Доклад: Климат голоцена по естественнонаучным данным и его отражение в исторических хрониках
Естественнонаучные реконструкции климата противоречат традиционной хронологии всемирной истории: античные авторы описывают в своих трудах климатические условия позднего средневековья.
Введение
Краткий очерк палеогеографии
Г еографическая оболочка Земли - объект изучения современной географической науки - пребывает в состоянии постоянного изменения под действием как внешних (космических, геологических), так и внутренних факторов. Сущность этих изменений, с точки зрения представлений о географической форме движения материи [15], заключается прежде всего в вариациях соотношения тепла и влаги в атмосфере, то есть, в климатических флуктуациях, а равно - в связанных с ними самым непосредственным образом процессах объемных трансформаций объектов гидросферы (рек, морей, озер и пр.) и криосферы (ледников, снежного покрова, вечной мерзлоты и т.д.). Нетрудно заметить, что все изменения подобного рода отражают структурную перестройку глобальной системы циркуляции влаги. Однако, за счет связей с биосферой или литосферой, эта перестройка (носящая непрерывный характер, но варьирующая по частоте и амплитуде) оказывает воздействие как на сообщества живых организмов, так и на формы рельефа. Рассматривая крайне сложную динамику геосферы, различные отрасли географической науки стремятся к познанию неких объективных законов, лежащих в ее основе, видя в качестве одной из основных своих задач прогнозирование поведения географической среды. Последнее необходимо для разрешения обществом насущной проблемы наиболее эффективного и безопасного взаимодействия с природой.
В рамках поставленной задачи выявления законов развития целесообразным подходом является пространственно-временной анализ прошлых и современных состояний атмосферы, гидросферы и криосферы, а для этого прежде всего необходимо изучить следы происходивших с ними изменений. По иронии судьбы, климатические и гидрологические системы весьма динамичны, и отследить их историю на длительных интервалах времени не представляется возможным, не переходя к анализу систем более инерционных, какими являются объекты литосферы, криосферы и биосферы. Реликты, свидетельствующие о ходе природных изменений, надолго сохраняются в горных породах (включая природные льды), в скульптурных формах рельефа и почвах, в донных осадках и коралловых постройках, в спорах и пыльце, запечатанных в древних отложениях, на спилах деревьев. Обработкой и систематизацией информации, полученной при исследовании таких "улик", занимается палеогеография, основу которой естественным образом составляют палеоклиматологические исследования.
И сточники информации о палеоклимате в настоящее время подразделяются на три основных группы [26]:
1. Гляциологические источники.
К ним относятся керны из глубоких скважин, пробуренных в ледниковых шапках. В извлеченных из скважин колонках льда изучают: а) распределение стабильных изотопов воды (водорода и кислорода); б) физические свойства льда (например, его структуру) и пузырьков воздуха; в) содержание и химический состав минеральных и газовых включений. Долговременное накопление снега и льда в полярных ледниковых покровах и в крупных ледниковых массивах других широт дает уникальную возможность реконструировать палеоклиматические условия на значительных интервалах и с достаточно высокой точностью.
2. Геологические источники. Их, в свою очередь, делят на морские и наземные. К первым относят:
а) органические (биогенные) осадки - окаменевшие останки планктона и бентоса;
б) неорганические (абиогенные) осадки - обломочные породы различного генезиса. Разработан широкий спектр методов извлечения палеоклиматической информации из колонок морских отложений. В биогенных осадках работает изотопно-кислородный метод (по схеме, аналогичной анализу стабильных изотопов в ледниках), различные методики оценки и сравнения видового разнообразия и морфологических особенностей; в абиогенных отложениях - минералогический, структурно-петрографический, геохимический и генетический анализы.
Н аземные геологические источники информации - это ледниковые отложения и следы ледниковой эрозии, перегляциальные ландшафты, реликтовые береговые линии (свидетельства колебаний уровней океанов, морей и озер), эоловые отложения (лессы и песчаные дюны), озерные и речные отложения, погребенные почвы, а также пещерные образования - спелеотэмы.
3. Биологические источники.
