Криолитозона арктического шельфа Восточной Сибири
(современное состояние и история развития в среднем плейстоцене - голоцене)

Глава 5. Сценарий динамики температуры воздуха и пород в среднем плейстоцене-голоцене.

Построение сценария и его содержание заключаются в следующем.

1. Основным постулатом, обусловливающим возможность создания сценария динамики t_в на основе кривых δ¹⁸О, δ²Н, биогенного кремнезема, является характеризуемая ими синхронность основных климатических экстремумов на Земле. Между тем, положение экстремумов на шкале времени в разных районах нередко различается на несколько тыс. лет. Это особенно хорошо видно по датам голоценового оптимума в разных регионах и связано с влиянием региональных условий на ход глобальных колебаний климата. При составлении региональных сценариев асинхронность необходимо устранять, выбирая изотопно-геохимическую кривую такого района, который сходен с изучаемым районом в отношении влияния региональных факторов на ход глобальных колебаний климата.

2. Региональные факторы влияют также на величину амплитуд глобальных температурных колебаний. Диапазон вариаций амплитуд 100-тысячелетних колебаний (оптимально-пессимальных) на суше умеренных и высоких широт составляет от 8-10 до 16-20^oС. Амплитуда в районах плейстоценовых оледенений больше, чем в неледниковых районах. Увеличивают амплитуду по сравнению с ее глобально обусловленной величиной также изменения океанической или атмосферной циркуляции, трансгрессии-регрессии моря, вклад альбедо в температурные колебания в высоких широтах по сравнению с умеренными. На ледниковом плато Восточной Антарктиды и в низких широтах океана вклад региональных факторов был ничтожен, поскольку условия (ледниковые и морские соответственно) в ледниковья и межледниковья не менялись.

Ценность кривых содержания биогенного кремнезема и диатомовых водорослей в осадках оз. Байкал связана с тем, что они характеризуют динамику климата в одной из наиболее континентальных частей криолитозоны России. Однако, эти кривые содержат вклад оледенений и периодов горообразования в ход глобальных температурных колебаний, что ограничивает их использование в других регионах. Для построения палеотемпературного сценария Восточно-Сибирской Арктики, где неледниковые условия доминировали не только в термохроны, но и в криохроны, более пригодными являются ледниковые и морские изотопные кривые.

3. Морские, ледниковые и байкальские кривые в разной степени отражают температурные колебания. Продолжительность пессиумов на байкальских кривых существенно больше, чем на морских и ледниковых изотопных кривых. Данное обстоятельство позволяет предполагать нелинейность связи температурных условий с содержанием биогенного кремнезема. Использование кривых для количественных температурных оценок обусловливает необходимость изучение указанных связей.

Наиболее прямо ледниково-межледниковые изменения температурных условий характеризуются кривыми, полученными по кернам ледниковых щитов центральных частей Антарктиды и Гренландии, поскольку изотопный состав атмосферных осадков, идущих на формирование льда, определяется температурой конденсации водяного пара. Гренландскими кривыми ¹⁸О охватывается период 250 т.л. (скважины Саммит и GISP-2), кривой ²Н ст. Восток - 410 т.л. На изменения климата, отражаемые гренландскими кривыми, весьма изменчивого в позднем плейстоцене, влияли колебания объема гигантского Лаврентийского ледникового щита и динамичная Северная Атлантика. Высокое ледниковое плато (3700 м) в районе ст. Восток, наоборот как в криохроны, так и в термохроны, было мало доступно для влияния океана. Низменности Восточной Сибири также мало доступны для влияния воздушных, а моря - для воздействия водных масс атлантического и тихоокеанского происхождения. Постоянство ледниковых условий в районе ст. Восток, неледниковых условий - на большей части Восточно-Сибирской Арктики, незначительность региональных воздействий - позволяют оценивать ход климатических колебаний в обоих регионах как соответствующий глобальному. Указанное обстоятельство, а также более продолжительный период характеристики истории климата определило выбор кривой ст. Восток для построения сценария на суше Восточно-Сибирской Арктики.

