Геофизические процессы и биосфера: статья

НОВАЯ МОДЕЛЬ КЛИМАТИЧЕСКОГО ОТКЛИКАИ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ОРБИТАЛЬНОЙ НАСТРОЙКИ КЛИМАТИЧЕСКИХ РЕКОНСТРУКЦИЙ ПЛЕЙСТОЦЕНА
А.А. ГОРНОСТАЕВА
Д.Ю. ДЕМЕЖКО
А.Н. АНТИПИН
Институт геофизики УрО РАН
Журнал: Геофизические процессы и биосфера
Том: 18
Номер: 4
Год: 2019
Страницы: 203-211
УДК: 550.36 + 551.581.1 + 551.583
DOI: 10.21455/GPB2019.4-17
Информация об авторах
Аннотация
Библиографический список
Ключевые слова: реконструкция палеоклимата, датирование, орбитальная настройка (орбитальный тюнинг), инсоляция, тепловой поток через земную поверхность, температура земной поверхности
Аннотация: Сформулирован новый подход к орбитальной настройке (орбитальному тюнингу) датировок палеоклиматических реконструкций, основанный на синхронизации палеотемпературных хронологий с квазитемпературными кривыми, рассчитанными по данным об изменении инсоляции на верхней границе атмосферы. Для учета запаздывания температурного отклика на изменение инсоляции применяется физическая модель, описывающая связь между изменениями кондуктивного теплового потока через земную поверхность и изменениями температуры земной поверхности. Значения запаздывания температурного отклика, рассчитанные с помощью предложенной модели, хорошо согласуются с эмпирическими данными, основанными на анализе независимых временных маркеров.
Список литературы: Большаков В.А. Новая концепция орбитальной теории палеоклимата. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2003. 256 с.

Горностаева А.А. Алгоритм расчета изменений теплового потока через земную поверхность по данным об изменения температуры земной поверхности // Урал. геофиз. вестн. 2014. № 1. С. 37-45.

Демежко Д.Ю., Горностаева А.А. Реконструкция долговременных изменений теплового потока через земную поверхность по данным геотермии глубоких скважин // Геология и геофизика. 2014а. T. 55, № 12. С. 1841-1846.

Демежко Д.Ю., Горностаева А.А. Реконструкция изменений теплового потока через земную поверхность на Урале по геотермическим и метеоданным // Геофизические процессы и биосфера. 2014б. Т. 13, № 4. С. 21-40.

Демежко Д.Ю., Горностаева А.А., Антипин А.Н. Геотермические оценки теплового режима в основаниях позднеплейстоценовых ледниковых щитов. Ч. II. Скандинавский щит // Урал. геофиз. вестн. 2018. № 2 (32). С. 20-33. https://doi.org/10.25698/UGV.2018.2.3.20.

Миланкович М. Математическая климатология и астрономическая теория колебаний климата. М.; Л.: ГОНТИ, 1939. 207 с.

Скакун А.А., Липенков В.Я. Исследование погрешностей орбитального метода датирования льда по данным о его газосодержании на примере ледяного керна со станции «Купол Фуджи» (Антарктида) // Проблемы Арктики и Антарктики. 2016. № 4 (110). С. 14-29.

Федоров В.М. Пространственные и временные вариации солярного климата Земли в современную эпоху // Геофизические процессы и биосфера. 2015. Т. 14, № 1. С. 5-22.

Adhemar J. Revolutions de la mer. Paris, 1842.

Alley R.B., Shuman C.A., Meese D.A., Gow A.J., Taylor K.C., Cuffey K.M., Fitzpatrick J.J., Grootes P.M., Zielinski G.A., Ram M., Spinelli G., and Elder B. Visual-stratigraphic dating of the GISP2 ice core: Basis, reproductibility, and application // J. Geophys. Res. 1997. V. 102 (C12). P. 26 367-26 381.

Andersen K.K., Svensson A., Johnsen S.J., Rasmussen S.O., Bigler M., Röthlisberger R., Ruth U., Siggaard-Andersen M.-L., Steffensen J.P., Dahl-Jensen D., Vinther B.M., and Clausen H.B. The greenland ice core chronology 2005, 15-42 kyr. Pt. 1. Constructing the time scale // Quat. Sci. Rev. 2006. V. 25. P. 3246-3257.

