CC BY
20
МЕТОДЫ ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
УДК 551.583.7:551.79
В.А. Большаков1, А.Г. Прудковский2
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОРБИТАЛЬНО-КЛИМАТИЧЕСКОЙ ДИАГРАММЫ
КАК ИНСТРУМЕНТА ИНТЕРПРЕТАЦИИ И АНАЛИЗА ПАЛЕОКЛИМАТИЧЕСКИХ
ЗАПИСЕЙ ПЛЕЙСТОЦЕНА3
Изложены основные принципы конструирования орбитально-климатической диаграммы (ОКД), отражающей глобальное климатическое влияние вариаций инсоляции, связанных с изменениями орбитальных элементов Земли, за последние 1,24 млн лет. На основе использованного ранее для объяснения явления среднеплейстоценового перехода механизма параметрического резонанса предложен способ усовершенствования ОКД. Новая ОКД еще лучше соответствует эмпирическим палеоклиматическим (изотопно-кислородным) данным, нежели полученная первоначально. Это может служить дополнительным подтверждением правильности механизма параметрического резонанса.
Ключевые слова: орбитально-климатическая диаграмма, палеоклимат, плейстоцен, инсоляция, изотопно-кислородные данные.
Введение. Орбитально-климатическая диаграмма (ОКД) была создана в процессе разработки новой концепции орбитальной теории палеоклимата [1, 3] как альтернатива знаменитой инсоляционной диаграмме (инсоляционной кривой) М. Миланковича [10], на которой, по мнению ее автора, были отражены оледенения последних 600 тыс. лет. Позже сделано заключение, что дискретная инсоляционная кривая Миланковича и еще более дискретные (для одного месяца или одних суток и под одной широтой) инсоляционные кривые, построенные его последователями, принципиально не могут быть использованы для палеокли-матических интерпретаций и моделирования. Также показаны преимущества использования ОКД для па-леоклиматической интерпретации эмпирических данных и определения хронологии палеоклиматических событий, в частности, дана новая оценка времени среднеплейстоценового перехода [3, 5, 7, 14, 15]. Изначально ОКД представляла глобальные климатические изменения для последнего миллиона лет, затем временной интервал ее представительности был расширен до 1,24 млн лет [7].
Постановка проблемы. Сопоставление ОКД с па-леоклиматическими, в первую очередь с изотопно-кислородными (ИК), данными в целом показало неплохое подобие. (Напомним, что ИК-кривые для глубоководных плейстоценовых осадков отражают в основном изменения глобального объема льда и температуры.) Однако выявились и расхождения, в том числе системное, между ОКД- и ИК-кривыми [4, 7]. Таким сис-
темным расхождением является значительный вклад эксцентриситетной 400-тысячелетней периодичности в ОКД и ее отсутствие в ИК-кривых плейстоцена. Поэтому в работе сделана попытка убрать из ОКД эту 400-тысячелетнюю компоненту, чтобы усилить сходство между ОКД- и ИК-данными. Для сравнения с ИК-данными мы использовали одну из наиболее достоверных в настоящее время, глобально осредненную по 57 глубоководным колонкам ИК-запись по бен-тосным фораминиферам LR04 [20].
Материалы и методы исследований. Принципы конструирования ОКД. В основе конструирования ОКД лежит постулат: главные колебания глобального климата в плейстоцене обусловлены воздействием вариаций инсоляции, связанных с квазипериодическими изменениями орбитальных параметров Земли. Еще одно важное положение, соответствующее новой концепции орбитальной теории [3], заключается в следующем. При разработке механизмов климатического воздействия орбитальных вариаций инсоляции необходимо учитывать: а) реально действующие, т.е. полные годовые (принимая во внимание внутригодовую изменчивость) и глобальные (для всех широт), вариации инсоляции; б) специфику обратных связей, преобразующих вариации инсоляции, которые обусловлены каждым орбитальным элементом, в глобальные климатические изменения. Строгий учет указанных факторов в настоящее время вряд ли осуществим в первую очередь из-за недостаточного знания механизмов обратных связей, доказательством чего является большой
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет, научно-исследовательская лаборатория новейших отложений и палеогеографии плейстоцена, вед. науч. с., докт. физ.-мат. н.; e-mail: vabolshakov@mail.ru
2 Институт геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского РАН, ст. науч. с., канд. физ.-мат. н.; e-mail: prudkovsky@ gmail.com
3 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 11-05-00147а).
