ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2008, том 421, № 3, с. 402-405
= ГЕОГРАФИЯ =
УДК 551.324
СВИДЕТЕЛЬСТВО УПРЕЖДАЮЩЕЙ РОЛИ ОКЕАНА В ЦИКЛИЧНОСТИ ЛЕДНИКОВЫХ ЭПОХ ПОЗДНЕГО ПЛЕЙСТОЦЕНА
© 2008 г. Н. В. Вакуленко, академик В. М. Котляков, Д. М. Сонечкин
Поступило 04.04.2008 г.
При рассмотрении вариаций содержания пыли (Dust) и солей натрия (Na) в ледяном керне, полученном на станции "Восток" в Антарктиде, выяснено [1, 2], что они происходили более или менее одновременно с вариациями 5D и 518O - общепризнанных индикаторов средней температуры воздуха и объема льда на Земле. Корреляция между одновременными величинами Na и 5D оценена [2], как равная -0.70, т.е. в теплых климатах содержание солей натрия в керне было относительно мало, а в холодных - велико. Аналогичная корреляция для пыли была найдена гораздо более низкой. Причина этого в том, что вероятностное распределение содержания пыли имеет очень большую положительную асимметрию. При максимальных оледенениях количество пыли резко возрастало, но в умеренно холодных климатах пыли было почти столь же мало, как и во времена межледниковий. В данной работе мы рассматриваем логарифм концентрации (lg Dust), корреляция вариаций которого с вариациями 5D столь же высокая, как указанная выше для вариаций Na.
Пылевые частицы, обнаруженные в ледяном керне станции "Восток", имели происхождением континент Южной Америки, а происхождение солей натрия было в основном морское [1, 2]. Поэтому, прослеживая взаимные временные запаздывания и упреждения в рядах Dust и Na, можно выявить, где (на континенте или в океане) начинались климатические изменения. Такое прослеживание легко может быть сделано, поскольку никакой миграции пыли и солей натрия в толще льда не происходило. Поэтому временные шкалы рядов этих характеристик очень точно соотносятся друг с другом и со шкалой 5D.
Для прослеживания взаимных запаздываний и упреждений в рядах Na и Dust мы выбрали уже хорошо зарекомендовавшую себя в палеоклимати-
ческнх исследованиях [3-5] технику вейвлетного преобразования (ВП) временных рядов
W¡(Ь, а) = а~0'51Х( г)^)йг,
т
где Х(г) - рассматриваемый временной ряд,
^ -—Ь ^ - так называемая вейвлетная функция,
а - вейвлетный масштаб, Ь - точка на оси времени преобразованного ряда. Мы использовали две разные вейвлетные функции (¡' = 1, 2). Первая производная гауссиана
/2 2 (-) = гехр {-0.5 г }
4/П
использовалась, чтобы идентифицировать локальные линейные тренды рассматриваемых рядов в разных временных масштабах. Чтобы величина W1(b, а) была положительной при потеплении климата (уменьшении содержания пыли и солей натрия) и отрицательной при похолодании (рост содержания), с учетом также того, что у па-леоклиматических рядов время растет в прошлое, первая производная гауссиана была взята нами со знаком минус.
Вторая производная гауссиана
в2 (г) = (1- г2) ехр {-0.5 г2}
Тз4/Л
использовалась, чтобы идентифицировать усиления (ослабления) локальных трендов, например подготовку к переходу от потепления к похолоданию или к обратному переходу от похолодания к потеплению.
Заметим, что вейвлетные масштабы функций в1(г) и в2(г) примерно в пять и четыре раза соответственно меньше обычного фурье-масштаба. Это значит, что величина W1(b, а), полученная с
функцией в1 [г—Ь ], характеризует линейный тренд
Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии наук, Москва Институт географии Российской Академии наук, Москва
50
100
150
200
тыс. лет
250
300
350
400
0 I ¿5
1(5)
-2(10)
т е л
4(20) (ты
VO л
т
Г 8(40) S
16(80) 1.25(5)
-2.5(10)
-5(20)
т е л
ы
(т
VO л
т
10(40) |
20(80)
Рис. 1. Картины вейвлетных преобразований временных рядов содержания пыли (lg Dust) и солей натрия (Na) на плоскости (b, a), где b - время в тыс. лет до н. в., a - вейвлетный масштаб, тыс. лет. В качестве вейвлетных функций использованы первая (в середине рисунка) и вторая (внизу) производные гауссиана. На оси ординат в скобках указаны также соответствующие этим функциям фурье-масштабы. Моменты главных минимумов содержания Na отмечены на верхних краях вейвлетных картин.
