Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

δ 18 O , показатель температуры за последние 600 000 лет (в среднем по нескольким образцам карбонатов глубоководных отложений)

Проблема 100 000 лет ( «100 KY проблемы», «100 ки проблемы») из теории Миланковича от орбитального принуждая относится к расхождению между реконструированной геологической записью температуры и восстановленным количеством поступающего солнечного излучения, или солнечной радиацией за прошедшие 800000 годы. [1] Из-за изменений орбиты Земли количество инсоляции меняется с периодами около 21 000, 40 000, 100 000 и 400 000 лет. Колебания количества падающей солнечной энергии приводят к изменениям климата Земли и признаны ключевым фактором в определении времени начала и прекращения оледенений .

Хотя существует цикл Миланковича в диапазоне 100000 лет, связанный с эксцентриситетом земной орбиты , его вклад в изменение инсоляции намного меньше, чем вклад прецессии и наклонения . Проблема 100000 лет связана с отсутствием очевидного объяснения периодичности ледниковых периодов примерно в 100000 лет в течение последнего миллиона лет, но не раньше, когда доминирующая периодичность соответствовала 41000 годам. Необъяснимый переход между двумя режимами периодичности известен как переход среднего плейстоцена , датируемый примерно 800 000 лет назад.

Связанная с этим «проблема 400 000 лет» относится к отсутствию периодичности в 400 000 лет из-за эксцентриситета орбиты в геологических данных температуры за последние 1,2 миллиона лет. [2]

Переход периодичности от 41 000 до 100 000 лет теперь можно воспроизвести с помощью численного моделирования, которое включает тенденцию к уменьшению содержания углекислого газа и ледниковое удаление реголита , как более подробно объясняется в статье « Переход к среднему плейстоцену» . [3]

Признание 100 000-летнего цикла [ править ]

A δ 18 Oрекорд за последние 140000 лет из ледяных кернов Гренландии ( NGRIP ) и Антарктиды ( EPICA , Восток )

Запись геологической температуры может быть восстановлена по осадочным материалам. Пожалуй, наиболее полезным показателем прошлого климата является фракционирование из изотопов кислорода , обозначается δ 18 O . Это фракционирование контролируется в основном количеством воды, заключенной во льду, и абсолютной температурой планеты, и позволило построить временную шкалу морских изотопных стадий .

К концу 1990-х гг. Δ 18 Oзаписи воздуха (в ледяном керне Востока ) и морских отложений были доступны и сравнивались с оценками инсоляции , которая должна влиять как на температуру, так и на объем льда. Как описано Шеклтоном (2000), запись в глубоководных осадках δ 18 O«преобладает 100 000-летняя цикличность, которая повсеместно интерпретируется как главный ритм ледникового периода». Шеклтон (2000) скорректировал временную шкалу ледяного керна Востока δ 18 Oзапись, чтобы соответствовать предполагаемому орбитальному воздействию, и использовать спектральный анализ для идентификации и вычитания компонента записи, которая в этой интерпретации может быть отнесена к линейной (прямо пропорциональной) реакции на орбитальное воздействие. Остаточный сигнал (остаток) по сравнению с остаточным сигналом от аналогичным образом перенастроенной записи изотопа морского керна был использован для оценки доли сигнала, который был отнесен к объему льда, а остальная часть (с попыткой учесть эффект Доула ) объясняется температурными изменениями на глубине.

Было обнаружено, что 100000-летняя составляющая изменения объема льда соответствует рекордам уровня моря, основанным на определениях возраста кораллов, и отстает от эксцентриситета орбиты на несколько тысяч лет, как можно было бы ожидать, если бы эксцентриситет орбиты был механизмом движения. Сильные нелинейные "скачки" в записи появляются при дегляциации , хотя 100 000-летняя периодичность не была самой сильной периодичностью в этой "чистой" записи объема льда.

