ПЛЕЙСТОЦЕНОВЫЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Смотрите также:

ДРЕВНЕЕ ОЛЕДЕНЕНИЕ И ЖИЗНЬ

Великое оледенение

Как часто были ледниковые эпохи в истории Земли...

Люди эпохи великого оледенения - Рисское

Климатические условия ледниковых эпох

Где были ледники на территории России

Сколько длилась ледниковая эпоха

Ледниковые периоды. Причины оледенений

История оледенений Евразии ...

Климаты Четвертичного периода, плейстоцена

В 1949 году, когда Эриксон и Юинг уже приступили к подъему колонок из района Срединно-Атлантического хребта, Чезаре Эмилиани еще только стал аспирантом Чикагского университета и начал свои палеонтологические исследования. Он приехал из Италии, захватив с собой образцы горных пород, взятые в северных Апеннинах, где после окончания в 1945 году университета Болоньи он работал геологом-нефтяником. Эмилиани намеревался провести в Чикаго лишь год, надеясь расширить за это время свой научный кругозор, а главное-решить интригующие вопросы, связанные с его апеннинскими образцами.

В Чикагском университете он познакомился с группой молодых ученых, которые работали под руководством нобелевского лауреата Гарольда Юри над развитием геохимических методов решения фундаментальных проблем истории Земли. Один из членов этой группы, Самюэль Эпстайн, впоследствии писал: «Когда я прибыл в Чикаго, университет был охвачен возбуждением. Ежедневно возникали новые идеи. Нас вдохновлял не только Гарольд Юри, генераторами идей были и другие интеллектуальные звезды, такие, как Уиллард Либби и Энрико Ферми». Заметим, что Либби вскоре был удостоен Нобелевской премии по химии, а Ферми уже тогда был Нобелевским лауреатом по физике.

Эпстайн помогал Юри воплотить в жизнь его идею, выдвинутую в 1947 году. Она предполагала существование теоретической возможности использовать атомы кислорода для определения температур воды древнего океана. Принцип метода базировался на том факте, что кислород, входящий в состав морской воды, представлен не одним, а двумя изотопами, из которых один, 180, является более тяжелым, чем второй, О. Оба типа атомов присутствуют и в известковых скелетах морских организмов, в том числе планктонных. По теоретическим соображениям Юри, относительное количество тяжелых атомов кислорода, извлекаемых этими организмами из морской воды, должно зависеть от ее температуры, причем чем эта вода холоднее, тем более высоким должно быть содержание тяжелого изотопа в скелетах. Поэтому, рассуждал Юри, измерив соотношение тяжелого и легкого изотопов кислорода в ископаемых остатках морских организмов, можно будет рассчитывать температуры, которые имела морская вода в период их жизни.

Эпстайн и Эмилиани не сомневались, что метод Юри способен открыть новые горизонты для геологии. Однако прежде чем браться за его разработку, надо было преодолеть два препятствия. Первое из них было теоретическим; дело в том, что соотношение изотопов в скелетах морских организмов зависело не только от температуры воды, но также и от ее изотопного состава, так что если этот состав непостоянен, то задача правильного расчета палеотемператур была бы неразрешимой. Однако Юри и его коллеги были уверены-как показал опыт, даже слишком уверены, - что в ходе дальнейших исследований этот вопрос решится сам собой. Второе препятствие было техническим: для высокоточного измерения изотопного состава воды требовалось создать новые приборы, разработать специальную методику. Этой задачей как раз и занимались Эпстайн и его сотрудники Ральф Бухс- баум и Хейнц Лоуэнстам. Несколько лет их упорной работы увенчались успехом - появился лабораторный метод, позволявший с большой точностью измерять соотношения изотопов. Теперь уже ничто не мешало взяться за проверку возможностей палеотемператур- ного метода Юри.