разброс мнений о последствиях антропогенного воздействия на природную среду. Поэтому при построении ОКД были использованы существенные упрощения, которые будут изложены ниже.
Во-первых, при разработке механизмов климатического влияния вариаций орбитальных элементов рассматривались не строгие количественные, а качественные изменения инсоляции с выделением наиболее существенных особенностей и результатов их воздействия. Например, главный результат прецессии равноденствий заключается в том, что она приводит к изменению сезонных контрастов инсоляции, противоположных в разных полушариях. Вследствие этого в полушарии, день зимнего солнцестояния в котором приходится на афелий (наиболее удаленная от Солнца точка земной орбиты), из-за повышенных сезонных контрастов инсоляции будут осуществляться климатические условия с длинной холодной зимой и жарким коротким летом. В это же время в противоположном полушарии вследствие пониженных контрастов инсоляции длительное прохладное лето будет сопровождаться мягкой короткой зимой.
Через половину периода прецессии равноденствий (в среднем около 11 тыс. лет) день зимнего солнцестояния в первом полушарии будет приходиться уже на перигелий, и в нем короткая мягкая зима будет сопровождаться длительным прохладным летом. В то же время во втором полушарии контрасты между зимой и летом будут больше (подробнее см. [3, 9]). Очень важно то, что среднегодовое изменение инсоляции, обусловленное прецессией, равно нулю для любой широты, так как увеличение, например, летней инсоляции будет сопровождаться равным ему уменьшением зимней и наоборот. Связанные с прецессией сезонные контрасты инсоляции модулируются эксцентриситетом е: чем больше величина е, тем больше различие сезонных контрастов инсоляции между противоположными полушариями.
Колебания угла наклона (в) земной оси к перпендикуляру к плоскости эклиптики, если считать форму Земли шарообразной, не изменяют инсоляцию всей планеты, а только перераспределяют ее по широтам. При увеличении в увеличивается годовая инсоляция высоких широт обоих полушарий и соответственно понижается инсоляция низких широт. При уменьшении в, наоборот, уменьшается годовая инсоляция высоких широт и увеличивается низких. Единственный орбитальный элемент, колебания которого приводят к изменению годовой инсоляции всей Земли, — эксцентриситет эллиптической орбиты планеты. Увеличение е приводит к увеличению приходящей к Земле в целом годовой солнечной радиации, уменьшение е — к ее уменьшению. Изменение "эксцентриситетной" инсоляции невелико: за последние 1,2 млн лет оно не превышало 0,2% в течение 400- и 100-тысячелетних эксцентриситетных циклов.
Каковы же механизмы глобального климатического влияния вариаций инсоляции, вызываемых колебаниями орбитальных элементов? Наиболее простой и очевидный механизм может быть предложен для колебаний эксцентриситета. Логично считать, что увеличение полной годовой инсоляции всей планеты должно приводить к глобальному потеплению, уменьшение — к похолоданию (если не придумывать экзотических гипотез, аналогичных гипотезе Симпсона [21]). Труднее решить аналогичную проблему для двух других орбитальных элементов. Это связано с тем, что глобальное изменение инсоляции, обусловленное вариациями наклона земной оси и прецессией, равно нулю. Вообще говоря, необоснованно ожидать глобального отклика на нулевой (т.е. формально отсутствующий) глобальный входной сигнал. С этих позиций, в противовес мнению Дж. Хейса с соавторами [17], механизм нелинейного усиления правильнее приписывать глобальному климатическому отклику в полосе частот вариаций угла в и прецессии, а не эксцентриситета. Ведь эксцентриситетный инсоляционный сигнал хотя и слабый, но больше нуля, поэтому механизм его преобразования в значительный климатический отклик логичнее было бы считать линейным, хотя и с большим коэффициентом усиления.
