ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2013, № 2, с. 83-90
ЭВОЛЮЦИЯ ПРИРОДНЫХ СИСТЕМ
УДК 551.583.13:551.791
О НАЛИЧИИ 400-ТЫСЯЧЕЛЕТНЕШ ЭКСЦЕНТРИСИТЕТНОГО ЦИКЛА В ИЗМЕНЕНИЯХ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ПЛЕЙСТОЦЕНА*
© 2013 г. В.А. Большаков, И.А. Каревская
Московский государственный университет им. М.В Ломоносова Поступила в редакцию
Проведен анализ седиментационных записей лёссово-почвенных разрезов Восточной Европы (Россия, Украина) и Азии (Западная Сибирь, Таджикистан, Лессовое плато Китая) и рассмотрены данные об изменениях природной среды плейстоцена по другим континентальным разрезам, в частности, по седиментационным колонкам озера Байкал и ледяным кернам Антарктиды (станция Dome C). Показано, что: а) надежные эмпирические данные об имеющих заметную амплитуду 400-тысячелетних климатических колебаниях отсутствуют в палеоклиматических записях рассмотренных континентальных разрезов плейстоцена; б) имеющиеся сообщения о наличии 400-тысячелетней периодичности изменений палеоклиматов либо ошибочны, либо не связаны с 400-тысячелетними вариациями эксцентриситета.
Введение. В известной публикации Хейса, Им-бри и Шеклтона [1] впервые показано, что более 80% глобальной климатической изменчивости за последние 500 тыс. лет характеризуется перио-дичностями, близкими основным гармоникам вариаций орбитальных элементов Земли - около 100, 41 и 23 и 19 тыс. лет. Впоследствии этот результат был подтвержден для длительных, до 1 млн лет и более, изотопно-кислородных (ИК) палеоклиматических записей по глубоководным колонкам [2-5 и др.]. В статье [6] был сделан вывод, что, в отличие от последних примерно 800 тыс. лет (палеомагнитный хрон Брюнес), в течение которых глобальные колебания определялись преимущественно 100-тысячелетней экс-центриситетной периодичностью, в предстоящий период плейстоцена, совпадающий с хроном Ма-туяма, климатическая цикличность представлена в основном 41-тысячелетними колебаниями, обусловленными вариациями наклона земной оси. Таким образом, в глобальных колебаниях плейстоцена выделены, с разной степенью уверенности [7], основные гармоники колебаний всех трех орбитальных элементов, за исключением большого эксцентриситетного цикла длительностью около 400 тысяч лет.
По-видимому, данное обстоятельство сыграло не последнюю роль в том, что некоторые исследо-
* Работа выполняется при поддержке РФФИ, проект № 11-05-00147а.
ватели стали искать 400-тысячелетнюю эксцент-риситетную цикличность в эмпирических записях изменений природной среды плейстоцена. Этому способствовало и то, что 100-тысячелетний цикл наиболее отчетливо проявляется в эмпирических записях последнего миллиона лет - изменениях глобального объема льда, температуры, уровня океана, формировании речных и морских террас, горизонтов лёссов и погребённых почв, отражающих единый и взаимообусловленный, глобальный циклический процесс ландшафтно-климатиче-ской перестройки. А поскольку 400-тысячелет-ний цикл эксцентриситета сравним по амплитуде с 100-тысячелетним циклом (рисунок), казалось бы, логично ожидать столь же сильных, как у 100-тысячелетнего, глобальных климатических проявлений 400-тысячелетнего цикла. Отсюда непосредственно вытекает важный прикладной аспект исследования 400-тысячелетнего периода: надежное установление указанной цикличности способствовало бы уточнению периодизации глобальных колебаний плейстоцена и, соответственно, его хроностратиграфии. Важный теоретический аспект обсуждаемой проблемы заключается в накоплении эмпирических данных о связи орбитальных вариаций с глобальными колебаниями, что является одной из основ корректной разработки орбитальной теории палеоклимата.
Понятно, что для реализации поставленной цели необходимо проанализировать возможно более широкий спектр эмпирических данных о
Время, тыс лет назад
Изменения эксцентриситета эллиптической орбиты Земли за последние 2.6 млн лет (по [8]).
глобальных колебаниях климата в плейстоцене, заключенных и в глубоководных, и в континентальных седиментационных записях. В данной работе будут рассмотрены наиболее информативные, из известных нам, записи континентальных отложений плейстоцена.
Обзор и анализ эмпирических данных. Некоторые предварительные замечания. Записи изменений природной среды в континентальных разрезах плейстоцена имеют как преимущества, так и недостатки по сравнению с аналогичными записями в глубоководных осадках. Преимущества заключаются в основном в том, что континентальные записи часто более подробны, имеют бо'льшую степень разрешения по времени. В качестве примера можно привести разрезы лёссовой формации, ледовые керны Антарктиды и Гренландии. Другое преимущество - большая доступность для исследований и возможности сопоставления палеоклиматических записей для различных широтных и долготных поясов, ланд-шафтно-климатических зон.