Сам Юри вскоре почувствовал, что палеонтологические познания Эмилиани будут полезны, когда дело дойдет до практического применения его новых геохимических методов. Так что Эмилиани получил заманчивое предложение заняться изучением изотопного состава фораминифер, которое он без колебаний принял. Ему было ясно: это как раз тот - единственный в жизни-случай, когда у исследователя появляется возможность приоткрыть завесу неведомого. И вот в то время, когда другие члены чикагской группы уже начали получать обнадеживающие результаты приложения «изотопного термометра» к окаменелостям из древних толщ, Эмилиани берется за палеотемператур- ный анализ панцирей фораминифер, извлеченных из гораздо более молодых - плейстоценовых - осадков. Объектом его первых измерений стали донные, или бентосные, фораминиферы, собранные в 1951 году в Калифорнии. Но вскоре Ханс Петтерссон предложил ему заняться восемью длинными колонками, поднятыми во время экспедиции «Альбатроса», и Эмилиани решил переключиться на изучение планктона, который представлялся более перспективным материалом. Затем Юинг передал ему несколько колонок из хранилища Ламонтской обсерватории, а Эриксон, хотевший проверить свой палеоклиматический метод, отправил в Чикаго ещё четыре колонки, которые перед тем проанализировал сам.

К августу 1955 года Эмилиани успел обработать восемь колонок глубоководных осадков. Свои результаты он опубликовал в статье «Плейстоценовые температуры», появившейся на страницах Journal of Geology (1955) и ставшей заметной вехой в познании природы ледниковых эпох. Согласно его выводам, изменения изотопного состава планктонных фораминифер из колонок, поднятых со дна Карибского моря и экваториальной Атлантики, свидетельствуют о том, что на последние 300000 лет пришлось семь полных ледниково-межледниковых циклов. Кроме того, из данных Эмилиани следовало, что в типичном случае поверхностные температуры Карибского моря снижались в ледниковые эпохи на 6° С (). Наконец, Эмилиани заметил, что ход колебаний палеотемпе- ратур, определенных по соотношениям изотопов кислорода, довольно хорошо соответствует инсоляцион- ным кривым Миланковича. Это позволило ему сделать вывод-правда, весьма осторожный,-что его наблюдения, по-видимому, могут служить подтверждением астрономической теории ледниковых эпох.

Опубликовав эту статью, Эмилиани сразу оказался в центре целых трех дискуссий. Прежде всего, дискуссии с Эриксоном. Был поставлен вопрос: является ли ход изотопной кривой действительным отражением изменений температур? И не следует ли, реконструируя историю климата, отдать предпочтение эриксо- новской кривой menardii ? Вторая дискуссия касалась точности использованной Эмилиани хронологической шкалы-Брёккер и Эриксон подвергали ее сомнению. Третье и последнее возражение выдвигалось теми геологами - а их было большинство! - которые отвергали теорию Миланковича; по их мнению, та корреляция между изотопной кривой и инфляционными графиками Миланковича, о которой писал Эмилиани, является простым совпадением.

Первое противоречие было во многих отношениях самым важным. Если прав Эриксон и фактической причиной изменений изотопного состава воды были не колебания температур, а какой-то другой фактор, то все споры по остальным вопросам практически теряли смысл. Уже к 1964 году всем стало ясно, что палеоклиматология плейстоцена не сдвинется с места, пока спор между Эриксоном и Эмилиани не будет разрешен. Поэтому авторитетные сотрудники Йельского университета в лице Ричарда Флинта и Карла Турекиана и Колумбийского университета в лице Уоллеса Брёккера убедили Национальный научный фонд США выделить деньги на проведение специальной конференции, посвященной этой проблеме. Предполагалось, что конференция решит ее, заставив Эриксона и Эмилиани изложить свои выводы и их обоснование перед лицом небольшой группы специалистов. Эта конференция состоялась в январе 1965 года в Нью-Йорке, в гостинице «Америка- на» и в Ламонтской геологической обсерватории.

В число ее участников входил и Джон Имбри, бывший тогда профессором геологии Колумбийского университета. К тому времени он уже имел десятилетний опыт изучения ископаемых бентосных организмов и их использования для цели восстановления климатов отдаленных геологических периодов. При этом он широко использовал один из статистических методов, называемый факторным анализом; последний оказался пригодным для определения реакции морских животных на совместное воздействие нескольких факторов окружающей среды.