Было обнаружено, что отдельные данные о глубоководной температуре меняются прямо синхронно с эксцентриситетом орбиты, как и температура в Антарктике и CO 2 ; Таким образом, эксцентриситет оказывает непосредственное геологическое воздействие на температуру воздуха, глубоководную температуру моря и концентрацию углекислого газа в атмосфере. Шеклтон (2000) пришел к выводу: «Эффект эксцентриситета орбиты, вероятно, попадает в палеоклиматические записи через влияние на концентрацию атмосферного CO 2 ». [4]

Элкибби и Риал (2001) определили цикл 100 тыс. Лет назад как одну из пяти основных проблем, с которыми сталкивается модель Миланковича орбитального воздействия ледниковых периодов. [5]

Гипотезы для объяснения проблемы [ править ]

Эффект изменения угла наклона может, вместе с прецессией, усиливаться наклонением орбиты.

Поскольку 100000-летняя периодичность доминирует только в климате последнего миллиона лет, недостаточно информации для разделения составляющих частот эксцентриситета с помощью спектрального анализа, что затрудняет надежное обнаружение значительных долгосрочных тенденций, хотя спектральный анализ многих более длинные палеоклиматические записи, такие как совокупность морских кернов Lisiecki и Raymo [6] и составные изотопные записи Джеймса Захоса, помогают поместить последний миллион лет в более долгосрочный контекст. Следовательно, до сих пор нет четкого доказательства механизма, ответственного за 100-тысячную периодичность, но есть несколько заслуживающих доверия гипотез.

Климатический резонанс [ править ]

Механизм может быть внутренним по отношению к системе Земля. Климатическая система Земли может иметь естественную резонансную частоту 100 тыс. Лет; Другими словами, процессы обратной связи в климате автоматически производят эффект 100 карат, подобно тому, как естественным образом звонит колокол на определенной высоте. [7] [8] Противники этого утверждения указывают, что резонанс должен был возникнуть 1 миллион лет назад, поскольку периодичность 100 тыс. Лет была слабой или отсутствовала в течение предшествующих 2 миллионов лет. Это возможно - дрейф континентов и изменение скорости распространения морского дна постулируются как возможные причины такого изменения. [9] Причиной считались свободные колебания компонентов системы Земля, [10]но слишком мало земных систем обладают тепловой инерцией в масштабе времени в тысячу лет для накопления каких-либо долгосрочных изменений. Наиболее распространенная гипотеза касается ледяных щитов Северного полушария, которые могут расширяться за несколько более коротких циклов, пока не станут достаточно большими, чтобы подвергнуться внезапному обрушению. [11] 100000-летняя проблема была тщательно изучена Хосе А. Риалом, Джезунгом О и Элизабет Райшманн [12], которые обнаружили, что синхронизация «господин-раб» между собственными частотами климатических систем и воздействием эксцентриситета положила начало столетнему ледниковому периоду в мире. позднего плейстоцена и объясняют их большую амплитуду.

Наклонение орбиты [ править ]

Циклы прецессии могут дать эффект 100 000 лет.

Наклонение орбиты имеет периодичность 100 карат, в то время как периоды эксцентриситета 95 и 125 карат могут взаимодействовать друг с другом, давая эффект 108 карат. Хотя возможно, что менее значительная и изначально упущенная из виду изменчивость наклона оказывает глубокое влияние на климат [13], эксцентриситет изменяет инсоляцию лишь на небольшую величину: 1-2% сдвига, вызванного 21000-летней прецессией и 41 000-летние циклы наклона. Поэтому такое сильное влияние наклона было бы непропорционально по сравнению с другими циклами. [9]Одним из возможных механизмов, предложенных для объяснения этого, было прохождение Земли через области космической пыли. Наша эксцентричная орбита проведет нас через пыльные облака в космосе, которые будут действовать, чтобы перекрыть часть приходящей радиации, затеняя Землю. [13]

В таком случае, обилие изотопа 3 He , производится с помощью солнечных лучей расщепляющих газов в верхних слоях атмосферы, можно было бы ожидать , чтобы уменьшить, и первоначальные исследования действительно найти такое падение в 3 He изобилия. [14] [15] Другие утверждали, что возможные эффекты пыли, входящей в саму атмосферу, например, за счет увеличения облачного покрова (9 июля и 9 января, когда Земля проходит через неизменную плоскость, мезосферное облако увеличивается). [16] Таким образом, цикл эксцентриситета 100 тыс. Лет может действовать как «стимулятор» системы, усиливая эффект циклов прецессии и наклона в ключевые моменты с его возмущением.[17]