Недостатки связаны в первую очередь с более часто встречающимися перерывами в геологической летописи и отсутствием до сих пор точной и подробной ее хронологии, а также с отсутствием палеоклиматических индикаторов, достаточно точно отражающих изменения природной обстановки в численной, удобной для математического анализа форме, как, например, ИК данные. Отсутствие указанных палеоклиматических индикаторов приводит к поиску новых параметров, не всегда адекватно отражающих изменения климата. Один из наиболее известных таких индикаторов - величина магнитной восприимчивости отложений, изменения которой неоднозначны, поскольку, помимо климатических условий, зависят от многих других причин [9, 10].
Среди континентальных разрезов следует выделить опять же ледовые керны и немногочисленные озерные разрезы, в которых есть считающиеся непрерывными записи изменения природной
среды всего плейстоцена или значительной его части. В последних хронология основана обычно на корреляции с ИК шкалой глубоководных осадков.
В связи с указанными обстоятельствами точное определение длительности климатических циклов в наиболее широко распространённых, лёссово-почвенных разрезах, не представляется возможным. В таких случаях выявление периодичности в седиментационных записях циклических изменений природной среды прошлого делается с помощью грубых временных прикидок. При этом сначала необходимо показать наличие цикличности в изучаемых индикаторах состояния природной среды, т.е. их закономерное отклонение от какого-либо исходного состояния с возвращением к примерно этому же состоянию в течение как минимум двух циклов. После этого делается оценка периодичности изучаемых изменений путём сопоставления определенных стадий процесса с имеющимися хронологическими датами, в частности, связанными с границами па-леомагнитных инверсий. Примерно такой способ оценки периодов климатической изменчивости, близкой к 400 тысячам лет, представлен в работах [11, 12, 13]. При установлении хронологии записей часто принимается обычно необоснованный тезис о постоянстве скорости седиментации внутри определённых хронологических реперов. (Заметим, однако, что и точная фиксация границ инверсий в лёссовых разрезах также представляет собою сложную задачу [14, 15]).
Очевидно, легче сделать вывод об отсутствии 400-тысячелетней периодичности в изменениях какого-либо индикатора. Для этого достаточно показать, что на протяжении изучаемого периода времени, не меньшего 400 тысяч лет, не было циклических изменений, соответствующих данному интервалу времени. Это имеет место, когда величина изучаемого параметра либо не изменяется, либо демонстрирует однонаправленное изменение (уменьшение или увеличение) в течение 400 тыс. лет. Если же внутри этого интервала фиксируются более частые колебания (как примерно 100-тысячелетние на рисунке), то на отсутствие 400-тысячелетней цикличности может указывать или неизменность, или однонаправленные изменения амплитуды этих 100-тысячелетних колебаний, вкупе с однонаправленным изменением (или постоянством) величины их максимумов и минимумов.
Эмпирические данные. По-видимому, первым, кто выделил близкий к 400-тысячелетнему климатический цикл в плейстоцене, был В.А. Зу-баков [11], который предложил выявленный им
"климатический ритм" длительностью около 360-380 тыс. лет именовать "звеном". Вначале этот цикл не связывался с вариациями эксцентриситета, однако впоследствии, по мере подтверждения обусловленности глобальных колебаний орбитальными вариациями инсоляции, В.А. Зу-баков связал выделенный цикл с 400-тысячелет-ней гармоникой вариаций эксцентриситета [12, 16]. Он подчеркивал важное значение этого цикла (звена) для климатохронологической периодизации плейстоцена [12].
Мы [17] уже указывали на недостаточно строгую обоснованность выделения В.А. Зубаковым как самой цикличности, т.е. сопоставимости и последовательности отдельных ступеней развития внутри разных циклов, так и временную оценку цикла. При климатостратиграфическом расчленении плейстоцена он отдавал предпочтение глубоководным разрезам и, в частности, ИК шкале (введенное им климатостратиграфическое подразделение "ортоклиматем" фактически соответствует ИК стадии) [12, рис. 6.1]. Тем не менее, проводимая корреляция ИК стадий между собой и с палеоклиматическими событиями на континенте не является достаточно обоснованной. Например, ИК стадия 5 сопоставляется с ИКС 13, 14 и частью ИКС 15, а ИКС 6 сопоставляется со стадией 16 и частью ИКС 15 [12]. Также В.А. Зуба-ков, видимо, первым сопоставил ИКС 11 с ИКС 1, однако сопоставление этих двух стадий с ИКС 21 совершенно нелогично.
Позднее В.А. Зубаков отказался от "эксцентри-ситетной" гипотезы в пользу гипотезы "гравитационно-океанической" [18]. Новая точка зрения обосновывалась так [18, с. 278]: "... исключительный интерес представляет гипотеза радиофизика А.В. Шабельникова (конкретной ссылки нет - В.Б. и И.К.), который путем теоретических расчетов вычислил 371-тысячелетнюю гравитационную волну, которая, по его мнению, связана с обращением Солнечной системы вокруг ближайшего местного звездного скопления в нашей Галактике. Авторы не считают себя компетентными для ее обсуждения, но можно заключить, что она ближе к объяснению генезиса звеньевого цикла, нежели гипотеза эксцен
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.