Геофизические процессы и биосфера: статья

НОВАЯ ТЕОРИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ИНСОЛЯЦИИ ЗЕМЛИ ЗА МИЛЛИОНЫ ЛЕТ И МОРСКИЕ ИЗОТОПНЫЕ СТАДИИ
И.И. СМУЛЬСКИЙ
Институт криосферы Земли ТюмНЦ СО РАН, Федеральный исследовательский центр
Журнал: Геофизические процессы и биосфера
Том: 19
Номер: 1
Год: 2020
Страницы: 96-121
УДК: 523.2+551.34+551.324
DOI: 10.21455/GPB2020.1-7
Информация об авторах
Аннотация
Библиографический список
Ключевые слова: инсоляция, палеоклимат, причины изменения климата, вариации 18O
Аннотация: Представлены результаты новой астрономической теории палеоклимата за последние 1, 5 и 20 млн лет. Рассмотрены эволюции угла наклона ε, инсоляции на 65° с.ш. Qs65N за летнее полугодие и инсоляции I в эквивалентных широтах за последний 1 млн лет, результаты сопоставлены с эволюцией этих параметров по прежней теории. Диапазон колебаний угла наклона ε по новой теории - от 14.7 до 32.1°, по прежней - от 22.08 до 24.45°, т.е. амплитуда колебаний увеличилась в 7-8 раз. В таком же отношении увеличились колебания инсоляции. На основании летней инсоляции Qs65N введены шесть градаций климата: от очень холодного до очень теплого. На интервале последние 5 млн лет рассмотрены колебания параметров орбитального и вращательного движений Земли и разных составляющих инсоляции, их периоды и амплитуды. Эксцентриситет орбиты e изменяется с периодами 94.6 тыс. лет, 413 тыс. лет и 2.31 млн лет, а периоды вращения перигелия относительно экватора неравномерны и варьируют от 13.8 до 41.8 тыс. лет. Эти периоды присутствуют также в изменениях угла наклона и инсоляции. Рассмотрено распределение по широте Земли инсоляций за летнее и зимнее калорические полугодия и за год в три разные эпохи: современную, самую холодную и самую теплую. Наибольшие изменения летней и годовой инсоляций происходят в высоких широтах. Статистика очень холодных и очень теплых периодов рассмотрена за последние 20 млн лет. В среднем за 1 млн лет может быть шесть таких периодов; в неспокойные интервалы времени их число может достигать 10, а в спокойные - снижаться до 2. Проанализированы результаты измерений содержания изотопа кислорода 18O в морских отложениях. Показано, что содержание 18O не согласуется с изменением инсоляции Земли как по прежней теории, так и по новой; кроме того, вариации изотопа 18O противоречат известным изменениям палеоклимата. Из анализа короткопериодических вариаций радиоактивных изотопов, а также 18O в сталагмитах и ледниковых кернах следует, что вариации 18O в морских отложениях могут быть обусловлены не колебаниями климата, а изменением содержания 18O в атмосфере Земли.
Список литературы: Арсланов Х.А. Радиоуглерод: Геохимия и геохронология. Л.: Изд-во ЛГУ, 1987. 300 с.

Большаков В.А., Капица А.П. Уроки развития орбитальной теории палеоклимата // Вестн. РАН. 2011. Т. 81, № 7. С. 603-612.

Гребеников Е.А., Смульский И.И. Эволюция орбиты Марса на интервале времени в сто миллионов лет // Сообщения по прикладной математике. М.: ВЦ им. А.А. Дородницына РАН, 2007. 63 с. http://www.ikz.ru/~smulski/Papers/EvMa100m4t2.pdf

Захаров Ю.Д., Смышляева О.П., Попов А.М., Шигэта Я. Изотопный состав позднемезозойских органогенных карбонатов Дальнего Востока (стабильные изотопы кислорода и углерода, основные палеоклиматические события и их глобальная корреляция). Владивосток: Дальнаука, 2006. 204 с.