Первым правильный путь решения означенной проблемы указал Дж. Кролль [16], попутно сделав выдающееся открытие в климатологии, введя в рассмотрение обратные связи в климатической системе Земли. Он первым дал правильный, принятый и сейчас механизм глобального климатического влияния вариаций наклона земной оси, хотя он не считал этот орбитальный механизм главным для возникновения оледенений и межледниковий. Как уже говорилось, колебания угла в приводят к противофазным изменениям инсоляции высоких и низких широт, что и затрудняет определение механизма глобального климатического влияния вариаций этого орбитального элемента. Для решения этого вопроса Дж. Кролль использовал введенный им альбедный механизм положительной обратной связи, усиливающий орбитально обусловленные вариации инсоляции.
Он справедливо полагал, что наибольшее изменение альбедо земной поверхности обусловлено вариациями площади снежного и ледового покрова более холодных и заснеженных высоких широт обоих полушарий. Поскольку в низких широтах такой же сильной обратной связи нет из-за отсутствия столь же обширного и динамично изменяющегося снежного и ледового покрова, то глобальные колебания климата, связанные с колебаниями наклона земной оси, будут в основном определяться вариациями инсоляции высоких широт. Заметим к тому же, что управляемые наклоном земной оси относительные изменения инсоляции высоких широт больше, чем в низких широтах. По указанным причинам климатическое влияние одновременных противофазных колебаний инсоляции низких широт будет гораздо меньше.
Рассмотрим работу такого механизма. Допустим, угол в уменьшается, вследствие чего, как показывают математические расчеты, уменьшается годовая инсоляция высоких широт. (Наглядно это можно объяснить тем, что при уменьшении угла в солнечные лучи падают в высокие широты более полого, что и обеспечивает уменьшение приходящей к единице поверхности солнечной радиации.) Уменьшение годовой инсоляции вызывает понижение среднегодовой температуры, что логично приводит к увеличению площади снежного и ледового покрова в этих широтах, т.е. к увеличению отражательной способности — альбедо. Последнее вызывает дополнительное понижение температуры и дальнейшее расширение площади снега и льда, в чем и заключается механизм положительной альбедной обратной связи. Процесс похолодания в высоких широтах обоих полушарий будет продолжаться, ежегодно усиливаясь в связи с направленным уменьшением годовой инсоляции, в течение полупериода (примерно 20,5 тыс. лет) вариаций наклона земной оси. (Разумеется, описанный процесс похолодания будет посредством циркуляции атмосферы и гидросферы распространяться и на низкие широты.) После этого угол в начнет возрастать, вызывая увеличение инсоляции высоких широт, и механизм обратной связи будет теперь работать на потепление по следующей цепочке: увеличение инсоляции ^ повышение температуры ^ уменьшение площади снега и льда (таяние) ^ уменьшение альбедо ^ повышение температуры и т.д. Итак, исходя из принятого механизма глобального климатического влияния вариаций наклона земной оси можно сделать заключение, что уменьшение угла в приводит к глобальному похолоданию, увеличение в — к глобальному потеплению.
Теперь обратимся к механизму глобального климатического влияния прецессии. Особая сложность определения такого механизма заключается не только в том, что прецессия не изменяет поступающей к любой широте годовой инсоляции, но еще и в том, что вызванные прецессией изменения сезонных контрастов инсоляции противоположны в Северном и Южном полушариях. Тем не менее первоначально главной причиной оледенений считались прецессионные изменения инсоляции. Отсюда возникло представление о том, что оледенения наступали в полушариях попеременно. По мнению Ж. Адемара [11] и Дж. Крол-ля [16], оледенение наступало в том полушарии, для которого сезонное распределение инсоляции характеризовалось повышенными контрастами инсоляции, т.е. соответствовало наличию длинной холодной зимы и жаркого короткого лета. Согласно же некоему Murphy, которого критиковал в своей книге Дж. Кролль [16], а затем В.П. Кёппену и М. Миланковичу [10], оледенения, наоборот, происходили в полушарии с пониженными контрастами инсоляции, приводящими к сочетанию в этом полушарии длительного прохладного
лета и мягкой короткой зимы. (Правда, обоснование последней точки зрения, данное в книге [10], не выдерживает критики [6].)
