научная статья по теме ПРОБЛЕМА 400-ТЫСЯЧЕЛЕТНЕЙ ПЕРИОДИЧНОСТИ ПРИРОДНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПЛЕЙСТОЦЕНА: АНАЛИЗ ЭМПИРИЧЕСКИХ ДАННЫХ ПО ГЛУБОКОВОДНЫМ И КОНТИНЕНТАЛЬНЫМ РАЗРЕЗАМ Геология

Текст научной статьи на тему «ПРОБЛЕМА 400-ТЫСЯЧЕЛЕТНЕЙ ПЕРИОДИЧНОСТИ ПРИРОДНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПЛЕЙСТОЦЕНА: АНАЛИЗ ЭМПИРИЧЕСКИХ ДАННЫХ ПО ГЛУБОКОВОДНЫМ И КОНТИНЕНТАЛЬНЫМ РАЗРЕЗАМ»

УДК 551.465

ПРОБЛЕМА 400-ТЫСЯЧЕЛЕТНЕЙ ПЕРИОДИЧНОСТИ ПРИРОДНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПЛЕЙСТОЦЕНА: АНАЛИЗ ЭМПИРИЧЕСКИХ ДАННЫХ ПО ГЛУБОКОВОДНЫМ И КОНТИНЕНТАЛЬНЫМ РАЗРЕЗАМ © 2015 г. В. А. Большаков

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва e-mail: vabolshakov@mail.ru Поступила в редакцию 20.01.2014 г., получена после доработки 30.03.2014 г.

Эмпирические данные об изменениях природной среды плейстоцена, полученные по палеоклимати-ческим записям глубоководных и континентальных разрезов, проанализированы на предмет выявления в них климатической цикличности, обусловленной 400-тысячелетней компонентой вариаций эксцентриситета земной орбиты. Показано, что 400-тысячелетний цикл практически не проявляется в записях палеоклиматических индикаторов, непосредственно отражающих климатические колебания плейстоцена как в глубоководных, так и в континентальных разрезах. Сообщения о наличии 400-тысячелетней цикличности в плейстоценовых записях изменения природной среды в большинстве случаев внутренне противоречивы. Отсутствие указанной эксцентриситетной цикличности в па-леоклиматических записях плейстоцена может служить подтверждением предложенного ранее В.А. Большаковым механизма среднеплейстоценового перехода.

Ключевые слова: плейстоцен, палеоклиматические записи, циклы эксцентриситета земной орбиты.

Б01: 10.7868/80869592X15010044

ВВЕДЕНИЕ

Начавшееся примерно в середине прошлого века глубоководное бурение Мирового океана дало исследователям новый объект изучения геологического прошлого — глубоководные осадки, которые выгодно отличаются от континентальных отложений прежде всего гораздо меньшим количеством перерывов в седиментационной записи, а также большей в целом однородностью условий (среды) осадконакопления. Широкое распространение в океанских водах микроорганизмов с карбонатной (планктонные и бентосные форамини-феры) и кремниевой (радиолярии) раковинами позволило, помимо их непосредственного использования в качестве палеоклиматических индикаторов, применить для глубоководных осадков наиболее информативный метод изучения глобальных палеоклиматических изменений — изотопно-кислородный (ИК) анализ.

Как известно, вариации тяжелого изотопа кислорода, содержащегося в раковинах форамини-фер, отражают изменения глобального объема льда, а также температуры. Важно то, что эти изменения фиксируются в удобной для анализа численной форме, позволяющей провести достаточно точные количественные оценки, по край-

ней мере, относительных вариаций указанных палеоклиматических параметров. И в первую очередь ИК-данные по глубоководным колонкам позволили подтвердить орбитальную гипотезу палеоклимата об обусловленности глобальных колебаний климата последнего миллиона лет вариациями орбитальных элементов (Hays et al., 1976; Imbrie et al., 1984; Большаков, 2003 и мн. др.). Наличие орбитальных периодичностей в палеоклиматических записях привело к созданию ИК-хронологической шкалы и бурному развитию астрохронологии, или циклостратиграфии, основание которой следует связывать с именем Кролля (Croll, 1875; Bol'shakov et al., 2011; Большаков, Капица, 2011).

Однако ИК-записи выявили и существенные противоречия с принимаемой большинством современных исследователей версией орбитальной теории палеоклимата — теорией М. Милан-ковича (1939) и его последователей. Среди наиболее известных противоречий — проблема 100-тысячелетнего цикла последнего миллиона лет, проблема "среднеплейстоценового перехода", проблема 400-тысячелетней периодичности. К последней можно отнести и так называемую "проблему 11-й морской изотопной стадии"

(МИС), заключающуюся в несоответствии между пониженной амплитудой изменения инсоляции в интервале времени от примерно 430 до 370 тыс. лет назад и наиболее значительной амплитудой изотопно-кислородного сигнала при переходе в этом же интервале времени от МИС 12 к МИС 11 (Большаков, 2010). Обычно рассматривается среднемесячная (июньская или июльская) или даже суточная (для дня летнего солнцестояния) инсоляция под 65° с.ш. За последний миллион лет отмечается 3 периода времени — около 800, 400 и 10 тыс. лет назад, когда амплитуда колебания среднемесячной инсоляции была пониженной, что определяется минимальными значениями эксцентриситета земной орбиты е в эти же периоды времени (рис. 1а).

