Science: Средний уровень Мирового океана за последние 4,5 миллиона лет
Изменения среднего уровня Мирового океана в позднем кайнозое остаются неопределёнными. Авторы используют реконструкцию изменений δ18O морской воды для реконструкции среднего уровня Мирового океана за период с 4,5 млн лет назад, что объясняет температурные изменения δ18O глобальных ледниковых щитов. В период с 4,5 до 3 млн лет назад периоды высокого стояния моря сохранялись на отметке до 20 м выше современного, тогда как первые периоды низкого стояния ниже современного уровня предполагают начало оледенения в Северном полушарии 4 млн лет назад. Интенсификация глобального оледенения происходила в период с 3 до 2,5 млн лет назад, достигая кульминации в период низкого стояния, аналогичного последнему ледниковому максимуму 21 000 лет назад, который повторялся на протяжении большей части плейстоцена. Авторы приписывают среднеплейстоценовый переход в изменчивости ледникового покрова (от 1,2 млн лет до 0,62 млн лет) модуляции 41-тысячелетнего (тыс. лет) наклона земной оси за счёт увеличения ~100-тысячелетней изменчивости CO2.
ВВЕДЕНИЕ
Изотопный состав кислорода (18O/16O) в раковинах бентосных фораминифер (δ18Ob) давно служит простым, но мощным средством для описания долгосрочной эволюции комбинированных изменений температуры глубоководного океана (δ18OT) и глобального среднего уровня моря, причём последний регистрируется изменениями δ18O морской воды (δ18Osw) в результате роста и распада ледникового покрова. В последнее время широко применяемая стратегия изоляции δ18Osw путём регрессии данных δ18Ob относительно известных значений уровня моря подтвердила давний вывод, основанный на данных δ18Ob, о том, что изменение уровня моря за последние 4,5 млн лет сопровождалось двумя переходами к более низким уровням стояния. Первый переход [от 3 до 2,5 миллионов лет назад] представляет собой всё более крупные ледяные щиты Северного полушария, колебания которых происходили с периодичностью в 41 тыс. лет. Второй переход в среднем плейстоцене (от 1,2 до 0,62 млн лет) характеризуется ещё более значительными колебаниями ледяных щитов Северного полушария, которые изменились с 41-тысячелетней периодичности на доминирующую 100-тысячелетнюю. В обоих случаях переходы происходили при отсутствии каких-либо изменений в орбитальном воздействии Солнца, что позволяет предположить, что причина(ы) этих переходов была(и) внутри климатической системы.
ОБОСНОВАНИЕ
Несмотря на общее согласие с тем, что каждый из двух переходов представлял собой увеличение масштаба колебаний ледникового покрова в Северном полушарии, метод регрессии для реконструкции уровня моря остаётся неопределённым, поскольку по умолчанию он воспроизводит изменчивость δ18Ob. Действительно, многочисленные данные, включая наземные, морские и геофизические, ограничивающие протяжённость ледникового покрова, а также данные δ18Osw, полученные путём вычитания известного значения δ18OT из данных δ18Ob, указывают на то, что колебания крупных ледниковых покровов в Северном полушарии происходили в течение последних 2,5 млн лет, при этом среднепериодическое полярное сияние регистрирует изменение периодичности, но не размера ледникового покрова. Если этот сценарий верен, он создаёт новые проблемы для понимания 41-тысячелетней периодичности крупных ледниковых покровов в более тёплом мире, а также изменения изменчивости ледниковых покровов во время среднепериодического полярного сияния.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Авторы перевели новую запись δ18Osw в уровень моря, применив подход баланса массы, который учитывает влияние изменяющихся во времени температуры и объёма льда на δ18O ледяных щитов. Было обнаружено, что первый переход в записи δ18Ob представляет собой увеличение флуктуаций ледяного щита в Северном полушарии до размера, который затем повторялся в течение оставшихся 2,5 млн лет, тогда как второй переход представляет собой снижение средней температуры океана, сопровождающееся увеличением её изменчивости. Результаты климатической модели показывают, что высота крупных ледяных щитов до среднего плейстоцена позволяла им находиться в состоянии поверхностного баланса массы при более тёплых, чем сейчас, глобальных температурах. Рост и разрушение этих крупных ледяных щитов обусловлены действием 41-тысячелетнего наклона земной оси, при этом дегляциация происходила, как только ледяные щиты превышали определённый размер и становились нестабильными. Авторы предполагают, что изменения в углеродном цикле Южного океана во время среднего плейстоцена модулировали реакцию глобальной температуры и ледяных щитов на 41-тысячелетнее воздействие наклона земной оси, что привело к появлению сигнала с периодом около 100 тысяч лет.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Эта работа создаёт новую парадигму развития плейстоценовых ледниковых периодов, в частности, идею о том, что значительные изменения уровня моря происходили на протяжении всего плейстоцена, а не температура колебалась вместе с объёмом льда по мере охлаждения Земли. Таким образом, представленные выводы меняют и добавляют несколько фундаментальных проблем в понимание взаимодействия ледниковых щитов и климата. В основе каждой из этих проблем лежит тот факт, что доминирующая орбитальная изменчивость уровня моря и её изменения за последние 3 млн лет не соответствуют тем, которые можно было бы предсказать исключительно на основе сопутствующего орбитального воздействия, что позволяет предположить, что внутренние обратные связи климатической системы, которые предполагают авторы, в значительной степени обусловлены изменениями в углеродном цикле Южного океана и влиянием этих изменений на концентрацию CO2 и глобальную температуру. Для проверки этих гипотез необходимы данные о содержании CO2 в ледяных кернах высокого разрешения, охватывающие период более 0,8 млн лет.
Данные о δ18O в бентосе и среднем уровне моря за последние 4,5 млн лет.
Данные о δ18O, измеренные в бентосных фораминиферах за последние 4,5 млн лет, показывают два переходных периода с увеличением значений (вертикальные серые прямоугольники), которые широко интерпретируются как отражение всё более значительных колебаний ледникового покрова. В то время как эта новая реконструкция среднего уровня моря в глобальном масштабе показывает, что это относится только к первому переходному периоду, при этом значительные колебания ледникового покрова повторялись в течение последних 2,5 млн лет. Горизонтальные пунктирные линии отображают значение δ18O в бентосе (верхняя панель) и уровень моря (нижняя панель) от последнего ледникового максимума (21 тыс. лет назад).