Строгого, доведенного до числа доказательства ни одной из этих точек зрения, насколько нам известно, нет до сих пор. Более того, имеющиеся данные не подтверждают противофазного климатического влияния прецессии: оледенения в Северном и Южном полушариях происходили практически одновременно. Этот факт можно было бы объяснить, например, незначительным влиянием прецессии на глобальные колебания климата в плейстоцене. Однако исследования показывают, что это влияние существенное, хотя и самое слабое среди трех орбитальных элементов [3, 18, 19]. Другое объяснение однофазного климатического отклика разных полушарий на противофазное инсоляционное воздействие прецессии может быть связано с различными физико-географическими условиями в этих полушариях. Прежде всего, мы имеем в виду то, что Северное полушарие в основном континентальное, Южное — океаническое, причем в последнем существует огромный, постоянно присутствовавший в плейстоцене ледниковый щит Антарктиды.
Можно предложить следующий очень упрощенный, качественный механизм однонаправленного климатического влияния прецессионной инсоляции в разных полушариях. В Северном, материковом полушарии оледенению (похолоданию) будут способствовать климатические условия с малыми контрастами сезонной инсоляции, приводящими к совокупности прохладного лета и мягкой зимы. Такие условия ассоциируются с морским типом климата, характеризуемым повышенной увлажненностью, а наличие влаги как раз и способствует распространению оледенения. В Южном полушарии в это же время сезонные контрасты инсоляции будут повышены, что приводит к сочетанию жаркого лета и холодной зимы (резко континентальный климат). Именно такие условия могут способствовать увеличению объема льда в океаническом Южном полушарии, в частности в Антарктиде (более подробно см. [4]).
Здесь важно отметить следующее обстоятельство. Все предложенные упрощенные механизмы глобального климатического влияния вариаций орбитальных элементов обязательно включают в себя (явно или неявно) специфические обратные связи, преобразующие соответствующие вариации инсоляции в глобальные климатические изменения. Очевидно, что и существование самих обратных связей (например, наличие или отсутствие значительного ледового и снежного покрова), и специфика отклика климатической системы на инсоляционное воздействие, обусловленное физико-географическими особенностями поверхности планеты, изменяются во времени. Поэтому в различные геологические промежутки времени механизмы (либо
степень) отклика климатической системы на орбитальное инсоляционное воздействие будут разными [2, 3, 8].
Итак, определяя совокупное влияние вариаций орбитальных элементов на глобальные колебания климата в плейстоцене, заключаем, что к увеличению глобального объема льда (похолоданию) должны приводить: а) уменьшение эксцентриситета; б) уменьшение угла наклона земной оси; в) нахождение Земли вблизи афелия в день летнего солнцестояния Северного полушария. Если нанести все эти вариации на графики зависимости орбитальных параметров от времени (t), то интервалы времени, внутри которых осуществляются условия а), б) и в), будут указывать на время наиболее вероятных оледенений. На рис. 1 видно, что, главные гармоники изменения e (t) имеют периоды около 100 и 400 тыс. лет, e(t) — около 41 тыс. лет и е sin w (t) — около 23 и 19 тыс. лет. На графиках e (t) и e(t) (рис. 1), в соответствии со сказанным выше, минимумы соответствуют похолоданиям (увеличению объема льда). Чтобы и на графике прецессионного индекса е sin w (t), где w — долгота перигелия относительно точки весеннего равноденствия, минимумы также соответствовали похолоданиям, его надо умножить на -1. Теперь интервалы времени наиболее вероятных оледенений просто искать графически. Они будут соответствовать наиболее глубоким совокупным минимумам, полученным при суммировании трех графиков.
Однако поскольку e (t), e(t) и -е sin w (t) отражают разные по величине параметры, предварительно их следует привести к более однородному виду, что обычно достигается нормированием. Нормированные относительно среднего значения графики e (t), e(t) и -е sin w (t) по форме будут похожи на соответствующие графики рис. 1. Отличие будет состоять в том, что изменения всех параметров ограничены пределами ±1. В соответствии с принятыми нами выше механизмами климатического влияния вариаций орбитальных элементов те значения параметров нормированных графиков, которые меньше нуля, будут соответствовать относительным похолоданиям (увеличениям объема льда), больше нуля — потеплениям (уменьшениям объема льда). Очевидно, что при этом предполагается (условно) линейный ответ климатической системы на изменения орбитальных параметров (но не инсоляции). Если теперь сложить все три нормированных графика для определения результирующих орбитальных палеоклиматических вариаций, это будет означать, что вклад каждого орбитального элемента в климатические изменения подразумевается одинаковым.
