Комплексные и междисциплинарные исследования полярных районов Сочи, 9 – 12 октября 2011 Временная изменчивость климата высоких широт в позднем плейстоцене по данным ледяных кернов Борзенкова 1 И.И., Жильцова 1 Е.Л., Лобанов 2 В.А. 1 – Государственный Гидрологический институт 2 – С.Петербургский Гидрометеорологический университет

СОДЕРЖАНИЕ Ледяные керны из высоких широт северного и южного полушарий как источники уникальной палеоклиматической информации; Насколько эта информация изменила наш взгляд на структуру климатических колебаний в прошлом? Возможно ли использовать данные о температуре, газовом составе атмосферы, о содержании аэрозоля в стратосфере, полученные по ледяным кернам, для изучения механизмов климатических колебаний в современную эпоху и в будущем?

Ледяные керны как источники количественной информации: О температуре воздуха и температуре подстилающей поверхности, определяемые по соотношению: 16 О/ 18 О, 40 Ar/ 36 Ar и 14 N/ 15 N; О концентрации парниковых газов в атмосфере (CO2, CH4, N2O и др.); О содержании пыли в атмосфере; О концентрации аэрозоля в стратосфере (природного, вулканического и антропогенного); О колебаниях солнечной активности (изотопы 10 Be и 14 C)

Местоположение глубоких скважин в Гренландии и прилегающих районов /

Местоположение глубоких скважин на ледниковых покровах Антарктиды: /

Насколько эта информация изменила наш взгляд на структуру климатических колебаний в прошлом и в современную эпоху?

Первые данные о газовом составе атмосферы во время оледенений и межледниковый были получены в конце 70 х – начале 80 х годов прошлого столетия; Первые данные о быстрых колебаниях климата («abrupt changes» ) были получены в конце 80 х – начале 90 х годов прошлого столетия; Достоверные оценки амплитуд этих колебаний и их продолжительности были получены в конце 90 х годов прошлого столетия – начале 2000 х годов; Данные ледяных кернов позволили выявить и исследовать новый механизм климатических колебаний в прошлом, связанный с нарушением термохалинной циркуляции, в результате изменения в гидрологическом цикле.

Быстрые колебания климата в прошлом, насколько они реальны, какова их продолжительность и амплитуды, возможны ли такие колебания в современную эпоху и в будущем?

Оценка амплитуды колебаний температуры по время событий D/O двумя независимыми методами по изотопам кислорода и азота

События Дансгора/Оешгера (D/O) между 60 и 10 тыс.лет назад (3 я – 2 я изотопные стадии)

Климатические события последних 130 тысяч лет

Климатические события (D/O) и реакция различных природных объектов на эти изменения

Следы быстрых потеплений климата зафиксированы в изменениях температуры поверхностных и придонных вод, в изменении видового состава растительности и смещении её границ, в изменениях площади и толщины морских льдов; Повышение температуры в высоких широтах сопровождалось усилением муссонной циркуляции в субтропических широтах и значительным увеличением осадков и стока рек в высоких и средних широтах.

Причины быстрых потеплений климата во время событий D/O Причина быстрых потеплений во время событий D/O – изменение в приходе солнечной радиации за счет астрономических факторов –прецессии и наклона земной оси; Наиболее значительные потепления в высоких широтах соответствуют максимальным суммам летней радиации при минимальных значениях прецессии и максимальных значениях наклона земной оси; Если 100 тысячный цикл в колебаниях эксцентриситета (отличие формы орбиты от круговой) отвечает за изменение солнечной радиации во время оледенений и межледниковый, то изменение прецессии и наклона оси влияют на приход солнечной радиации при переходе от межледниковый к оледенениям

Изменение температуры воздуха (°С) в высоких широтах и концентрация метана в атмосфере (ppbv) по данным керна Саммит (Гренландия) 10. ю

Изменение температуры воздуха высоких широтах и концентрация метана за последние 11 тысяч лет (скважина Саммит GISP2)

Изотопные данные с высокой степенью временного разрешения (до первых десятков лет) позволили выявить и исследовать новый механизм климатических колебаний в прошлом, связанный с нарушением термохалинной циркуляции, в результате поступления больших масс пресной воды в океан во время последней дегляциации, что привело к изменения в глобальном гидрологическом цикле. Особого внимание заслуживает изучения причин и механизмов похолодания около 8000 – 8200 лет назад, когда уровень океана и объем оледенения были близки к современным.