Палеоклиматическая информация может быть экстрагирована при анализе годичных колец деревьев (их ширины, плотности, изотопного состава), пыльцы (ее типа, относительного содержания и/или абсолютной концентрации), останков растений, насекомых, животных (изучение ареалов).На основании результатов, добытых в непосредственной работе с тремя названными множествами объектов, создаются палеоклиматические (а в более общем случае - палеогеографические) реконструкции. Разумеется, методы сбора и обработки палеоклиматической информации развиваются в настоящее время весьма бурно, однако, необходимо помнить, что и у них есть свои спорные места, границы применимости и погрешности, а потому далеко не всякой палеоклиматологической реконструкции следует доверять, но только той, которая опирается на перекрестную проверку результата с использованием нескольких независимых друг от друга методик.
И здесь мы подходим к своего рода "ахиллесовой пяте" современной палеогеографии. Дело в том, что во многих научных статьях и монографиях в качестве четвертого класса источников палеоклиматической информации указываются или подразумеваются нарративные материалы исторического периода, в которых сообщается прямо или косвенно о тех или иных природных условиях [см., например, 3, 12, 17, 23, 26, 40, 41]. Однако, совершенно ясно, что эти источники не могут считаться надежными (в интересующем нас аспекте) до той поры, пока они не получат удовлетворительной хронологической привязки.
Т ем не менее, огромное число реконструкций было сделано именно на базе нарративов, что само по себе говорит о методологической шаткости подобных работ: палеогеографы почему-то уверены в непогрешимости дат, которые сообщают им историки относительно конкретных письменных свидетельств, хотя вопросы датирования древних памятников отнюдь не тривиальны, а само оно зачастую основывается исключительно на исследовательском субъективизме. Известнейший американский историк, Э.Бикерман, в своем монументальном труде "Хронология древнего мира" [1] поражает читателя следующим заявлением: "Итак, задача хронологии состоит в том, чтобы переводить хронологические указания источников в юлианские даты... В этой книге мы будем иметь дело с датами, указываемыми самими древними. Мы не принимаем во внимание ни методов относительной датировки, разработанной в археологии, ни методов прямой датировки, установленных современной наукой."
К азалось бы, все просто: есть единая презумпция в виде правил перевода дат, и никаких проблем не возникает. При этом замалчивается факт отсутствия прямых "хронологических указаний" в большинстве дошедших до нас источников, датировать которые, таким образом, можно лишь на основании других методов, - а от них хронологи в лице Бикермана почему-то отрекаются. Кроме того, получается, что совершенно безо всяких на то оснований - просто потому, что ему это угодно - известный хронолог безоговорочно доверяет "хронологическим указаниям" источников, хотя достоверность таких "указаний" надо отдельно обосновывать. Ведь история всегда писалась в угоду политикам, и для древнего летописца ничего не стоило по заказу местного владыки удревнить, например, дату основания города, или сочинить тому же владыке шикарную родословную. Но если было так (а противное, повторим, надо серьезно и глубоко обосновывать!), или даже могло быть, но не было (о чем нам, естественно, неизвестно), то как можно верить всей принятой хронологической системе, покоящейся лишь на субъективном мнении г-на Бикермана о честности и объективности древних хронистов?
И это только вершина айсберга, состоящего из широчайшего спектра хронологических проблем, о которых сами историки предпочитают не высказываться на публике [см., например, 19].Наряду с этим, в палеогеографии бытуют мнения вроде следующего: "Самые длительные записи [климатической информации, - прим. С.Ч.] происходят из Египта, где надписи на камне, сообщающие о разливах Нила, доступны с середины голоцена (~5000 BP), отмечая более высокое количество осадков, приносимых летним Восточно-Африканским муссоном в то время." [25, 26] Но если мы предположим, что дата 5000 ВР неверна (что совсем неудивительно, учитывая комментарий Бикермана), тогда нам придется изменить наши представления о природных условиях долины Нила того периода, а увеличение количества осадков отнести к другому историческому интервалу.В свете того, что традиционная хронологизация истории человечества подвергается в настоящий момент кардинальному пересмотру [19, 20], вопрос о достоверности палеогеографических реконструкций на основании письменных свидетельств становится весьма актуальным.