Однако это не так. Например, хорошо известно, что в последние 1—1,2 млн лет наибольший вклад в климатические колебания давали 100-тысячелетние (эксцентриситетные) вариации, наименьший — прецессионные вариации. Поэтому изменениям различ-
ных орбитальных элементов был придан различный вес [3]: они были умножены на значения так называемого коэффициента климатической значимости (ККЗ). Значения ККЗ подбирали таким образом, чтобы форма суммарной кривой наиболее соответствовала ИК-кривым. Наибольшее соответствие получилось для соотношения ККЗ эксцентриситета, наклона земной оси и прецессии 1 : 0,7 : -0,55 соответственно, что качественно правильно отражает климатическое влияние вариаций орбитальных элементов. Знак минус у ККЗ прецессии отражает то, что при получении суммарной кривой прецессионный индекс взят со знаком минус (рис. 1).
Сопоставление ОКД и LR04 и попытка устранения системного расхождения между теоретической и эмпирической кривыми. Полученная суммарная кривая (ОКД) показана на рис. 2, а. Исходя из способа ее построения она представляет условную относительную вероятность осуществления похолоданий (оледенений) для отрицательных АР и потеплений (межледниковий) для положительных АР в течение последних 1,24 млн лет. Как и следовало ожидать, вследствие наибольшего значения ККЗ для эксцентриситетных вариаций диаграмма лучше всего отражает эксцентриситетные 400- и 100-тысячелетние циклы. На рис. 2, б ОКД сопоставляется с ИК-записью LR04. Для удобства сопоставления ось 518О (колебания содержания тяжелого изотопа кислорода) направлена вниз, так что минимумы LR04, как и минимумы ОКД, отражают увеличение объема льда и уменьшение температуры. Цифрами на рис. 2, б обозначены традиционные морские изотопные стадии (МИС). При этом, за исключением МИС 2—4, четные номера МИС соответствуют оледенениям, нечетные — межледниковьям.
Детальное сравнение ОКД и LR04, проведенное ранее [3, 7, 15], показало, что наибольшее сходство между ними наблюдается в интервале времени 1,24 млн лет назад (л.н.) — современность. Именно 1239 тыс. л.н. произошло наиболее интересное событие эволюции ледниковых циклов — "среднеплейстоценовый переход" (СПП) — смена преобладающей периодичности ледниковых циклов от 41-тысячелетней, связанной с вариациями наклона земной оси, к 100-тысячелет-ней эксцентриситетной периодичности. (Это событие сопровождалось увеличением глобального объема льда и амплитуды колебаний оледенение—межледниковье). Таким образом, как и следовало ожидать, наибольшее сходство между ОКД и LR04 наблюдается именно в интервале времени преобладания эксцентриситетной цикличности. Особенно хорошее подобие имеет место для МИС 1-5, 7, 9, 13-15, 17-25. Орбитальный сигнал опережает климатический отклик, что естественно, учитывая инерцию климатической системы. Было показано, что инерционная задержка составляет 5-6 тыс. лет [3]. Тем не менее в указанном временном интервале есть и более существенные расхождения во
-esinw
Время, тыс. лет назад
Рис. 1. Изменения эксцентриситета е, наклона земной оси е (в градусах) и прецессионного индекса -e sin w (по [12]) для последних
1250 тыс. лет. Пояснения см. в тексте
времени, а также заметные расхождения в форме кривых ОКД и LR04 [7, 15].