Bazin L., Landais A., Lemieux-Dudon B., Toye Mahamadou Kele H., Veres D., Parrenin F., Martinerie P., Ritz C., Capron E., Lipenkov V., Loutre M.-F., Raynaud D., Vinther B., Svensson A., Rasmussen S., Severi M., Blunier T., Leuenberger M., Fischer H., Masson-Delmotte V., Chappellaz J., and Wolff E. An optimized multi-proxies, multi-site Antarctic ice and gas orbital chronology (AICC2012): 120-800 ka // Climate of the Past. 2013. V. 9, N 4. P. 1715-1731. https://doi.org/10.5194/cp-9-1715 2013

Beltrami H. Climate from borehole data: energy fluxes and temperatures since 1500 // Geophys. Res. Lett. 2002. V. 29. P. 26-1-26-4.

Beltrami H., Wang J., Bras R.L. Energy balance at the Earth’s surface: Heat flux history in Eastern Canada // Geophys. Res. Let. 2000. V. 27, N 20. P. 3385-3388.

Bender M.L. Orbital tuning chronology for the Vostok climate record supported by trapped gas composition // Earth and Planet. Sci. Let. 2002. V. 204. P. 275-289.

Bennet W.B., Wang J., Bras R.L. Estimation of global ground heat flux // J. Hydrometeorology. 2008. V. 9. P. 744-759.

Berger A., Loutre M.F. Insolation values for the climate of the last 10 million of years // Quater. Sci. Rev. 1991. V. 10, N 4. P. 297-317, data from http://gcmd.nasa.gov/records/GCMD_EARTH_LAND_NGDC_PALEOCLIM_INSOL.html

Blunier T., Chappellaz J., Schwander J., Dällenbach A., Stauffer B., Stocker T., Raynaud D., Jouzel J., Clausen H., Hammer C., Johnsen S. Asynchrony of Antarctic and Greenland climate change during the last glacial period // Nature. 1998. V. 394, N 6695. P. 739-743.

Camuffo D., Bernardi A. An observational study of heat fluxes and their relationships with net radiation // Boundary-Layer Meteorology. 1982. V. 23 (3). P. 359-368.

Carslaw H.S., Jaeger J.C. Conduction of heat in solids. 2nd edn. N. Y.: Oxford Univ. Press, 1959. 510 p.

Croll J. Climate and time in their geological relations: a theory of secular changes of the Earth’s climate. L.: Edward Stanford, 1875. 577 p.

Dansgaard W., Johnsen S.J. A flow model and a time scale for the ice core from Camp Century, Greenland // J. Glaciol. 1969. V. 8, N 53. P. 215-223.

Demezhko D.Y., Gornostaeva A.A. Late Pleistocene-Holocene ground surface heat flux changes reconstructed from borehole temperature data (the Urals, Russia) // Climate of the Past. 2015. V. 11. P. 647-652. https://doi.org/10.5194/cp-11-647-2015

Douglass D.H., Blackman E.G., Knox R.S. Temperature response of Earth to the annual solar irradiance cycle // Phys. Let. A. 2004. V. 323(3-4). P. 315-322.

Douglass D.H., Knox R.S. Ocean heat content and Earth’s radiation imbalance. II. Relation to climate shifts // Phys. Let. A. 2012. V. 376, N 14. P. 1226-1229.

Ekaykin A.A., Lipenkov V.Y., Barkov N.I., Petit J.-R., Masson-Delmotte V. Spatial and temporal variability in isotope composition of recent snow in the vicinity of Vostok station Antarctica: implications for ice-core record interpretation // Ann. Glaciol. 2002. V. 35. P. 181-186.

EPICA community members. One-to-one coupling of glacial climate variability in Greenland and Antarctica // Nature. 2006. V. 444. P. 195-198.

Fedorov V. M. Spatial and temporal variations in solar climate of the Earth in the present epoch // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2015. V. 51, N 8. P. 779-791.

Hammer C.U., Clausen H.B., Langway C.C. Electrical conductivity method (ECM) stratigraphic dating of the Byrd Station ice core, Antarctica // Ann. Glaciol. 1994. V. 20. P. 115-120.

Hays J.D., Imbrie J., Shackleton N.J. Variations in the Earth’s orbit: Pacemaker of the ice ages // Science. 1976. V. 194. P. 1121.