КЛИМАТ ГОЛОЦЕНА
Н иже проблема соответствия сведений древних авторов о климате тех эпох, которыми традиционно датируют их произведения, и реконструкций климата на основании естественнонаучных методик, будет рассмотрена особо в виду ее чрезвычайной важности. Но сперва требуется в общих чертах обозначить современную реконструкцию климатических условий голоцена, то есть современной геологической эпохи, о палеогеографии которой мы можем получить наиболее достоверные сведения с удовлетворительным разрешением. Одной из существенных - и, добавим, наиболее интересных для нашего дальнейшего анализа, - особенностей голоцена является то, что именно в это время возникло и развивалось цивилизованное человеческое общество - новая компонента глобальной природной среды.
П ри общей характеристике климата голоцена мы в основном будем пользоваться информацией из источников [3, 7, 9, 11, 12, 13, 14, 17, 21, 23, 42, 47], используя при этом селективный принцип: в обзор включены только те данные, которые получены естественнонаучными методами, без отсылок к гуманитарно-историческим экивокам.
Г олоцен, как уже отмечалось выше, самый молодой и короткий отдел четвертичного периода. Он наступил 10 - 12 тыс. лет назад, и в областях древнего оледенения умеренных широт в общем совпадает с постледниковым временем. Переход от плейстоцена к голоцену ознаменовался таким событием глобальной значимости, как распад последнего оледенения суши. Температура в умеренных широтах повысилась на 6-12°С по сравнению с температурным минимумом плейстоцена; увеличилась испаряемость с поверхности океанов и морей, и за счет этого в общем возросла влажность, хотя ее пространственное распределение, в отличие от распределения температур, было (и остается) весьма неравномерным, а некоторые районы с потеплением стали, наоборот, гораздо более засушливыми, чем в плейстоцене.
П о своему климату голоцен представляет типичную межледниковую эпоху, которая мало чем отличается от более древних межледниковий; главная тенденция изменения ее климата - переход от холодных условий конца плейстоцена к теплому климатическому оптимуму (максимум потепления - около 6 тыс. лет назад), когда температура в Европе была в летний период в среднем на 2-3°С выше современной, а затем к новому похолоданию, известному в научной литературе под названием Малый Ледниковый Период (грубо - последние 5-9 веков). В целом, климат и окружающая среда на протяжении голоцена были достаточно стабильны, явно выраженный тренд отсутствовал, ледники, достигнув нового равновесия после достаточно быстрой деградации на стыке плейстоцена и голоцена, вплоть до середины ХХ века сохранялись главным образом в квазистационарном состоянии, однако в МЛП отмечался их рост (по крайней мере, в Северном Полушарии), и температура воздуха значительно понижалась. С наступлением индустриальной стадии развития общества, антропогенный фактор стал оказывать достаточно ощутимое влияние на климатическую ситуацию, хотя масштабы этой связи все еще не определены достаточно четко, и среди климатологов продолжаются дискуссии: что является главным фактором глобального потепления последних 50-100 лет - воздействие человечества или какие-то природные механизмы. Иногда отрицается сам факт глобального потепления, однако, все же надо признать, что истекший ХХ век был гораздо теплее предшествовавшего ему МЛП, и кроме того, только в ХХ-м веке ледники, сохранявшиеся почти неизменными в течение всего голоцена, практически повсеместно начали деградировать.
П опробуем теперь несколько детализировать картину климатических флуктуаций голоцена для того этапа, который традиционно считается "историческим", т.е. примерно с 5 тыс. лет назад. Наиболее надежным источником информации в данном случае являются огромные массивы льда полярных ледниковых покровов - своего рода природные "винчестерские диски", хранящие информацию об изменениях температурных и влажностных условий за последние полмиллиона лет [см., например, 10, 27]. Для реконструкции климата Северного Полушария на коротких (в несколько тысячелетий) промежутках времени уместно использовать климатический сигнал, выделенный при анализе кернов Гренландского ледникового щита [42].
РЕКОНСТРУКЦИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПО СОДЕРЖАНИЮ СТАБИЛЬНЫХ ИЗОТОПОВ В ЛЕДЯНЫХ КЕРНАХ
В центральных зонах крупных ледниковых щитов температура воздуха в течение всего года сохраняется отрицательной, причем намного ниже нулевой отметки шкалы Цельсия (среднегодовые температуры ниже -25°С). Этим обусловлен тот факт, что таяние в этих областях отсутствует, и происходит лишь накопление выпадающего снега или намерзающих осадков с последующим их оседанием и рекристаллизацией, приводящей к превращению снега в фирн (переходную породу между снегом и собственно ледниковым льдом, состоящую из связанных между собой ледяных зерен), а затем, на глубине 50-150 м от поверхности - в лед. Пробурив ледниковый щит, можно проследить в колонке льда хорошо сохранившиеся годовые слои, уверенно отделяемые друг от друга по летним и зимним отложениям, которые различаются по структуре, плотности и запыленности. Такое отделение не представляет особого труда для последних нескольких тысяч лет, однако с глубиной проводить его все сложнее, так как из-за давления вышележащих слоев различия сглаживаются. В этом случае для датирования более древнего льда используют численное моделирование его растекания, исходными данными при котором служат скорость накопления снега, температура и вязкость льда, скорость его движения и рельеф ложа [4, 12, 13, 18, детали также в сборнике 42].
В первую очередь в извлеченном из скважины ледяном керне определяется содержание стабильных изотопов 18 O и 2 O по отношению к наиболее распространенным изотопам O и 16 O. Отношения 2 O/O и 18 O/16 O выражаются величинами d в тысячных долях (‰) в сравнении со "стандартом средней океанической воды" (SMOW). Эти величины характеризуют климатические условия выпадения осадков, сформировавших исследуемый слой ледникового льда. Чем более низкая температура образования осадков, тем меньше значения этих показателей, и наоборот. Увеличение высоты выпадения осадков и расстояние от источника влаги до места их выпадения содействует уменьшению значений d 2 O (или D) и d 18 O [4, 18]. В Восточной Антарктиде понижение относительного содержания изотопа d 18 O на 1 ‰ соответствует похолоданию на 1.5°С, а уменьшение D на 6 ‰ - понижению температуры на 1°С. Используя эти соотношения, изотопную кривую легко преобразовать в температурную [12]. Метод был предложен В.Дансгором (W.Dansgaard) [28, 29, 30] и С.Эпстейном (S.Epstein) [33] после того, как Дансгор в 1953 г. установил высотный эффект 18 O в атмосферных осадках, а Эпстейн в 1956 г. подтвердил это прямыми изотопными исследованиями. Позднее [30] Дансгор предложил эмпирическое уравнение, описывающее связь между среднегодовыми температурами у поверхности (t) и d 18 O:
d 18 O = 0.7 t – 13.6 ‰
С равнение изотопных кривых d 2 O и d 18 O для кернов из разных скважин показало хорошую корреляцию между этими показателями; они коррелируют и с температурами поверхностных вод океана, реконструированными по составу фауны в донных отложениях [26, 43, 44], и с температурами в Европе по данным спорово-пыльцевых анализов [26, 48] и геоморфологических исследований реликтов перигляциальных явлений [26, 38]. Также была обнаружена связь между изотопной кривой из гренландской скважины Crete и температурами в Англии и Исландии, которые реконструированы для последних 300-500 лет по надежным записям прямых наблюдений за природными процессами [26]. Все это дает основания рассматривать гренландские ледниковые керны в качестве чувствительного естественного регистратора температурных флуктуаций в Северном Полушарии, - и в Европе в частности. В нашем дальнейшем исследовании мы будем в основном опираться на данные по двум наиболее известным скважинам из пробуренных в Гренландии за последние четверть века - GRIP [31, 32, 34, 35, 36] и GISP2 [27, 35, 39, 45, 46, 47].
ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ФЛУКТУАЦИИ ПОСЛЕДНИХ 5000 ЛЕТ
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--