Циклы прецессии [ править ]

Аналогичное предположение считает, что исключительно ответственны 21 636-летние прецессионные циклы . Ледниковые периоды характеризуются медленным наращиванием объема льда, за которым следуют относительно быстрые фазы таяния. Возможно, что лед накапливался в течение нескольких циклов прецессии и таял только после четырех или пяти таких циклов. [18]

Колебания яркости Солнца [ править ]

В качестве объяснения был также предложен механизм, который может объяснять периодические колебания светимости Солнца. Волны диффузии, возникающие внутри Солнца, можно смоделировать таким образом, чтобы они объясняли наблюдаемые климатические сдвиги на Земле. [19] Однако сигнал He 3 снова, кажется, противоречит этому выводу. [20]

Фотосинтез суши и океана [ править ]

Цветение водорослей . Относительная важность фотосинтеза на суше и на море может колебаться в масштабе 100 000 лет.

Эффект Доула описывает тенденции изменения δ 18 Oобусловленные тенденциями в относительной важности фотосинтезаторов, обитающих на суше и в океане . Такое изменение - вероятная причина явления. [21] [22]

Текущее исследование [ править ]

Извлечение ледяных кернов с более высоким разрешением, охватывающих более чем последние 1 000 000 лет, в рамках текущего проекта EPICA может помочь пролить свет на этот вопрос. Новый высокоточный метод датирования, разработанный командой [23], позволяет лучше коррелировать различные задействованные факторы и ставит хронологию ледяного керна на более прочную временную основу, подтверждая традиционную модель Миланковича.гипотеза о том, что климатические изменения контролируются инсоляцией в северном полушарии. Новая хронология несовместима с теорией «наклона» 100 000-летнего цикла. Установление опережения и запаздывания по отношению к различным компонентам орбитального воздействия с помощью этого метода, который использует прямой контроль инсоляции над соотношением азота и кислорода в пузырьках ледяного керна, в принципе, является значительным улучшением временного разрешения этих записей и еще одним важным подтверждением Гипотеза Миланковича. Международное упражнение по моделированию климата (Abe-ouchi et al. , Nature, 2013 [24]) продемонстрировал, что климатические модели могут воспроизводить 100000-летнюю цикличность с учетом орбитального воздействия и уровней углекислого газа в позднем плейстоцене. Изостатическая история ледяных щитов была причастна к 100000-летней реакции на орбитальное воздействие. Более крупные ледяные щиты находятся ниже по высоте, потому что они вдавливают континентальную кору, на которой они сидят, и поэтому более уязвимы для таяния.

См. Также [ править ]

  • Разворот Брюнес – Матуяма
  • Средний плейстоцен
  • Циклы Миланковича
  • Палеоклиматология
  • Хронология оледенения

Ссылки [ править ]