Калмычков Г.В., Кузьмин М.И., Покровский Б.Г., Кострова С.С. Изотопный состав кислорода створок диатомовых водорослей из осадков оз. Байкал: Изменение среднегодовых температур в Центральной Азии за последние 40 тыс. лет // Докл. РАН. 2007. Т. 412, № 5. С. 675-678.

Крутько П.Д., Максимов А.И., Скворцов Л.М. Алгоритмы и программы проектирования автоматических систем. М.: Радио и связь, 1989. 306 с.

Макрыгина В.А. Геохимия отдельных элементов: Учеб. пособие. Новосибирск: ГЕО, 2011. 195 с.

Мельников В.П., Смульский И.И. Астрономическая теория ледниковых периодов: Новые приближения. Решенные и нерешенные проблемы. Новосибирск: ГЕО, 2009. 98 с. http://www.ikz.ru/~smulski/Papers/AsThAnR.pdf

Мельников В.П., Смульский И.И., Смульский Я.И. Составная модель вращения Земли и возможный механизм взаимодействия континентов // Геология и геофизика. 2008. № 11. С. 1129-1138.

Смульский И.И. Математическая модель Солнечной системы // Теоретические и прикладные задачи нелинейного анализа. М.: ВЦ им. А.А. Дородницына РАН, 2007. С. 119-138. http://www.ikz.ru/~smulski/Papers/MatMdSS5.pdf

Смульский И.И. Анализ уроков развития астрономической теории палеоклимата // Вестн. РАН. 2013а. Т. 83, № 1. С. 31-39. https://doi.org/10.7868/S08695873130 10118

Смульский И.И. Программа расчета инсоляции Земли в среде MathCad. Тюмень: Ин-т криосферы Земли СО РАН, 2013б. http://www.ikz.ru/~smulski//Data/Insol/

Смульский И.И. Основные положения и новые результаты астрономической теории изменения климата. Тюмень: Ин-т криосферы Земли СО РАН, 2014. 30 с. Деп. в ВИНИТИ РАН. № 258-В2014. http://www.ikz.ru/~smulski/Papers/OsPoATLP3.pdf

Смульский И.И. Новые результаты по инсоляции Земли и их корреляция с палеоклиматом Западной Сибири в позднем плейстоцене // Геология и геофизика. 2016а. Т. 57, № 7. С. 1393-1407.

Смульский И.И. Эволюция оси Земли и палеоклимата за 200 тысяч лет. Saarbrucken, Germany: LAP Lambert Acad. Publ., 2016б. 228 с.

Хайрер Э., Нерсетт С.П., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. М.: Мир, 1990. 513 с.

Шараф Ш.Г., Будникова Н.А. Вековые изменения элементов орбиты Земли и астрономическая теория колебаний климата // Тр. Ин-та теор. астрономии. Вып. XIV. Л.: Наука, 1969. С. 48-109.

Bassinot F.C., Labeyrie L.D., Vincent E., Quidelleur X., Shackleton N.J., Lancelot Y. The astronomical theory of climate and the age of the Brunhes-Matuyama magnetic reversal // Earth Planet. Sci. Let. 1994. V. 126. P. 91-108.

Berger A., Loutre M.F. Insolation values for the climate of the last 10 million years // Quatern. Sci. Rev. 1991. N 10. P. 297-317.

Bickert Т., Wefer G. Late quaternary deep water circulation in the South Atlantic: Reconstruction from carbonate dissolution and benthic stable isotopes // The South Atlantic: Present and past circulation / Eds G. Wefer et al. N.Y.: Springer, 1996. P. 599-620.

Bickert Т., Curry W.B., Wefer G. Late Pliocene to Holocene (2.6-0 Ma) western equatorial Atlantic deep-water circulation: Inferences from benthic stable isotopes // Proc. Ocean Drill. Progr. Sci. Results. 1997. V. 154. P. 239-254.

Bretagnon P., Rocher P., Simon J.L. Theory of the rotation of the rigid Earth // Astronomy and Astrophysics. 1997. V. 319. P. 305-317.