ряда во временном интервале 5а, центрированном вокруг момента времени Ь, а а) с функ-
' г - Ь
цией G2
вокруг b.
- изменение тренда в интервале 4a
Сравнить локальные тренды и тенденции их изменения в рядах Na и Dust можно, сопоставляя картины их ВП, показанные на рис. 1. Вверху рис. 1 показаны сами ряды lg Dust и Na, а внизу - картины их ВП (выше с использованием функции G1(i), а ниже - функции G2(t)). Границы между областя-
0
404
ВАКУЛЕНКО и др.
Z ю
1(5)
-2(10)
т е л
-4(20) н
VO л
т
I
л
Г 8(40) S
16(80) 1.25(5)
-2.5(10)
-5(20)
т е л
ы
(т
VO л
т
-10(40)
20(80)
0 50 100 150 200 250 300 350 400
тыс. лет
Рис. 2. То же, что и на рис. 1, но ряд № сравнивается с рядом содержания дейтерия (5Б).
ми положительных и отрицательных значений W(b, a) ряда lg Dust показаны толстой черной линией. Тонкие изолинии внутри положительных областей ВП этого ряда соответствуют последовательно увеличивающимся положительным значениям W(b, a). Области положительных значений W(b, a) ряда Na затемнены тем сильнее, чем
больше значение Wi(Ь, а). Отрицательные области ВП обоих рядов оставлены целиком белыми.
При сравнении картин W1(b, а) в фурье-масштабах (указаны в скобках на оси ординат) порядка 40-60 тыс. лет, характерных для стадий похолодания всех четырех ледниковых циклов позднего плейстоцена, представленных в кернах
станции "Восток", рост Na начинался раньше на 5-10 тыс. лет, чем рост lg Dust. Исключения из этого правила в масштабах более 80 тыс. лет обусловлены краевыми искажениями картины ВП из-за конечной длины преобразуемых рядов. Ряд Na также раньше реагировал на переходы к меж-ледниковьям. Об этом говорит сравнение картин W2(b, a) в фурье-масштабах порядка 10-20 тыс. лет, характерных для таких переходов.
На рис. 2 видно, что локализация трендов и их изменений в ряду Na практически синхронна с таковой в ряду дейтерия (5D) - общепринятой характеристики средней температуры воздуха на Земле. Переходы к межледниковьям, пики которых имели место 21 и 133 тыс. лет назад (отмечены сразу выше картин ВП), происходили в ряду Na чуть позже, чем в ряду 5D, а в межледниковьях 246 и 334 тыс. лет назад - чуть раньше. Во всех случаях эти изменения происходили на 10-30 тыс. лет раньше по сравнению с рядом CO2 (рисунок не показан), еще раз подтверждая вывод [3], что изменения концентрации парниковых газов в атмо-
сфере не столько изменяют климат, сколько сами являются продуктом изменений климата.
Таким образом, ряд Na, характеризующий условия океанической части климатической системы, первым сигнализирует о глобальных похолоданиях и потеплениях, а в ряду lg Dust, характеризующем континентальную ее часть, соответствующие сигналы запаздывают. Это свидетельствует о первостепенной важности климатических процессов в океанических районах в чередовании ледниковых и межледниковых эпох позднего плейстоцена.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Котляков В.М. Избранные сочинения. Кн. 1. Гляциология Антарктиды. М.: Наука, 2000.
2. Petit I.R., Jouzel J, Raynaud D. et al. // Nature. 1999. V. 399. P. 429-438.
3. Вакуленко H.В., Монин А.С., Сонечкин Д.М. // ДАН. 2004. Т. 396. № 5. С. 686-690.
4. Вакуленко Н.В, Котляков В.М., Монин А.С. и др. // ДАН. 2006. Т. 407. № 1. С. 111-114.
5. Вакуленко Н.В, Котляков В.М., Монин А.С. и др. // Изв. РАН. Сер. геогр. 2007. № 5. С. 1-13.
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.