  1. ^ Раймо, Морин Э .; Нисанчоглу, Керим Х. (2003). «41 тысячелетний мир: еще одна неразгаданная тайна Миланковича». Палеоокеанография . 18 (1): н / д. Bibcode : 2003PalOc..18.1011R . DOI : 10.1029 / 2002PA000791 . S2CID  17640098 . Все серьезные исследователи истории климата Земли слышали о «100-тысячелетней проблеме» орбитальной теории Миланковича, а именно об отсутствии очевидного объяснения доминирующей ~ 100-тысячелетней периодичности в климатических записях за последние 800000 лет.
  2. ^ Ричард Джон Хаггетт, "Проблемы с орбитальным форсированием" , Естественная история Земли: обсуждение долгосрочных изменений в геосфере и биосфере , Исследования Рутледжа по физической географии и окружающей среде, 2006.
  3. ^ Бровкин, В .; Calov, R .; Ганопольски, А .; Виллейт, М. (апрель 2019 г.). «Переход от среднего плейстоцена к ледниковым циклам, объясненный уменьшением CO2 и удалением реголита | Достижения науки» . Наука продвигается . 5 (4): eaav7337. DOI : 10.1126 / sciadv.aav7337 . PMC 6447376 . PMID 30949580 .  
  4. Перейти ↑ Shackleton, NJ (2000). «100000-летний цикл ледникового периода, идентифицированный и обнаруженный с учетом запаздывания температуры, двуокиси углерода и орбитального эксцентриситета». Наука . 289 (5486): 1897–1902. Bibcode : 2000Sci ... 289.1897S . DOI : 10.1126 / science.289.5486.1897 . PMID 10988063 . S2CID 5787438 .  
  5. ^ Elkibbi Майя, риал Jose A (2001). «Обзор астрономической теории климата сторонним наблюдателем: является ли инсоляция, вызванная эксцентриситетом, главной движущей силой ледниковых периодов?». Обзоры наук о Земле . 56 (1–4): 161–177. Bibcode : 2001ESRv ... 56..161E . DOI : 10.1016 / s0012-8252 (01) 00061-7 .
  6. ^ Лисецкий, Lorraine (2005). «Бентический штабель LR04» . lorraine-lisiecki.com . Проверено 16 октября 2014 года .
  7. ^ Гил, Майкл (1994). «Криотермодинамика: хаотическая динамика палеоклимата» . Physica D: нелинейные явления . 77 (1–3): 130–159. Bibcode : 1994PhyD ... 77..130G . DOI : 10.1016 / 0167-2789 (94) 90131-7 .
  8. ^ Gildor, Hezi; Циперман, Эли (2000). «Морской лед как переключатель климата ледниковых циклов: роль сезонного и орбитального воздействия» . Палеоокеанография . 15 (6): 605–615. Bibcode : 2000PalOc..15..605G . DOI : 10.1029 / 1999PA000461 .
  9. ^ a b Руддиман, Уильям Ф. (декабрь 2006 г.). «Орбитальные изменения и климат» (PDF) . Четвертичные научные обзоры . 25 (23–24): 3092–3112. Bibcode : 2006QSRv ... 25.3092R . DOI : 10.1016 / j.quascirev.2006.09.001 . Архивировано из оригинального (PDF) 30 октября 2008 года . Проверено 9 мая 2007 .
  10. ^ Зальцман, Барри; Хансен, Энтони Р .; Мааш, Кирк А. (декабрь 1984 г.). «Поздние четвертичные оледенения как реакция трехкомпонентной системы обратной связи на земно-орбитальное воздействие» . Журнал атмосферных наук . 41 (23): 3380–3389. Bibcode : 1984JAtS ... 41.3380S . DOI : 10.1175 / 1520-0469 (1984) 041 <3380: TLQGAT> 2.0.CO; 2 .
  11. ^ Дентон, GH; Андерсон, РФ; и другие. (2010). «Последний ледниковый конец». Наука . 328 (5986): 1652–1656. Bibcode : 2010Sci ... 328.1652D . DOI : 10.1126 / science.1184119 . PMID 20576882 . S2CID 27485445 .  
  12. ^ Риаль, Хосе А .; О, Чесын; Райшманн, Элизабет (10 марта 2013 г.). «Синхронизация климатической системы с форсированием эксцентриситета и 100 000-летней проблемой». Природа Геонауки . 6 (4): 289–293. Bibcode : 2013NatGe ... 6..289R . DOI : 10.1038 / NGEO1756 . S2CID 140578902 . 