Изотопные температуры по содержанию ( 15 N) и 40 Ar) в керне Саммит (Гренландия) (GISP2) во время похолодания 8.2 ка ВР dN, 2 – 40 dAr

Изменение температуры (δ 18 O) в высоких широтах по данным кернов GRIP, GISP2, NGRIP, DYE3 между и 6000 лет и похолодание 8150 – 8250 лет ВР в северном полушарии

Похолодание 8000 – 8200 лет назад

Во время похолодания 8200 лет назад по данным изотопного анализа ледяных кернов из Гренландии средние годовые температуры воздуха в высоких широтах понижались на 3 ± 1°С, при этом концентрация метана в атмосфере снижалась на 8 – 10%. В умеренных и низких широтах отмечалось резкое снижение осадков, интенсивность муссонной циркуляции была минимальной. Продолжительность похолодания по данным ледяных кернов составляла около 200 лет;

Похолоданию 8200 лет назад предшествовал период высоких температур воздуха в высоких широтах и значительное увеличение осадков практически во всех широтных зонах северного полушария; Последствием этих процессов явилось опреснение верхнего слоя воды в С.Атлантике, что привело к нарушению термохалинной циркуляции и к уменьшению скорости образования глубинных вод, увеличение площади морских льдов и похолоданию в высоких широтах; Подобный сценарий может иметь место и в настоящее время при дальнейшем сохранении тренда глобального потепления. Причины похолодания 8,2 тыс. лет назад

Ледяные керны являются источником уникальной информации об изменении концентрации природного и антропогенного аэрозоля в стратосфере. Резкие повышения концентрации «фонового» аэрозоля в стратосфере связаны с вулканическими извержениями взрывного типа. Совместный анализ дендроклиматических данных и данных ледяных кернов о концентрации сернокислого аэрозоля позволяет оценить вулканических извержений в изменении глобального климата за последние тысячелетия.

Изменение температуры воздуха северного полушария по дендроклиматическим данным и содержание сернокислого аэрозоля (SO 4 2- ) по данным ледяного керна из З.Антарктиды 2-

Заключение Уникальная информация, полученная в результате изотопных и других исследований ледяных кернов из высоких широт северного и южного полушарий, существенно изменила взгляд на механизмы и причины климатических колебаний не только в прошлом, но и в современную эпоху и в будущем; Климатические колебания в прошлом, даже в относительно стабильные эпохи, например в голоцене, оказались более сложными, чем предполагали раньше. Изотопные данные с высокой степенью временного разрешения (до первых десятков лет) позволили выделить быстрые колебания климата («abrupt climatic changes»), когда температуры воздуха в высоких широтах изменялись на 5-10°С за интервалы времени нескольких десятков лет;

Причина быстрых потеплений во время событий D/O – изменение в приходе солнечной радиации за счет астрономических факторов –прецессии и наклона земной оси. Наибольшие потепления в высоких широтах соответствуют максимальным суммам летней радиации при минимальных значениях прецессии и максимальных значениях наклона земной оси; Если 100 тысячный цикл в колебаниях эксцентриситета (отличие формы орбиты от круговой) отвечает за изменение солнечной радиации во время оледенений и межледниковый, то изменение прецессии и наклона оси влияют на колебания солнечной радиации между этими периодами.

Палеоклиматические данные позволили выявить новый механизм климатических колебаний, связанный с притоком талой воды в океан во время процесса дегляциации; Исследования показали, что даже относительно небольшие изменения в гидрологическом цикле (увеличение осадков в высоких широтах и стока рек в океан) способны привести к нарушению термохалинной циркуляции в С.Атлантике и вызвать похолодание в высоких и умеренных широтах, прежде всего в районах, примыкающих к С.Атлантике.

Статистический анализ длинных рядов температуры воздуха в высоких широтах северного полушария показал: Временные вариации температуры воздуха в высоких широтах включают три вида изменчивости: 1. долгопериодную составляющую, отличающуюся практически «мгновенной» сменой климатических условий; 2. короткопериодную (квази- 5-летнюю) цикличность; 3. квазивековую (с цикличностью лет), характерную для квазиоднородных периодов последних лет;

4. Основной вклад в изменение температуры вносят высокочастотные процессы; 5. Вклад 100-летних колебаний составляет около 10% за последние и около 30% между и лет назад; 6. Амплитуда колебаний температуры в позднеледниковое (между 14 и 10 тыс. л.н.) более чем в 2 раза превышала амплитуду колебаний температуры в голоцене (последние 10 тыс. лет); 7. Рост температуры во время потеплений происходит примерно в 1.5 раза быстрее, чем ее понижение во время похолоданий.

Предложения к задачам Полярного десятилетия Детальная временная картина формирования криосферы (горные ледники, морские льды и покровное оледенение в северном и южном полушариях) в ответ на снижение глобальной температуры; Исследование причин и механизмов быстрых колебаний климата за последние 100 тысяч лет. Совместный анализ изотопных данных из покровных ледников, морских кернов и спелеотем континентальных районов в высоких широтах;

Применение независимых статистических методов для выделения колебаний разных временных масштабов применительно к длинным временным рядам, полученным по ледяным кернам, дендроклиматическим записям из высоких широт, данным о вулканических извержений взрывного типа и временным рядам изотопов 10 Be и С 14, характеризующих уровень «солнечной активности» в прошлом. Совместный анализ этих данных позволит использовать эти материалы для изучения механизма климатических колебаний как в прошлом, так и в современную эпоху.