научная статья по теме СВИДЕТЕЛЬСТВО СКОРОГО ОКОНЧАНИЯ СОВРЕМЕННОГО МЕЖЛЕДНИКОВЬЯ Математика

Текст научной статьи на тему «СВИДЕТЕЛЬСТВО СКОРОГО ОКОНЧАНИЯ СОВРЕМЕННОГО МЕЖЛЕДНИКОВЬЯ»

ГЕОГРАФИЯ

СВИДЕТЕЛЬСТВО СКОРОГО ОКОНЧАНИЯ СОВРЕМЕННОГО МЕЖЛЕДНИКОВЬЯ © 2013 г. Н. В. Вакуленко, Д. М. Сонечкин

Представлено академиком В.М. Котляковым 31.07.2012 г. Поступило 15.08.2012 г.

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2013, том 452, № 1, с. 92-95

УДК 551.583

Б01: 10.7868/80869565213260198

С помощью вейвлетов сравниваются многовековые и тысячелетние климатические колебания в современном межледниковье — голоцене и его лучшем аналоге — межледниковье, имевшем место ~400 тыс. лет назад. Это сравнение указывает на возможность скорого окончания голоцена — примерно через 1—2 тыс. лет. Не разумно ли уже сейчас начать подготовку к этому переходу, поскольку он будет иметь для человечества тяжелейшие последствия?

На фоне современного глобального потепления предупреждения палеоклиматологов, что в перспективе Земля должна вступить в новый ледниковый период вследствие неизбежного уменьшения приходящей к Земле солнечной радиации (инсоляции), связанного с известными квазипериодическими изменениями орбиты Земли, кажутся абстрактными и неактуальными для человечества. Однако последствия такого перехода будут несравненно тяжелее, чем те, что ожидаются, если современное потепление климата продолжится в соответствии со сценариями последнего доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата [1]. Поэтому в данной работе мы обращаем внимание на следующую из анализа палеоклиматических данных возможность сравнительно скорого вступления Земли в новый ледниковый период.

Отметим, что это наше предупреждение противоречит предсказаниям западных палеоклиматологов [2, 3], что современное межледниковье — голоцен — будет продолжаться еще, по меньшей мере, 40—50 тыс. лет. Обосновывая свое предсказание, западные ученые не только сопоставляли вариации инсоляции в голоцене и в его лучшем аналоге — так называемой морской изотопной стадии 11 (МИС11), а также в некоторых других межледниковьях плейстоцена (МИС5, МИС19), но и проводили численные эксперименты с силь-

Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии наук, Москва

но упрощенными моделями климатической системы [3—5]. В этих экспериментах они старались показать следующее: нынешняя беспрецедентно высокая концентрация парниковых газов в атмосфере будет столь сильно уменьшать уходящее длинноволновое излучение Земли, что это скомпенсирует неизбежное в ближайшие тысячи и десятки тысяч лет уменьшение инсоляции.

В отличие от западных ученых мы считаем, что нынешние климатические модели плохо воспроизводят динамику реального климата. Поэтому, решая вопрос о вероятном времени окончания голоцена, надо искать сходство между голоценом и МИС11 не столько в их инсоляционных условиях, сколько в самих свойственных им климатах, т.е. искать динамическую аналогию между этими межледниковьями. Для поиска такой аналогии мы используем недавно построенные по кернам, полученным на антарктической станции "Купол С" в рамках Европейского проекта бурения ледникового щита Антарктиды (European Project Ice Coring in Antarctica — EPICA) [6, 7]), ряды содержания солей натрия и кальция, которые характеризуют климатические условия преимущественно морской и преимущественно континентальной подсистем глобальной климатической системы соответственно.

Предварительный анализ этих рядов, а также ряда содержания пыли в керне отечественной станции "Восток" показал [8—11], что все переходы за последние примерно 800 тыс. лет (в среднем и позднем плейстоцене) от ледникового к межледниковому климату и обратно начинались с океанической подсистемы. Поэтому в данной работе мы ограничиваемся рассмотрением только ряда содержания натрия, причем специально подготовленной его версии [12], представляющей временные вариации солей натрия исключительно морского происхождения. Мы благодарим сотрудника Бернского университета Ф. Ламберта, который предоставил эту версию в наше распоряжение еще до ее официальной публикации.

СВИДЕТЕЛЬСТВО СКОРОГО ОКОНЧАНИЯ

93

Общеизвестно, что климатические колебания имеют место в очень широком диапазоне временных масштабов. Нижний предел этого диапазона, согласно официально принятому определению Всемирной метеорологической организации, 30 лет. Верхний предел официально не определен. Но можно полагать, что климатическая система принадлежит к классу интегрально нестационарных динамических систем. Действительно, наблюдение поведения климатической системы в течение практически любого конечного интервала времени (большего 30 лет) обнаруживает тренд, т.е. более или менее систематическое изменение климата от начала к концу рассматриваемого интервала времени. Инкремент этого тренда может существенно меняться (вплоть до смены его знака) при произвольном изменении длины рассматриваемого ряда. Гармонический (корреляционно-спектральный) анализ непригоден для изучения такого поведения, ибо он априори предполагает стационарность, т.е. отсутствие тренда при рассмотрении достаточно длинного ряда.