  13. ^ a b Мюллер, Ричард А .; Макдональд, Гордон Дж. (1995). «Ледниковые циклы и наклон орбиты». Nature (опубликовано 14 сентября 1995 г.). 377 (6545): 107–108. Bibcode : 1995Natur.377..107M . DOI : 10.1038 / 377107b0 . S2CID 4288107 . 
  14. ^ Фарли, К. А. (1995-07-13). «Кайнозойские вариации потока межпланетной пыли, зарегистрированные 3 He в глубоководных отложениях». Природа . 376 (6536): 153–156. Bibcode : 1995Natur.376..153F . DOI : 10.1038 / 376153a0 . S2CID 4316071 . 
  15. ^ Кортенкамп, Стивен Дж .; Дермотт, Стэнли Ф. (1998-05-08). «100 000-летняя периодичность роста межпланетной пыли» . Наука . 280 (5365): 874–6. Bibcode : 1998Sci ... 280..874K . DOI : 10.1126 / science.280.5365.874 . PMID 9572725 . Проверено 9 мая 2007 . 
  16. ^ Мюллер, Ричард А .; Макдональд, Гордон Дж. (1997-08-05). «Спектр 100-тысячелетнего ледникового цикла: наклон орбиты, а не эксцентриситет» . Proc Natl Acad Sci USA . 94 (16): 8329–34. Bibcode : 1997PNAS ... 94.8329M . DOI : 10.1073 / pnas.94.16.8329 . PMC 33747 . PMID 11607741 .  
  17. ^ Хейс, JD; Имбри, Джон; Шеклтон, штат Нью-Джерси (1976-12-10). «Вариации орбиты Земли: кардиостимулятор ледниковых периодов» . Наука . 194 (4270): 1121–32. Bibcode : 1976Sci ... 194.1121H . DOI : 10.1126 / science.194.4270.1121 . PMID 17790893 . S2CID 667291 . Проверено 9 мая 2007 .  
  18. ^ Имбри, Джон; Имбри, Джон З. (1980-02-29). «Моделирование реакции климата на колебания орбиты» . Наука . 207 (4434): 943–53. Bibcode : 1980Sci ... 207..943I . DOI : 10.1126 / science.207.4434.943 . PMID 17830447 . S2CID 7317540 . Проверено 9 мая 2007 .  
  19. ↑ Эрлих, Роберт (май 2007 г.). «Солнечные резонансные диффузионные волны как движущая сила земного изменения климата» (PDF) . Журнал атмосферной и солнечно-земной физики . 69 (7): 759–766. arXiv : astro-ph / 0701117 . Bibcode : 2007JASTP..69..759E . DOI : 10.1016 / j.jastp.2007.01.005 . S2CID 7015360 .  
  20. ^ Марш, Джеральд Э. (2007). «Изменение климата: роль Солнца». arXiv : 0706.3621 [ Physics.gen -ph ].
  21. ^ Бендер, Майкл; Сауэрс, Тодд; Лабейри, Лоран (сентябрь 1994 г.). «Эффект Доула и его вариации за последние 130 000 лет, измеренные в ледяном керне Востока» (PDF) . Глобальные биогеохимические циклы . 8 (3): 363–376. Bibcode : 1994GBioC ... 8..363B . DOI : 10.1029 / 94GB00724 . Проверено 9 мая 2007 .
  22. ^ Сауэрс, Тодд; Бендер, Майкл; Лабейри, Лоран; Мартинсон, Дуг; Жузель, Жан; Рейно, Доминик; Пишон, Жан Жак; Короткевич, Евгений Сергеевич (1993). «Общая временная структура Восток-СПЕКМАП на 135000 лет». Палеоокеанография . 8 (6): 737–766. Bibcode : 1993PalOc ... 8..737S . DOI : 10.1029 / 93PA02328 .
  23. ^ Кавамура, К .; Парренин, ФДР; Лисецкий, Л .; Uemura, R .; Vimeux, FO; Severinghaus, JP; Хуттерли, Массачусетс; Nakazawa, T .; Aoki, S .; Jouzel, J .; Raymo, ME ; Matsumoto, K .; Nakata, H .; Motoyama, H .; Fujita, S .; Goto-Azuma, K .; Fujii, Y .; Ватанабэ, О. (23.08.2007). «Вынужденное воздействие климатических циклов в Антарктиде в Северном полушарии за последние 360 000 лет». Природа . 448 (7156): 912–916. Bibcode : 2007Natur.448..912K . DOI : 10,1038 / природа06015 . PMID 17713531 . S2CID 1784780 .  
  24. ↑ Абе-Оучи, Аяко; и другие. (2013). «Инсоляционные 100 000-летние ледниковые циклы и гистерезис объема ледяного покрова». Природа . 500 (7461): 190–193. Bibcode : 2013Natur.500..190A . DOI : 10,1038 / природа12374 . PMID 23925242 . S2CID 4408240 .