Эти расхождения могут быть связаны с различными причинами: неполной адекватностью представлений о механизмах климатических изменений и упрощениями, принятыми при построении ОКД, неточностью временных шкал ОКД и LR04, влиянием неорбитальных факторов на глобальные климатические колебания. Нельзя исключить и искажения па-леоклиматической записи при конструировании LR04. Выявленное системное расхождение между ОКД и LR04 заключается в хорошей выраженности 400-ты-сячелетнего эксцентриситетного цикла в ОКД и его
отсутствии в ИК-записях плейстоцена. Наиболее ярко системное расхождение проявляется в сопоставлении записи МИС 6 и МИС 11 с соответствующими участками ОКД. Так, глубокому минимуму МИС 6 соответствует очень незначительный минимум ОКД, поскольку последний приходится на повышенные значения эксцентриситета в 400-тысячелетнем цикле (рис. 1, 2) и наоборот: наиболее значительному максимуму LR04, представленному МИС 11, на ОКД соответствует незначительный максимум, приходящийся на пониженные значения е в 400-тысячелетнем цикле. Это расхождение представляет известную "проблему МИС 11", которая широко исследовалась (ссылки в работе [4]).
а
■1.S -|-т-j-у-J-! т Т
0 Sofi 4PJ 6&Й в№ 1000 1200
г *11 г1 т2,8
;:ЖШтI
и по 1(Н 600 BOO юоо 1200
Времл. тыс. лет назад
Рис. 2. ОКД, построенная для соотношения ККЗ эксцентриситета, наклона земной оси и прецессии соответственно 1 : 0,7 : —0,55 (а) и сопоставление ОКД (1) и LR04 (2) для последних 1250 тыс. лет (б). Цифры у кривых — традиционные морские изотопные стадии
Пытаясь устранить данное системное расхождение, мы исходили из предложенного ранее механизма объяснения СПП [3]. СПП объяснялся с помощью механизма параметрического резонанса, когда изменение параметров системы ведет к изменению ее резонансных частот. Таким определяющим параметром климатической системы в плейстоцене является глобальный объем льда. Естественно считать, что чем больше глобальный объем льда, тем более инерционна система, т.е. период ее собственных осцилляций будет больше. Увеличение объема льда в процессе кайнозойского (и соответственно плейстоценового) похолодания на рубеже 1,24 млн л.н. привело к уменьшению резонансной частоты (увеличению периода) и к смене основной периодичности глобальных ледниковых осцилляций от 41-тысячелетних к 100-тысячелетним. При этом, как показывают эмпирические данные, более короткопериодные, в том числе и прецессионные, орбитальные осцилляции не подавляются [13, 18, 19].
Результаты исследований и их обсуждение. Итак, согласно предложенному механизму [3], 100-тысяче-
летняя ледниковая цикличность плейстоцена является резонансным откликом климатической системы на более короткопериодный эксцентриситетный 100-ты-сячелетний сигнал. Как известно, резонансный механизм имеет очень большой коэффициент усиления. Чтобы исключить из ОКД 400-тысячелетнюю компоненту, модулирующую эксцентриситетные 100-тыся-челетние вариации (рис. 1), мы предположили, что независимо от амплитуды эксцентриситетных колебаний в 100-тысячелетнем цикле их изменение в резонансном режиме будет ограничиваться одной и той же величиной и снизу и сверху. Иными словами, нормированную кривую эксцентриситета (рис. 3, штриховая линия), использованную ранее для построения ОКД, заменяем нормированной кривой с "коррекцией высоты" е, так что е колеблется в пределах ±1 в каждом 100-тыся-челетнем цикле (сплошная линия на рис. 3). Для этого была разработана специальная программа, предназначенная для унификации экстремумов кривой. Преобразование состоит в поиске экстремумов на кривой е (?) и подстановке в каждый максимум е значения +1 и в
Рис. 3. Сопоставление нормированных изменений эксцентриситета, полученных в предположении отсутствия 400-тысячелетней амплитудной модуляции 100-тысячелетних циклов (сплошная линия) с нормированными изменениями е, показанными на рис. 1
каждый минимум — значения -1. Промежуточные значения на кривой устанавливаются пропорционально их отличию от ближайших экстремумов.