Huang S. 1851-2004 annual heat budget of the continental landmasses // Geophys. Res. Let. 2006. V. 33, N 4. P. L04707.

Humes K.S., Kustas W.P., Moran M.S. Use of remote sensing and reference site measurements to estimate instantaneous surface energy balance components over a semiarid rangeland watershed // Water Resources Research. 1994. V. 30 (5). P. 1363-1373.

Imbrie J., Imbrie J.Z. Modeling the climatic response to orbital variations // Science. 1980. V. 207, N 4434. P. 943-953.

Imbrie J., Hays J.D., Martinson D.G., McIntyre A., Mix A.C., Morley J.J., Pisias N.G., Prell W.L., Shackleton N.J. The orbital theory of Pleistocene climate: support from a revised chronology of the marine δ18O record // Milankovitch and climate. Pt. 1 / Ed. by Berger A., Imbrie J., Hays J., Kukla G., Saltzman B. D. Riedel, Hingham, MA, 1984.

Johnsen S.J., Dansgaard W. On flow model dating of stable isotope records from Greenland ice cores // The last deglaciation: Absolute and radiocarbon Chronologies / Ed. by Bard E. and Broecker W.S. Berlin; Heidelberg: Springler Verlag, 1992.

Johnsen S., Dahl-Jensen D., Gundestrup N., Steffensen J., Clausen H., Miller H., Masson-Delmotte V., Sveinbjornsdottir A., White J. Oxygen isotope and palaeotemperature records from six Greenland ice-core stations: Camp Century, Dye-3, GRIP, GISP2, Renland and NorthGRIP // J. Quater. Sci. 2001. V. 16. P. 299-307.

Kawamura K., Parrenin F., Uemura R., Vimeux F., Severinghaus J.P., Matsumoto K., Nakata H., Nakazawa T., Aoki S., Jouzel J., Fujii Y., Watanabe O. Northern Hemisphere forcing of climatic cycles over the past 360,000 years implied by absolute dating of Antarctic ice cores // Nature. 2007. V. 448. P. 912-917. https://doi.org/10.1038/nature06015

Kominz M.A., Pisias N.G. Pleistocene climate: Deterministic or stochastic // Science. 1979. V. 204. P. 171-173.

Laskar J., Joutel F., Boudin F. Orbital, precessional, and insolation quantities for the Earth from-20 Myr to+ 10 Myr // Astronomy and Astrophysics. 1993. V. 270. P. 522-533.

Laskar J., Robutel P., Joutel F., Gastineau M., Correia A.C.M., Levrard B. A long-term numerical solution for the insolation quantities of the Earth // Astronomy & Astrophysics. 2004. V. 428 (1). P. 261-285.

Lisiecki L.E., Raymo M.E. A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic d18O records // Paleoceanography. 2005. V. 20. PA1003. https://doi.org/10.1029/2004PA001071

Martinson D.G., Pisias N.G., Hays J.D., Imbrie J., Moore T.C., Jr., Shackleton N.J. Age dating and the orbital theory of the ice ages: Development of a high-resolution 0 to 300,000-year chronostratigraphy // Quater. Res. 1987. V. 27. P. 1-29.

Nowaczyk N.R., Haltia E.M., Ulbricht D., Wennrich V., Sauerbrey M.A., Rosén P., Vogel H., Francke A., Meyer-Jacob C., Andreev A.A., Lozhkin A.V. Chronology of Lake El’gygytgyn sediments - a combined magnetostratigraphic, palaeoclimatic and orbital tuning study based on multi-parameter analyses // Climate of the Past. 2013. V. 9, N 6. P. 2413-2432.

Parrenin F., Remy F., Ritz C., Siegert M., Jouzel J. New modelling of the Vostok ice flow line and implication for the glaciological chronology of the Vostok ice core // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. D20102. https://doi.org/10.1029/2004JD004561

Parrenin F., Barnola J.-M., Beer J., Blunier T., Castellano E., Chappellaz J., Dreyfus G., Fischer H., Fujita S., Jouzel J., Kawamura K., Lemieux-Dudon B., Loulergue L., Masson-Delmotte V., Narcisi B., Petit J.-R., Raisbeck G., Raynaud D., Ruth U., Schwander J., Severi M., Spahni R., Steffensen J.P., Svensson A., Udisti R., Waelbroeck C., Wolff E. The EDC3 chronology for the EPICA Dome C ice core // Climate of the Past. 2007. V. 3, N 3. P. 485-497.

