научная статья по теме НОВЫЕ ИДЕИ О ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ В ЛЕДНИКАХ В СВЕТЕ ИЗУЧЕНИЯ КЕРНОВ ЛЬДА (ОБЗОР КНИГИ «PHYSICS OF ICE СORE RECORDS II» - LOW TEMPERATURE SCIENCE. SUPPLEMENTAL ISSUE. 2009. V. 68. 328 P.) Геофизика

Текст научной статьи на тему «НОВЫЕ ИДЕИ О ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ В ЛЕДНИКАХ В СВЕТЕ ИЗУЧЕНИЯ КЕРНОВ ЛЬДА (ОБЗОР КНИГИ «PHYSICS OF ICE СORE RECORDS II» - LOW TEMPERATURE SCIENCE. SUPPLEMENTAL ISSUE. 2009. V. 68. 328 P.)»

Критика и библиография

Новые идеи о физических процессах в ледниках в свете изучения кернов льда (Обзор книги «Physics of Ice Core Records II» - Low Temperature Science. Supplemental Issue. 2009. V. 68. 328 p.)

© 2011 г. В.Н. Михаленко

Институт географии РАН, Москва vladimir@mikhalenko.ru

Ледниковые керны занимают особое место в ряду косвенных источников палеоклиматической информации. Во-первых, это связано с высоким временным разрешением получаемых данных; во-вторых, только в ледниковых кернах содержатся сведения об атмосфере прошедших эпох. При интерпретации различных палео-климатических сигналов, заключённых в ледниковых кернах, учитываются многочисленные физические процессы, которые происходят в ледниках с момента выпадения первых снежинок до исчезновения этих сигналов вблизи ледникового ложа. В 1996 г. Международной комиссией снега и льда (ICSI) была создана рабочая группа по исследованию физических процессов в «ледниковых кернах», главная задача которой — координация исследований в этой области. В 1998 г. группа провела первое рабочее совещание по физике ледниковых кернов, результаты которого были опубликованы отдельной книгой [1]. За время, прошедшее после этого совещания, появилось много новых материалов по исследованию физических свойств снега и льда и процессов в ледниках. Для обсуждения этих достижений по инициативе Института низких температур Университета Хоккайдо было организовано второе Международное совещание по «физике ледниковых кернов», которое прошло в Саппоро 2-6 февраля 2007 г. Труды совещания также были изданы отдельным томом [2], куда, кроме прочитанных докладов, вошли заказные статьи по ряду проблем, посвящённых изучению физических процессов в ледниках, учёт которых необходим при корректной интерпретации результатов исследования ледниковых кернов. Рефераты докладов доступны в Интернете (http://www.ice.lowtem.hokudai.ac.jp/project/ abstracts.pdf). Все статьи носят обзорный характер, что делает их интереснее, чем просто опубликованные материалы симпозиума. Статьи сгруппированы по четырём тематическим разделам.

В первый раздел вошли статьи, посвящённые микрофизическим свойствам льда, его деформации, текстурным и структурным особенностям. Он открывается большой обзорной статьёй редактора сборника — Т. Хондо (T. Hondoh), в которой автор пишет о важности изучения микрофизических процессов в ледниках. Речь идёт как о

Статья принята к печати 14 января 2011 г.

процессах, которые начали исследовать сравнительно недавно (например, значительное фракционирование азота и водорода в переходной зоне от воздушных включений к газовым гидратам или исследование воднора-створимых микрочастиц, распределение и поведение которых служит ключом к пониманию химических процессов в ледниках), так и о хорошо известных — анизотропии при деформации кристаллов льда. Анизотропная деформация исследовалась в лабораторных условиях ещё в 1960-х годах, но только в последние годы появилась возможность учёта её в моделях динамики масс льда. Т. Хондо предложил направление, занимающееся исследованием «тонких» процессов в ледниках, называть нано-гляциологией. Отметим, что, с одной стороны, роль каждого из этих процессов в жизни ледника относительно невелика, но с другой — их недоучёт ведёт к серьёзным ошибкам при палеогеографических реконструкциях по ледниковым кернам. Ряд статей в этом разделе посвящён общим вопросам изучения внутренней структуры ледников в целом и отдельных кристаллов льда, а также изменениям структуры льда при хранении керна. В работе французских исследователей (M. Montagnat, G. Durand, P. Duval) рассматриваются процессы рекристаллизации зернистого льда. Из трёх основных процессов рекристаллизации, последовательно сменяющих друг друга, основное внимание уделено динамической рекристаллизации, связанной с движением ледников. Эта статья служит продолжением работ П. Дюваля по данной проблеме [1], но с привлечением результатов последних исследований керна из скважины EPICA Dome C. Следующие две статьи посвящены исследованиям текстуры ледникового льда в кернах EPICA Dome С и GRIP и NorthGRIP. Это -коллективная статья исследователей из Дании, Франции и Норвегии. Установлено, что в антарктическом керне (EPICA Dome С) (G. Durand et al.) средний размер кристаллов льда закономерно возрастает с возрастом и соответственно с глубиной. Однако в конце каждого климатического цикла на фоне общей тенденции роста наблюдается отчётливое уменьшение размеров кристаллов. По мнению авторов, это может быть связано с изменением концентрации пыли в атмосфере на границе ледниковых эпох и межледниковий. Рассмотрены также закономер-