Долгожданная дискуссия между Эриксоном и Эмилиани не привела к однозначному решению проблемы. С одной стороны, Эриксон смог доказать, что схема его зон находит подтверждение в фактических данных по сотням атлантических колонок и что его главный вид-индикатор menardii действительно чутко реагирует на изменения температур океана. С другой стороны, он подверг критике основное допущение Эмилиани, согласно которому «нетемпературные» изменения изотопного состава морской воды в плейстоцене были очень малы и не могли заметным образом влиять на определение палеотемператур. Эриксон подчеркнул, что, по мнению ряда геохимиков, положение с этими изменениями как раз обратное: ледниковые покровы, возникавшие и исчезавшие в плейстоцене и, соответственно, изымавшие воду из океана и возвращавшие ее назад, имели столь высокую относительную концентрацию легкого изотопа 160, что лед- никово-межледниковые циклы должны были заметно влиять на изотопный состав воды океана. Поэтому вполне возможно, что изменения изотопного состава, выявленные Эмилиани, были совсем не результатом колебаний температур океана, а лишь отражением изменений в объеме ледниковых покровов Земли.

Эмилиани в свою очередь указал, что главная слабость схемы Эриксона заключалась в узости ее палеонтологической основы, а именно в том, что она базировалась на данных лишь по одному виду фораминифер. В подкрепление собственных выводов он представил материалы Луиса Лидса, который, проведя изучение большого числа видов фораминифер из двух колонок Эмилиани, пришел к выводу, что колебания в их численности хорошо коррелируются с изотопно-кислородными кривыми. Вдобавок к этому Эмилиани не согласился с мнением о ненормально высокой концентрации легкого изотопа 160 в плейстоценовых ледниковых покровах и продолжал настаивать на правильности своих температурных определений.

Имбри был скорее наблюдателем, чем участником всех этих споров. Тем не менее он не мог не отметить, что оба оппонента, и Эриксон и Эмилиани, упускали из виду возможность того, что изменения в концентрации фораминифер могли быть связаны не только с температурой, но и с некоторыми другими факторами. Например, популяции фораминифер вполне могли расти или сокращаться под влиянием колебаний в солености или в количестве питательных веществ. Он высказал также идею, что приложив статистические методы к обработке данных по целым сообществам, состоящим из разных видов фораминифер, можно будет отделять эффекты температурных изменений от результатов воздействия других природных факторов. Эта конференция не успела закончиться, как у Имбри созрело решение: он займется данной проблемой сам.

Эриксон был готов помочь материалами и советом; по его предложению Имбри взялся за детальное исследование одной колонки, для которой Эриксон и Воллин уже получили данные об изменениях в содержании menardii. Эта колонка числилась под номером VI2-122; последний означал, что она была поднята на станции 122 в 12-м рейсе ламонтского исследовательского судна «Вима». Ассистентом Имбри стала студентка Колумбийского университета Нильва Кипп, которая привлекла его внимание своей курсовой работой, содержавшей глубокий анализ разногласий между Эриксоном и Эмилиани. В итоге трех лет совместной работы, проводившейся сначала в Колумбийском, а затем в Брауновском университетах, Имбри и Кипп создали многофакторный метод палеоклиматического анализа, который использовал данные об изменениях в численности всех 25 видов планктонных фораминифер. Во многих отношениях их подход был не чем иным, как компьютеризованным вариантом методики, которая еще в 1935 году применялась Вольфгангом Шоттом. Как мы помним, Шотт начинал с составления серии карт, отражавших современное распределение отдельных видов планктонных фораминифер. Имбри и Кипп начали с того же, а затем вывели уравнения, выражающие соотношения между обилием каждого конкретного вида фораминифер в современных донных осадках океана и основными характеристиками поверхностного слоя его воды. Эти характеристики включали летние и зимние температуры и соленость. На следующем этапе работы они, анализируя все более глубокие слои из колонок, использовали свои уравнения для определения летних и зимних поверхностных температур воды и ее солености Для различных эпох прошлого.

