, ô18O
Время, тыс. лет назад
Рис. 3. Сопоставление нормированных изменений 518О кривой LR-04 с орбитально-климатической диаграммой (АР) для последнего миллиона лет.
менений, с учетом антропогенного воздействия. Поэтому появляются статьи с названиями: "Морская изотопная стадия 11 как аналог современного межледниковья" [30], или "Климат 400 тысяч лет назад — ключ к будущему?" [13]. В работе [30] был сделан вывод о том, что "интервал (времени) 405— 340 тыс. лет назад может привести к лучшему пониманию нашего настоящего и будущего теплого климата". Следствием этого вывода явилось моделирование будущих изменений климата, проведенное Лутр. Согласно ее работе [29], нас ожидает длительное межледниковье, а обусловленное естественными, природными причинами оледенение на Земле не наступит раньше, чем через 50 тыс. лет.
Как известно, главные климатические циклы плейстоцена — оледенение—межледниковье — коррелируют с 100-тысячелетними вариациями эксцентриситета. В частности, из сравнения рис. 1а и 1б легко видеть, что оледенения последнего миллиона лет приходятся на минимумы эксцентриситета, а межледниковья — на его максимумы. По-видимому, данное обстоятельство, а также указанные выше другие причины побудили некоторых исследователей к поиску и 400-тысячелетней эксцентриситет-ной цикличности в изменении природных условий плейстоцена, несмотря на то, что циклы такой длительности не были обнаружены при анализе изотопно-кислородных (ИК) данных по глубоководным колонкам [27]. (Обнаружение Клеменсом и Тидеманном [16] эксцентриситетных, в том числе и 400-тысячелетнего, периодов в изотопно-кислородной записи плиоцена-эоплейстоцена может быть артефактом, т.к. амплитуда соответствующих климатических вариаций очень мала.)
Заключение об отсутствии 400-тысячелетней цикличности в климатических изменениях плейстоцена, сделанное на основе анализа ИК данных по глубоководным колонкам, представляется мне более убедительным, нежели появляющиеся в печати утверждения о наличии такой (или близкой к ней) цикличности, полученные при анализе континентальных отложений. Мое мнение основано на двух общепризнанных преимуществах исследования глубоководных отложений, по сравнени
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.