9 Лёд и снег, № 4

- 129 -

Критика и библиография

ности в изменении ориентировки оси С кристаллов по глубине. В гренландских кернах (GRIP и NorthGRIP) (A. Svensson et al.) с помощью автоматического анализатора ориентировки осей кристаллов установлено, что значительная анизотропия кристаллов (около 30%) отмечается ниже фирновой толщи (110 м по глубине). Для объяснения изменений в размерах кристаллов льда по глубине использована модель, учитывающая скорость роста ледяных зёрен и рекристаллизацию, связанную с движением. Коллектив японских и немецких исследователей (I. Weikusat et al.) сравнил изменение микроструктуры льда в керне EPICA DML при его деформации и в искусственно деформированном искусственном льде. S. Donoghue и T. Jacka (Австралия) показали, как изменяются свойства ледникового льда вдоль линии тока от Low Dome Summit до мыса Folger Ice в районе станции Кейси. Проанализировано десять образцов ледяных кернов. Установлено, что все характеристики кристаллической структуры льда закономерно меняются от внутренних районов Антарктиды к побережью.

Второй раздел посвящён моделям течения льда в ледниковом покрове Антарктиды. При изучении полярных ледяных массивов R. Greve с соавторами использовали методы механики сплошных сред. В их статье рассматривается разработанная авторами модель CAFFE (Continuum-mechanical, Anisotropic Flow model, based on an anisotropic Flow Enhancement factor), в основу которой положены закон течения анизотропного льда и его эволюция. В статье O. Gagliardini с соавторами дан обзор существующих моделей анизотропного льда — от единичного кристалла льда до моделей течения ледниковых покровов. Заключает этот раздел большая работа А.Н. Саламатина с соавторами, посвящённая интерпретации керна со станции Восток. Она основана на комплексном использовании результатов анализа керна, радиолокационных данных вдоль линии тока, проходящей через станцию Восток, и математическом моделировании течения льда и температурного режима ледникового покрова.

Третий раздел сборника посвящён исследованиям уплотнения снежно-фирновой толщи, замыкания пор и проблеме определения возраста ледниковой толщи. Он открывается фундаментальной работой А.Н. Саламатина с соавторами из России, Франции и Японии, посвящённой уплотнению снежно-фирновой толщи в ледниках. В ней приводится теория уплотнения сухого снега и рассматривается модель преобразования снега и фирна в лёд. Авторами проанализированы все опубликованные профили плотности снежно-фирновой толщи в широком диапазоне климатических и географических условий. Совместная работа британских, швейцарских и немецких исследователей (M. Hutterli et al.) посвящена оценке влияния местной инсоляции на метаморфизм снега и, как результат, на данные, получаемые из ледниковых кернов. Местная инсоляция — главный компонент энергетического баланса поверхности ледниковых покровов. Именно она является причиной метаморфизма снега и фирна, обусловленного температурным градиентом внутри толщи. Авторами предложена физическая модель, позволяющая рассчитать величину метаморфизма снега и фирна в прошлом. Груп-

пой французских учёных — разработчиков моделей (B. Lmieux-Dudon et al.) — предложен вероятностный метод построения оптимальной возрастной шкалы для ледниковых кернов. Возрастные шкалы строятся на основе хорошо датированных реперных горизонтов, сравнения с другими известными палеоклиматическими событиями, а также путём прямого подсчёта годовых горизонтов и математического моделирования. Все эти методы имеют разную погрешность на различных участках ледниковых кернов. Авторы путём решения обратных задач попытались рассчитать оптимальную возрастную шкалу для керна EPICA Dome С. Сезонные вариации изотопного состава и концентрации углекислого газа в толще снега и фирна исследованы в течение года на британской антарктической станции Halley (K. Weiler et al.).

Четвёртый раздел посвящён химическому и изотопному составу ледникового льда. Его открывает статья о химическом составе водорастворимых включений в керне с Dome Fuji (Y. Iizuka et al.). С помощью метода micro-Raman спектроскопии и ион-хроматографии исследовано содержание включений сульфатов натрия и кальция, концентрация которых отражает периоды потепления и похолодания. J. Moore и A. Grinsted (Финляндия), используя методы аналитической химии, исследовали процессы в снежно-фирновой толще в районах с сезонным таянием. Установлено, что на Шпицбергене концентрация основных химических соединений за счёт таяния значительно уменьшается в течение первых трёх лет. Авторы предложили математическую модель для учёта влияния инфильтрации. А.Н. Екайкин и В.Я. Липенков сделали обзор современных представлений об изотопном составе ледникового льда. Рассмотрены закономерности его формирования в районе станции Восток в Антарктиде и изотопный состав озёрного льда из оз. Восток. Говоря об изотопном составе снега и льда, чаще всего рассматривают соотношение изотопов 16О и 18О. Новые аналитические методы позволяют определять также содержание изотопа 17О. Однако в состав молекулы воды входит также водород в виде двух стабильных изотопов — H и D. Рассмотрению различных сочетаний изотопов кислорода и водорода в молекулах воды, слагающей ледниковый лёд, посвящена заключительная статья раздела, написанная коллективом авторов (A. Landais et al.).

Надеемся, что читатели найдут в этом сборнике что-то новое для себя, поскольку большинство авторов — ведущие сп

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