Понятно, что в этом новом приближении набор ККЗ для нормированных вариаций орбитальных элементов, приводящий к наибольшему подобию между ОКД и эмпирическими палеоклиматическими данными, должен быть другим. Оптимальный набор ККЗ осуществлялся специальной программой перебора всех допустимых наборов с целью нахождения оптимального, обеспечивающего максимальный коэффициент корреляции между ОКД и LR04. В программе предусматривалась возможность сдвига кривых сравнения, величина этого сдвига также подбиралась на основании того же критерия.
Оказалось, что наилучшее соответствие между LR04 и новой ОКД, с коррекцией высоты е, — ОКДн — достигается для последних 1240 тыс. лет при соотношении ККЗ эксцентриситета, наклона земной оси и прецессии соответственно 1 : 0,99 : —0,51 (рис. 4). При этом улучшилось и соответствие между ОКДн и LR04 в указанном временном интервале. Так, значение коэффициента корреляции (К) между LR04 и ОКД, полученное без коррекции высоты е и с соотношением ККЗ 1 : 0,7 : —0,55 (рис. 2, б), равно 0,4, а с учетом временного сдвига на 6 тыс. лет (время инерционной климатической задержки) оно увеличивается до 0,57. Коэффициент же корреляции между LR04 и ОКДн с ККЗ 1 : 0,99 : -0,51, оказался равным 0,52, а с учетом климатической задержки — равным 0,737.
Можно констатировать, что ОКД, полученная из самых общих и простых соображений о влиянии вариаций орбитальных элементов на климат, неожиданно хорошо соответствует эмпирическим данным о палеоклиматических колебаниях плейстоцена. Следует отметить, что коэффициент корреляции между ОКД и LR04 в интервале времени 0-1,24 млн лет мало зависит от изменения соотношения ККЗ. Например,
для ОКД с соотношением ККЗ 1 : 0,99 : -0,55 К становится равным 0,59 (с учетом климатической задержки), что незначительно отличается от значения К = 0,57, полученного для ОКД, которая построена с ККЗ 1 : 0,7 : -0,55. Однако для ОКДн, полученной с учетом коррекции высоты е при таком же соотношении ККЗ (1 : 0,7 : -0,55), значение К становится существенно выше и равно 0,725. Таким образом, введенное нами дополнение при построении ОКД, учитывающее резонансный отклик климатической системы, улучшило ее сходство с эмпирической кривой LR04. На наш взгляд, это может служить еще одним указанием на правильность предложенного для объяснения СПП [3] механизма параметрического резонанса.
Выводы:
— ОКДн, построенная в предположении отсутствия 400-тысячелетней модуляции величины эксцентриситета (при наличии одинаковых фиксированных пределов колебаний е в 100-тысячелетнем цикле), лучше соответствует ИК-бентосной записи LR04 в интервале времени 0-1240 тыс. л.н., чем первоначально построенная ОКД;
— справедливость предыдущего вывода может служить дополнительным доводом в пользу предложенного ранее механизма осуществления СПП и 100-тысяче-летней эксцентриситетной цикличности плейстоцена — механизма параметрического резонанса;
— расхождения, остающиеся между LR04 и ОКДн в интервале времени 0-1240 тыс. л.н., в первую очередь могут быть связаны с влиянием на глобальные колебания климата неорбитальных факторов. В частности, они могут быть обусловлены нестационарностью самой климатической системы, изменяющей свою чувствительность к орбитальному воздействию в отдельные промежутки времени.
Рис. 4. ОКДн, построенная с применением процедуры коррекции высоты е, для соотношения ККЗ эксцентриситета, наклона земной оси и прецессии соответственно 1 : 0,99 : -0,51 (а) и сопоставление ОКДн (1) и LR04 (2) (б)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Большаков В.А. Новый способ построения диаграммы палеоклиматических изменений плейстоцена // Докл. РАН. Сер. геогр. 2000. Т. 374, № 5. С. 692-695.
2. Большаков В.А. Климатические циклы фанерозоя с позиций новой концепции орбитальной теории палео-климата // Изв. РАН. Сер. геогр. 2003а. № 3. С. 14-25.
3. Большаков В.А. Новая концепция орбитальной теории палеоклимата. М.: Изд -во Моск. ун-та, 2003б. 256 с.
4. Большаков В.А. Проблема межледниковой 11-й морской изотопной стадии с позиций новой концепции орбитальной теории палеоклимата // Океанология. 2010. Т. 50, № 2. С. 236-247.