Peixóto J.P., Oort A.H. Physics of climate // Rev. of Modern Phys. 1984. V. 56, N 3. P. 365.

Pielke Sr R.A. Heat storage within the Earth system // Bull. of the Amer. Meteorol. Soc. 2003. V. 84, N 3. P. 331-335.

Raisbeck G.M., Yiou F., Jouzel J., Stocker T.F. Direct north-south synchronization of abrupt climate change record in ice cores using Beryllium 10 // Climate of the Past. 2007. V. 3. P. 541-547. https://doi.org/10.5194/cp-3-541-2007

Rasmussen S.O., Andersen K.K., Svensson A.M., Steffensen J.P., Vinther B.M., Clausen H.B., Siggaard-Andersen M.-L., Johnsen S.J., Larsen L.B., Dahl-Jensen D., Bigler M., Rothlisberger R., Fischer H., Goto-Azuma K., Hansson M.E., Ruth U. A new Greenland ice core chronology for the last glacial termination // J. Geophys. Res. 2006. V. 111. D06102. https://doi.org/10.1029/2005JD006079

Shackleton N.J. The 100,000-year ice-age cycle identified and found to lag temperature, carbon dioxide, and orbital eccentricity // Science. 2000. V. 289, N 5486. P. 1897-1902.

Shackleton N.J., Opdyke N.D. Oxygen isotope and paleomagnetic stratigraphy of Equatorial Pacific core V28-238: Oxygen isotope temperature and ice volumes on a 10,000 year and 100,000 year time scale // Quater. Res. 1973. V. 3. P. 39-55.

Shackleton N.J., Berger A., Peltier W.R. An alternative astronomical calibration of the Lower Pleistocene timescale based on ODP Site 677 // Trans. R. Soc. Edinburgh Earth Sci. 1990. V. 81. P. 251-261.

Shakun J.D., Clark P.U., He F., Marcott S.A., Mix A.C., Liu Z., Otto-Bliesner B., Schmittner A., Bard E. Global warming preceded by increasing carbon dioxide concentrations during the last deglaciation // Nature. 2012. V. 484, N 7392. P. 49-54.

Svensson A., Andersen K.K., Bigler M., Clausen H.B., Dahl-Jensen D., Davies S.M., Johnsen S.J., Muscheler R., Rasmussen S.O., Rothlisberger R., Steffensen J.P., Vinther B.M. The Greenland ice core chronology 2005, 15-42 kyr. Pt. 2. Comparison to other records // Quat. Sci. Rev. 2006. V. 25. P. 3258-3267.

Sun T., Wang Z.H., Ni G.H. Revisiting the hysteresis effect in surface energy budgets // Geophys. Res. Let. 2013. V. 40 (9), P. 1741-1747.

Veres D., Bazin L., Landais A., Toye Mahamadou Kele H., Lemieux-Dudon B., Parrenin F., Martinerie P., Blayo E., Blunier T., Capron E., Chappellaz J., Rasmussen S., Severi M., Svensson A., Vinther B., Wolff E. The Antarctic ice core chronology (AICC2012): an optimized multi-parameter and multi-site dating approach for the last 120 thousand years // Climate of the Past. 2013. V. 8, N 6. P. 6011-6049. https://doi.org/10.5194/cp-9-1733-2013

Waelbroeck C., Jouzel J., Labeyrie L., Lorius C., Labracherie M., Sti´evenard M. A comparison of the Vostok ice deuterium record and series from Southern Ocean core MD 88-770 over the last two glacial-interglacial cycles // Clim. Dyn. 1995. V. 12, N 2. P. 113-123.

Wang J., Bras R.L. Ground heat flux estimated from surface soil temperature // J. Hydrology. 1999. V. 216. P. 214-226.

Yu Z.W., Ding Z.L. An automatic orbital tuning method for paleoclimate records // Geophys. Res. Let. 1998. V. 25, N 24. P. 4525-4528.

Zachos J.C., Shackleton N.J., Revenaugh J.S., Pälike H., Flower B.P. Climate response to orbital forcing across the Oligocene-Miocene boundary // Science. 2001. V. 292, N 5515. P. 274-278.