4. Большую роль в построении реалистичного сценария играет точность датирования изотопно-геохимической кривой, используемой для его построения. Погрешность новой хроностратиграфической шкалы керна ст. Восток (GMTS - Geophysical-metronome time-scale) не превышает 5 т.л. (Липенков и др., 2000). Возрастная привязка системы ПТР Восточно-Сибирской Арктики к шкале GMTS произведена с помощью датировок голоценового оптимума, сартанского и зырянского пессиумов, оптимума МИС-7а. Даты этих важных экстремумов в Восточно-Сибирской Арктике совпали с точностью 1-1,5 т.л. с их датами по шкале GMTS на ст. Восток. Почти полная их одновременность в обоих регионах видна по красным значкам 1 на рис.1. Синхронность дат является результатом существенного уточнения новой возрастной шкалы керна ст. Восток и свидетельствует о сходстве хода температурных колебаний в обоих регионах. Сходство подтверждается сопоставимостью динамики летних температур на современном побережье Восточно-Сибирской Арктики (рис.4-А) и среднемноголетних в районе ст. Восток (рис.4-В) во второй половине позднеплейстоценового криохрона (47-10 т.л.н.). Сходство в криохроны обусловлено удаленностью моря в эти периоды от современного побережья Восточно-Сибирской Арктики и ультраконтинентальностью климата в обоих регионах. В период трансгрессии моря (13-0 т.л.н.), смягчавшей климат Восточно-Сибирской Арктики, основными материалами для составления сценария являлись: для шельфа - сценарий хода трансгрессии моря (рис.7; 1-А,Г), для низменностей - составленный по региональным данным сценарий динамики t_в и t_ср (соответствующие части кривых Б и В на рис.1).

5. Построение регионального палеотемпературного сценария выполняется в два этапа. На первом этапе производится построение кривой динамики t_в Восточно-Сибирской Арктики (рис.1-Б). Синхронность основных климатических экстремумов в изучаемом и районе ст. Восток определила ее построение как трансформацию кривой ст. Восток в соответствии с соотношением отклонений t_в от современных значений, которые зафиксированы в кривой ст. Восток и системе ПТР Восточно-Сибирской Арктики. Пропорциональное соотношение отклонений явилось подтверждением сходства хода колебаний климата в обоих регионах и обусловило применение редактора векторной графики Corel Draw для построения сценария.

На втором этапе составляется сценарий динамики t_ср. Он представляет собой семейство кривых t_ср, с помощью которого описываются пространственно-временные изменения t_ср в связи с пространственно-временными изменениями природной среды шельфа и приморских низменностей. Две из таких кривых приведены на рис.1-В,Г. Основными пространственными особенностями и природными событиями в регионе, учтенными в сценарии, явились: динамика климата, регрессии и трансгрессии моря, ландшафтная и геотемпературная зональность и ее динамика, цикличность криогенного морфолитогенеза и особенности его проявления в отрицательных и положительных морфо- и неотектонических структурах, образование-таяние локальных ледников.

Составление сценария динамики t_ср (а также составления системы ПТР и сценария t_в) явилось результатом анализа палеотемпературных реконструкций и изучения закономерностей формирования и динамики температуры пород в среднем плейстоцене - голоцене. Оно осуществлялось на основе количественной оценки влияния отдельных природных факторов и их комплекса на формирование t_ср (Методика мерзлотной съемки, 1979).

6. Разработанный метод проверен составлением модели динамики t_в и t_ср приморских низменностей в последние 5 млн. лет. Три варианта моделей t_в, построенные на основе температурных реконструкций Т.Н.Каплиной, В.Н.Конищева, А.А.Архангелова, М.П.Гричук для плиоцена-голоцена, с помощью диатомовой байкальской и двух изотопных морских кривых, оказались сопоставимыми друг с другом. Сопоставимость характеризует изотопно-геохимические кривые, позволяющие учесть последовательность глобальных климатических событий, и региональные реконструкции как материалы, дополняющие друг друга при составлении региональных палеотемпературных моделей. Исследование показало лучшую пригодность морских кривых по сравнению с байкальской. На основе региональной модели динамики t_в, построенной на базе изотопно-кислородной кривой ODP-V19-30, 677, 846 (Shackleton et al., 1995) и региональных ПТР, автором составлена модель динамики t_ср на приморских низменностях в плиоцене-голоцене. Проведенные исследования показали применимость использования изотопно-геохимических кривых в широком диапазоне интервалов времени.