5. Большаков В.А. Орбитально-климатическая диаграмма как альтернатива использования дискретных инсоляцион-ных кривых для палеоклиматических интерпретаций и корреляций // Бюлл. комиссии по изучению четвертичного периода. 2012. Т. 83. С. 15-23.
6. Большаков В.А. Ответ на комментарии И.И. Смуль-ского // Вестн. РАН. 2013а. Т. 83, № 1. С. 40-44.
7. Большаков В.А. Исследование характеристик "сред-неплейстоценового перехода" с помощью сопоставления изотопно-кислородной записи LR04 с орбитально-клима-
тической диаграммой // Докл. РАН. 20136. Т. 449, № 3. С. 338-341.
8. Большаков В.А., Капица А.П. Уроки развития орбитальной теории палеоклимата // Вестн. РАН. 2011. Т. 81, № 7. С. 603-612.
9. Имбри Дж, Имбри К.П. Тайны ледниковых эпох М.: Прогресс, 1988. 264 с.
10. Миланкович М. Математическая климатология и астрономическая теория колебаний климата. М.; Л.: ГОНТИ. 1939. 207 с.
11. Adhémar J.A. Revolutions de la mer: Déluges périodiques, Carilian-Goeury et V. Dalmont. P., 1842.
12. Berger A.L., Loutre M.F. Insolation values for the climate of the last 10 million years // Quat. Sci. Rev. 1991. Vol. 10. P. 297-317.
13. Berger A., Loutre M.F. Modeling the 100-kyr glacial-interglacial cycles // Glob. Planet. Change. 2010. doi: 10.1016/j. gloplacha.2010.01.003.
14. Bol'shakov V.A. How long will the "precession epoch" last in terms of Pleistocene glacial cycles? // Russ. J. Earth Sci. 2008. Vol. 10. ES3004, doi: 10.2205/2008ES000299.
15. Bol'shakov V.A. The comparison of the orbital-climatic diagram with the benthic oxygen isotope stack LR04 for investigation of the middle Pleistocene transition // Proceed. of the 9th Intern. Conference "Problems of Geocosmos". Saint-Petersburg: SPbGU, 2012. P. 203-208.
16. Croll J. Climate and time in their geological relations: a theory of secular changes of the Earth's climate. L., 1875. 577 p.
17. Hays J.D., Imbrie J., Shackleton N. Variation in the Earth's orbit: Pacemaker of the ice ages // Science. 1976. Vol. 194. P. 1121-1132.
18. Imbrie J., Berger A., Boyle A. et al. On the structure and origin of major glaciation cycles. 2. The 100,000-year cycle // Paleoceanography. 1993. Vol. 8. P. 699-735.
19. Lawrence K.T., Liu Z., Herbert T.D. Evolution of the Eastern Tropical Pacific through Plio-Pleistocene glaciations // Science. 2006. Vol. 312. P. 79-83.
20. Lisiecki L.E., Raymo M.E. A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic S 18O records // Paleoceanography. 2005. Vol. 20. PA. 1003. doi: 10.1029/2004PA001071, 2005.
21. Simpson G. Ice ages // Nature. 1938. Vol. 141. P. 591-596.
Поступила в редакцию 08.04.2013
V.A. Bolshakov, A.G. Prudkovsky
IMPROVEMENT OF THE ORBITAL-CLIMATIC DIAGRAM AS AN INSTRUMENT FOR INTERPRETATION AND ANALYSIS OF THE PLEISTOCENE PALEOCLIMATIC RECORDS
The basic principles of the orbital-climatic diagram (OCD) designing are described. The OCD qualitatively represents global climatic influence of the orbitally-induced insolation variations during the past 1.24 mln years. A method of the OCD improvement is suggested on the basis of the parametric resonance mechanism which was applied earlier to explain the Mid-Pleistocene transition phenomenon. The new OCD shows better correspondence with the empirical paleoclimatic data than the previous one. This fact is another confirmation of the validity of the parametric resonance mechanism.
Key words: orbital-climatic diagram, insolation variations, changes of the Earth's orbit parameters.