К лету 1969 года Имбри и Кипп накопили достаточно данных, чтобы убедиться в надежности результатов, полученных с помощью их многофакторного метода. Тогда же Уоллес Бреккер и Ян ван Донк подвергли ту же колонку, VI2-122, изотопно-кислородному анализу. В результате появилась возможность сравнить данные трех методов-Эриксона, Эмилиани и Имбри-Кипп-на основе одного и того же разреза. Это сравнение окончательно убедило Имбри и Кипп, что Эриксон ошибался, а Эмилиани был прав лишь наполовину. В самом деле, в слоях, которые, по данным Эриксона, образовались при низких температурах, изотопно-кислородный и многофакторный методы выявляли «теплые» интервалы. Становилось все более ясно, что не температурные условия, а какой-то другой фактор среды (который, однако, часто коррелировался с температурой) заставлял Globorotalia menardii периодически появляться и исчезать в открытых частях Атлантического океана.

В то же время имелся один фундаментально важный пункт, по которому данные многофакторного анализа не вязались с выводами Эмилиани. По расчетам Имбри и Кипп, температуры поверхностного слоя воды Карибского моря в начале каждой ледниковой эпохи снижались не на 6° С, как следовало из работ Эмилиани, а только на 2° С. Причем, по данным многофакторного метода, популяция фораминифер этого моря испытывала влияние не только температур поверхностного слоя, но и изменений его солености. Таким образом, выходило, что Эмилиани, посчитав все изменения морской микрофауны, установленные Лидсом, за результат колебаний температур и игнорируя возможные влияния других факторов, сильно переоценил размах плейстоценовых изменений температур. В случае правоты Имбри и Кипп можно было сделать важный вывод, что основная часть изменений изотопного состава морской воды была связана не с температурными колебаниями, а с изменениями объема ледниковых покровов.

Теперь Имбри горел желанием поведать о своих результатах ученому миру. Поэтому он с радостью принял предложение Эмилиани сделать доклад на международной научной конференции, которая должна была состояться в сентябре 1969 года в Париже. Но случилось так, что на эту конференцию Имбри прибыл с опозданием, и его доклад пришлось перенести на более позднее, чем намечалось, время-на вечернее заседание в пятницу. Представьте себе: теплый сентябрьский вечер в Париже, где более чем достаточно развлечений, способных заставить забыть о лекционном зале даже самых преданных науке людей. Так что стоило ли удивляться, что когда Имбри наконец взошел на трибуну, он увидел перед собой лишь двух слушателей, из которых половина не понимала английского. К счастью, второй половиной был Николас Шеклтон - молодой британский геофизик, уже успевший опубликовать свои данные, судя по которым значительная часть наблюдаемых изменений изотопного состава океана отражала разрастания и сокращения ледниковых покровов. Впрочем, об этом Имбри тогда еще не знал.

Встретившись после заседания, Имбри и Шеклтон, к взаимному удовольствию, убедились, что выводы, к которым они пришли независимо друг от друга и на основе разных методов исследований, оказались одинаковыми. Оба они понимали, что эти выводы носят лишь предварительный характер и для их надежного доказательства потребуется масса нового экспериментального материала. И тем не менее в них крепла уверенность, что изотопные кривые Эмилиани рассказывали совсем не о том, что думал их автор, и что ход этих кривых отражал в первую очередь изменения не температур, а объема глобального оледенения Некоторым ученым, возможно и самому Эмилиани, такой результат мог показаться разочаровывающим. Ведь многие надеялись, что геохимический метод Юри станет тем термометром, который измерит температуры плейстоценового океана. Но Имбри и Шеклтон верили: значение изотопных кривых только возрастет, если они станут надежным инструментом определения объема ледниковых покровов Земли. Действительно, что может быть важнее для исследователей плейстоцена, чем данные об изменениях масштабов оледенения во времени? Ведь вооружившись изотопным методом измерения объемов льда и многофакторным методом регистрации палеотемператур океана, наука сможет открыть и новые пути для проверки некоторых конкурирующих теорий, выдвинутых для объяснения плейстоценовых ледниковых эпох.

К содержанию книги: Джон Имбри - Тайны ледниковых эпох