Charvátová I., Heida P. Responses of the basic cycles of 178.7 and 2402 yr in solar-terrestrial phenomena during the Holocene // Pattern Recognition in Physics. 2014. N 2. P. 21-26. https://doi.org/10.5194/prp-2-21-2014

Dykoski C.A., Edwards L.R., Cheng H., Yuan D., Cai Y., Zhang M., Lin Y., Qing J., An Z., Revenaug J. A high-resolution, absolute-dated Holocene and deglacial Asian monsoon record from Dongge Cave, China // Earth Planet. Sci. Let. 2005. V. 233. P. 71-86.

Gil A. Rigidity spectrum of the 27-Day variation of the Galactic cosmic ray intensity in different epocs of Solar activity // Computer algebra systems in teaching and research: Evolution, control and stability of dynamical systems. Siedlce, Poland: WSFiZ, 2009. P. 196-202.

Haug G.H., Tiedemann R. Effect of the formation of the Isthmus of Panama on Atlantic Ocean thermohaline circulation // Nature. 1998. V. 393. P. 673-676.

Herbert T.D., Schuffert J.D., Andreasen D., Heusser L., Lyle M., Mix A., Ravelo A.C., Stott L.D., Herguera J.C. Collapse of the California current during glacial maxima linked to climate change on land // Science. 2001. V. 293. P. 71-76.

Huybers P., Wunsch C. A depth-derived Pleistocene age model: Uncertainty estimates, sedimentation variability, and nonlinear climate change // Paleoceanography and Paleoclimatology. 2004. V. 19, is. 1. https://doi.org/10.1029/2002PA000857

Imbrie J., Imbrie J.Z. Modeling the climatic response to orbital variations // Science. 1980. V. 207. 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 d18O record // Milankovitch and climate. Pt. 1 / Ed. A. Berger. N.Y.: Springer, 1984. P. 269-305.

Karner D.В., Levine J., Medeiros B.P., Muller R.A. Constructing a stacked benthic d18O record // Paleoceanography and Paleoclimatology. 2002. V. 17, is. 3. P. 2-1-2-16. https://doi.org/10.1029/2001PA000667

Laskar J. Marginal stability and chaos in the Solar System // Dynamics, ephemerides and astrometry of the Solar system / Eds S. Ferraz Mello et al. Netherlands: IAU, 1996. P. 75-88.

Laskar J., Robutel P., Joutel F., Gastineau M., Correia A.C.M., Levrard B. A Long-term numerical solution for the Earth // Astron. and Astrophys. 2004. V. 428. P. 261-285.

Lisiecki L.E., Raymo M.E. A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic d18O records // Paleoceanography and Paleoclimatology. 2005. V. 20, is. 1. https://doi.org/10.1029/2004PA001071

Mix A.C., Le J., Shackleton N.J. Benthic foraminiferal stable isotope stratigraphy from Site 846: 0-1.8 Ma // Local and global climate changes: Proc. Ocean Drill. Progr. sci. results. 1995a. V. 138. P. 839-847.

Mix A.C., Pisias N.G., Rugh W., Wilson J., Morey A., Hagelberg Т.К. Benthic foraminifer stable isotope record from Site 849 (0-5 Ma) // Local and global climate changes: Proc. Ocean Drill. Progr. sci. results. 1995b. V. 138.P. 371-412.

Planetary influence on the Sun and the Earth, and a modern book-burning / Ed. N.-A. Mörner. N.Y.: Nova Publ., 2016. 196 p.

Pisias N.G., Martinson D.G., Moore Jr. Т.С., Shackleton N.J., Prell W., Hays J., Boden G. High resolution stratigraphic correlation of benthic oxygen isotope records spanning the last 300,000 years // Mar. Geol. 1984. V. 56. P. 119-136.