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 (Berger, Loutre, 1991; Crucifix et al., 2006). Изменения прецессионной инсоляции модулируются вариациями эксцентриситета (е), а вариации е характеризуются в основном двумя периодами, один из которых около 400 тыс. лет, другой — около 100 тыс. лет. В свою очередь, 100-тысячелетний цикл имеет несколько гармоник, главные из которых 95 и 123 тыс. лет, согласно Berger et al. (2004). Для исследуемого нами интервала 0—2.6 млн лет эти гармоники составляют около 95 и 124 тыс. лет, согласно рис. 1б—1г настоящей работы.

С 400-тысячелетними минимумами эксцентриситета и связаны наиболее продолжительные интервалы времени с минимальными амплитудами вариаций среднемесячной инсоляции. Наличие 400-тысячелетних минимумов е в преддверии МИС 11 и МИС 1 ("сходство орбитальной конфигурации", как несколько неопределенно пишут некоторые зарубежные и следом за ними российские специалисты) позволило многим исследователям сделать предположение о глобальном сходстве климатических условий, соответствующих времени МИС 11 и современному межледни-ковью (Droxler, Farrel, 2000; Berger, Loutre, 2002; Loutre, 2003; Loutre, Berger, 2003; McManus et al., 2003; Болиховская, 2007). Такое предположение оказалось особенно привлекательным из-за декларируемой возможности столь актуального теперь прогнозирования будущих климатических изменений.

"Сходство орбитальной конфигурации", связанное с 400-тысячелетними минимумами е, привело и к предположению о существовании в плейстоцене глобальных колебаний климата такой же продолжительности, по аналогии с хорошо выраженными в течение последнего миллиона лет 100-тысячелетними эксцентриситетными цикла-

ми оледенение—межледниковье (Зубаков, 1986, 2005; Болиховская, 2007; Sun et al., 2006). Однако уже первые достаточно длительные плейстоценовые ИК-записи глубоководных колонок показали отсутствие 400-тысячелетней периодичности. Таким образом, из всех основных гармоник вариаций орбитальных элементов только 400-тысяче-летняя периодичность не была обнаружена в ИК-записях последнего миллиона лет. Данное обстоятельство и привело к выделению "проблемы 400-тысячелетнего периода" (Imbrie, Imbrie, 1980; Imbrie et al., 1993; Wang et al., 2010).

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Исследование вопроса о существовании 400-тысячелетнего климатического цикла плейстоцена важно как минимум в двух аспектах. Первый, прикладной, касается уточнения наших знаний о глобальной динамике изменений природной среды четвертичного периода. Кроме того, в случае надежного установления существования такой цикличности может быть уточнена периодизация этих изменений и, соответственно, хро-ностратиграфическая шкала данного геологического периода. Второй аспект, теоретический, имеет несомненное значение для понимания причин глобальных изменений и, следовательно, для корректной разработки теории палеоклима-тических колебаний плейстоцена.

Поскольку рассматривается 400-тысячелетний цикл, связанный с соответствующей гармоникой вариаций эксцентриситета, то, по аналогии с 100-тысячелетним эксцентриситетным циклом, предполагается, что он хорошо выражен в палео-климатических записях и проявляется глобально. Следовательно, изучение указанного вопроса должно быть основано на анализе эмпирических палеоклиматических данных, полученных и по глубоководным, и по континентальным отложениям плейстоцена различных регионов. Ранее выполнен такой предварительный анализ по континентальным отложениям (Большаков, Каревская, 2013). Цель данной работы — проанализировать на наличие 400-тысячелетнего климатического цикла прежде всего данные по глубоководным осадкам, о преимуществах изучения которых сказано выше, и уже с позиции полученных по глубоководным осадкам результатов вновь обратиться к анализу данных по континентальным отложениям, география которых в данном исследовании несколько изменена.

Обращаясь к рис. 1, отметим, что хорошо выраженные периодичности (в данном случае периоды около 100 и 400 тыс. лет) можно выделить уже на исходном графике рис. 1а, без проведения спектрально-временного анализа имеющихся данных. Спектральный анализ уточняет значения выделенных периодов (например, на рис. 1б

e

0.06

(a)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600

Время, тыс. лет

(б)

396 95

0-2600 тыс. лет °-010 0.008

0.004

0.002

(в)

0.02 0.04

Частота, 1/тыс. лет

(г)

0.06

0.02 0.04

Частота, 1/тыс. лет

0.06

124

0-1300 тыс. лет

0.02 0.04

Частота, 1/тыс. лет

0.06

Рис. 1. Изменения эксцентриситета земной орбиты (по Berger, Loutre, 1991) (а) и амплитудно-частотные спектры этих изменений для интервалов времени: 0-2600 тыс. лет (б), 0-1300 тыс. лет (в), 1300-2600 тыс. лет (г). Цифры у максимумов амплитудно-частотных спектров указывают периоды (в тыс. лет) наиболее значимых гармоник изменений эксцентриситета.

0

0

0

представлены главные гармоники 100-тысячелет-него периода — около 125 и 96 тыс. лет) и выявляет более скрытые периодичности в изменении рассматриваемого элемента. Правда, в последнем случае возможны и артефакты, обусловленные разными факторами, такими как качество анализируемых записей, надежность и точность временной шкалы, длительность и шаг временных рядов, чисто стохастические причины. Так, фактор длительности временного ряда, в частности, проявляется в результатах спектрального анализа, показанных на рис. 1б—1г.

400-ТЫСЯЧЕЛЕТНИЙ КЛИМАТИЧЕСКИЙ

ЦИКЛ В ГЛУБОКОВОДНЫХ РАЗРЕЗАХ ПЛЕЙСТОЦЕНА

Рассмотрим наиболее показательные данные об изменениях природной среды плейстоцена по глубоководным осадкам. Предварительно заметим, что выявление аналогий в климатических условиях МИС 11 и МИС 1,

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