Зато вейвлетное преобразование (ВП) позволяет анализировать не только стационарные, но и интегрально нестационарные временные ряды. Первые успешные приложения ВП к динамике климата в нашей стране имеют двадцатилетнюю историю [13—15]. По этой причине в данной работе используется анализ, основанный на ВП с комплексной вейвлетной функцией Морле, но проведено одно существенное усовершенствование этого анализа. Климатические колебания реконструируют с помощью обратного ВП не только вещественной компоненты прямого ВП, как общепринято делать, но и мнимой компоненты. Использование обеих реконструированных компонент в качестве фазовых координат позволяет наглядно представить динамику климата в течение рассматриваемого периода времени (отрезок фазовой траектории) в двумерном пространстве состояний климатической системы. Сравнивая так построенные отрезки траектории для голоцена и МИС11, легко обнаружить динамическую аналогию между ними.

Рисунок 1 представляет промежуточные этапы такого сравнения. В его нижней половине показаны ряд колебаний содержания солей натрия морского происхождения длиной 10 тыс. лет для голоцена и реконструированные ряды действительной и мнимой компонент колебаний содержания этих солей в диапазоне временных масштабов, отграниченном на показанной еще ниже картине амплитуд ВП горизонтальными пунктирными линиями. В верхней половине рис. 1 эти характеристики показаны для интервала от 394—408 тыс. лет до настоящего времени. Этот временной интервал включает в себя финальную часть МИС11, аналогичную голоцену (отграничена вертикаль-

ными пунктирными линиями), и переход к последующему ледниковью.

Временные шкалы обеих половин рис. 1 совмещены так, что настоящее время для голоцена соответствует моменту времени примерно 396 тыс. лет назад для МИС11. Даже визуально при таком совмещении картина амплитуд ВП для голоцена выглядит весьма похожей на картину ВП для части МИС11. В обеих картинах видно весьма сильное возрастание амплитуды ВП в масштабах 1—3 тыс. лет. В голоцене оно началось после известного климатического оптимума (примерно за 6 тыс. лет до настоящего времени). В МИС11 такое же возрастание амплитуды ВП началось примерно 403 тыс. лет назад. Обе картины амплитуд ВП содержат еще две неплохо совпадающие детали. Одной из них является кратковременное (продолжалось около 1 тыс. лет) увеличение амплитуды ВП примерно одновременно с началом роста амплитуд тысячелетних колебаний. Для голоцена оно пришлось на масштабы от примерно 200 до 600 лет, а для МИС11 - от 400 до 800 лет. Второй деталью является существенное возрастание амплитуд ВП в наиболее коротких из показанных масштабов примерно за 2 тыс. лет до настоящего времени для голоцена и примерно за

397 тыс. лет для МИС11. Однако другие детали вековых колебаний выглядят на сравниваемых картинах ВП мало сходными. Возможно, причиной тому являются неточности рассматриваемых отрезков рядов.

Поэтому дальнейший анализ ограничивается рассмотрением только в масштабе тысячелетий, для чего используются реконструированные для этого масштаба ряды действительной и мнимой компонент (рис. 1). Эти реконструкции удостоверяют количественное сходство в росте амплитуд тысячелетних колебаний в сравниваемых меж-ледниковьях, особенно четкое по максимумам обеих (вещественной и мнимой) компонент реконструкций, достигнутым примерно за 2 тыс. лет до настоящего времени для голоцена и за

398 тыс. лет для МИС11. Количественное соответствие отчасти теряется для двух последних тысячелетий голоцена (для 398-396 тыс. лет до настоящего времени для МИС11), что можно объяснить краевым искажением ВП для голоцена и отсутствием такового искажения для МИС11, данные для которого нами учитывались и для последующих (более недавних, чем 396 тыс. лет до настоящего времени) лет.

В заключительной части сравнения сопоставляются отрезки фазовых траекторий климатической системы, построенные для голоцена и МИС11 по вышеобсужденным реконструированным компонентам. Они наглядно демонстрируют существенное возрастание амплитуды тысячелетних климатических колебаний со временем для обоих межледниковий. Для голоцена это возрас-

94

ВАКУЛЕНКО, СОНЕЧКИН

и о

30 3

ч

£

-10к

о о

0 £ О

384

768

св £

О

Я

се *

&

Ч О о

394

396

398

400

402

404

406

Тысячи лет до настоящего времени

408

ы

д

о

ю

1536 ^

с

3072 |

6144

2 4 6 8

Тысячи лет до настоящего времени

30

-30

30 192

^84

768

- 1536

- 3072

6144 10

ы

д

о г

из

а т

В

с а

Рис. 1. Сравнение картин вейвлетного преобразования (ВП) рядов содержания солей натрия морского происхождения в частях керна льда со станции "Купол С" в Антарктиде, относящихся к периодам современного межледни-ковья — голоцена (нижняя половина рисунка) и межледниковья МИС11 (верхняя половина). Области картин, где амплитуды ВП велики, зачернены. Реконструкции, полученные с помощью обратного ВП, представляют действительные (жирная линия) и мнимые (тонкая линия) компоненты колебаний содержания натрия в период обоих меж-ледниковий в диапазоне масштабов, отграниченном на картинах ВП горизонтальными пунктирными линиями (~1000-3000 лет).

0

0

0

тание началось примерно 6

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