Prell W.L., Imbrie J., Martinson D.G., Morley J.J., Pisias N.G., Shackleton N.J., Streeter H.F. Graphic correlation of oxygen isotope stratigraphy: Application to the Late Quaternary // Paleoceanography and Paleoclimatology. 1986. N 1. P. 137-162.

Raymo M.E., Ruddiman W.F., Shackleton N.J., Oppo D.W. Evolution of Atlantic-Pacific d13C gradients over the last 2.5 m. y. // Earth Planet. Sci. Let. 1990. V. 97. P. 353-368.

Reimer P.J., Baillie M.G.L., Bard E., Bayliss A., Beck J.W., Bertrand C., Blackwell P.G., Buck C.E., Burr G., Cutler K.B., Damon P.E., Edwards R.L., Fairbanks R.G., Friedrich M., Reimer R.W., Remmele S., Southon J.R., Stuiver M., Talamo S., Taylor F.W., Plicht J., Weyhenmeyer C.E. IntCal04 terrestrial radiocarbon age calibration, 0-26 cal kyr BP // Radiocarbon. 2004. V. 46. P. 1029-1058.

Salvador R.J. A mathematical model of the sunspot cycle for the past 1000 yr // Pattern Recogn. Phys. 2013. N 1. P. 117-122. https://doi.org/10.5194/prp-1-117-2013

Shackleton N.J., Hall M.A. Oxygen and carbon isotope stratigraphy of DSDP Hole 552A: Plio-Pleistocene glacial history // Initial Rep. Deep Sea Drill. Project. 1984. V. 81. P. 599-609.

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

Shackleton N. J., Hall M.A., Pate D. Pliocene stable isotope stratigraphy of OOP Site 846 // Proc. Ocean Drill. Progr. Sci. Results. 1995. V. 138. P. 337-356.

Smulsky J.J. The influence of the planets, Sun and Moon on the evolution of the Earth’s axis // IJAA. 2011. V. 1, N 3. P. 117-134. https://doi.org/10.4236/ijaa.2011.13017

Smulsky J.J. Galactica software for solving gravitational interaction problems // Appl. Phys. Res. 2012a. V. 4, N 2. P. 110-123. https://doi.org/10.5539/apr.v4n2p110

Smulsky J.J. The system of free access Galactica to compute interactions of N-bodies // IJMECS. 2012b. V. 4, N 11. P. 1-20. https://doi.org/10.5815/ijmecs.2012.11.01

Smulsky J.J. Fundamental principles and results of a new astronomic theory of climate change // Advances in Astrophysics. 2016. V. 1, N 1. P. 1-21.

Smulsky J.J., Krotov O.I. New computing algorithm of the Earth’s insolation // Appl. Phys. Res. 2014. V. 6, N 4. P. 56-82. https://doi.org/10.5539/apr.v6n4p56

Solanki S.K., Usoskin I.G., Kromer B., Schüssler M., Beer J. An unusually active Sun during recent decades compared to the previous 11,000 years // Nature. 2004. V. 431. P. 1084-1087.

Steinhilber F., Abreu J.A., Beer J., Brunner I., Christl M., Fischer H., Heikkila U., Kubik P.W., Mann M., McCracken K.G., Miller H., Miyahara H., Oerter H., Wilhelms F. 9,400 years of cosmic radiation and solar activity from ice cores and tree rings // PNAS. 2012. V. 109 (16). P. 5967-5971. https://doi.org/10.1073/pnas.1118965109

Svensmark H. Influence of cosmic rays on Earth’s climate // Phys. Rev. Let. 1998. V. 81, N 22. P. 5027-5030.

Wang Y., Cheng H., Edwards R.L., He Y., Kong X., An Z., Wu J., Kelly M.J., Dykoski C.A., Li X. The Holocene Asian monsoon: Links to solar changes and North Atlantic climate // Science. 2005. V. 308 (5723). P. 854-857.

Williams D.F., Thunell R.C., Tappa E., Rio D., Raffi I. Chronology of the Pleistocene oxygen isotope record: 0-1.88 m. у В.Р. // Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 1988. V. 64. P. 221-240.