Что мешает сделать долгосрочный прогноз климата и оледенения?

Доклад, подготовлен нами ко 2-му Международному семинару по водообороту внутренних речных долин в аридной зоне в условиях климатических изменений (Урумчи, КНР, октябрь, 2010).

Исследования по изучению Земли

УДК 551.332.2:551.793:551.794

Маматканов Д.М., акад.НАН КР (iwp@istc.kg), Шатравин В.И., в.н.с. ИВПиГЭ   (shatravin@yandex.ru), Тузова Т.В., гл.н.с. ИВПиГЭ (tv_tuzova@mail.ru).

Институт водных проблем и гидроэнергетики Национальной академии наукКыргызской республики, Бишкек, 720033, ул. Фрунзе, 533

Что мешает сделать долгосрочный

 прогноз климата и оледенения?

         Установлены основные причины сложностей и противоречий в палеогляциологии и четвертичной геологии, без устранения которых невозможно сделать долгосрочный прогноз климатических и ледниковых изменений. Показаны разработанные авторами новые исходные позиции в этой области исследований, позволяющие исключить эти противоречия и построить надежную основу для долгосрочного прогноза климата и оледенения Евразии.

Глобальное потепление и катастрофически быстрый распад материкового и арктического оледенения создали для человечества архиважную проблему. Грядущие изменения климата – это проблема выживания для одних государств, угроза подтопления за счет повышения уровня мирового океана – для других; засуха, голод и удар по гидроэнергетике – для третьих. В связи с этим актуальным является получение надежного долгосрочного (на многие десятилетия и столетия) прогноза климатических изменений. Получение такого прогноза позволит человечеству своевременно предпринять меры по адаптации в условиях изменяющегося климата и смягчить его последствия.

Существующие модели долгосрочного прогнозирования гляциально-климатических изменений не позволяют получить однозначный прогноз даже на первое столетие. Так, согласно разным оценкам, полученным по климатическим моделям, на которые ссылается Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) при ООН, в XXI веке средняя температура поверхности Земли может повыситься как на 1,1, так и на 6,4 °C [1]. Основой долгосрочного прогнозирования климата и оледенения является закономерность естественных климатических и ледниковых изменений, имевших место на протяжении длительного периода времени. Для установления этой закономерности ученые выполняют исследования четвертичного периода (антропогена) – последнего периода в истории Земли, смыкающегося с современностью, - в течение которого на Земле происходили неоднократные глобальные изменения климата и оледенения.

   Горные ледники очень чутко реагируют на климатические изменения. Поэтому в долгосрочном прогнозировании изменений климата и оледенения наиболее важными и результативными являются палеогляциологические исследования высокогорных районов. Несмотря на значительные успехи палеогляциологии, вышеуказанная закономерность однозначно и надежно не установлена даже в отношении количества плейстоценовых оледенений. К примеру, в горах Тянь-Шаня разными исследователями выявляются признаки от одного до пяти плейстоценовых оледенений, в горах Восточной Сибири надежно устанавливаются следы лишь одного плейстоценового оледенения. Согласно всемирно известной альпийской схеме оледенений, в Альпах было четыре плейстоценовых оледенения. Не смотря на то, что эта схема не имеет надежной хроностратиграфической основы, в свое время она получила широкую популярность и переносилась во все другие горные и даже равнинные районы. Однако это делалось недостаточно обоснованно, поскольку эта схема зачастую не находит подтверждения. При изучении океанических осадков, ученые предполагают, что в четвертичном периоде было до 17 циклов оледенений [2] . Однако полученные результаты далеко неоднозначны и полны противоречий. Это связано с множеством допущений и теоретических предположений. Достаточно сказать, что вариации изотопно-кислородного показателя, по которому реконструируют гляциально-климатические условия плейстоцена при изучении глубоководных осадков, весьма незначительные - они не превышают 1,5% при таких же погрешностях инструментиальных измерений [3].

Противоречивы модели и голоценового оледенения [4]. Среди них - модель стадиального распада голоценовых ледников и модель их квазистационарного состояния, предполагающая относительную стабильность климата в голоцене. На сегодняшний день ситуация такова, что ученым приходится признать, что глобальные изменения экосистемы (в том числе и такой огромной и инертной природной «махины», как ледниково-климатическая система планеты Земля) происходят быстрее, чем исследователи познают закономерности их изменений.

Исследования палеогляциологии и четвертичной геологии тесно взаимосвязаны. В основе стратиграфического расчленения четвертичного периода лежит климато-стратиграфический подход с ориентацией на эпохальные плейстоценовые оледенения. Традиционно это делается с упорной привязкой к альпийской схеме. На конгрессе ИНКВА (INQUA – Международная ассоциация по изучению четвертичного периода) еще в 1957 г. было сделано заключение «На запросы о стратиграфической шкале четвертичного периода, посланные в 22 страны, было получено 22 различных ответа» [2]. До настоящего времени ситуация ни в чем не улучшилась, что связано с глубокими неразрешенными противоречиями, имеющими место в этой области знаний.

Морены - единственные надежные вещественные следы прошлых оледенений, ледниковых эпох и их стадий. Они являются важными объектами изучения палеогляциологов и геологов - четвертичников. Наиболее подходящими (с точки зрения информативности) для палеогляциологических исследований являются высокогорные районы, где имеют место морфологически хорошо выраженные разновозрастные морены плейстоценового и голоценового оледенений. Их можно изучать посредством комплексных литологических, палеобиологических и хронометрических анализов. Однако, как нами установлено, в качестве основных климато-стратиграфических реперов высокогорных районов исследователи используют не только истинные морены, но и псевдоморены, ошибочно принимая последние за морены и неверно оценивая их возраст [5-7]. Показано, что некорректная генетическая типизация морен и псевдоморен является основной причиной сложностей противоречий в палеогляциологии четвертичной геологии. На примере Тянь-Шаня, Памира и Кавказа нами показано [5-7], что все морфолитологические образования горных районов, традиционно принимаемые за ранне- и среднеплеплейстоценовые морены, а также значительная часть таких образований, принимаемых за позднеплейстоценовые морены, на самом деле являются голоценовыми (точнее - позднеплейстоцен-голоценовыми) псевдоморенами (в сводном стратиграфическом разрезе они занимают положение между позднеплейстоценовыми и голоценовыми моренами), истинный генезис которых гравитационный и представлены они пространственно широко развитыми оползнями. Для наглядности на рис. 1 приведены морены и псевдоморены в одной из долин Северного Тянь-Шаня.

Рис. 1. Морены (gl) и псевдоморены (gr) в долине р. Орто-Кой-Суу хр. Кунгей-Ала-Тоо (Северный Тянь-Шань). gl Hs– голоценовый морено-ледниковый комплекс. gl PsIII3– морены последней стадии позднеплейстоценового оледенения. gr Ps III3 – Hs – деляпсивное гравитационное образование (псевдоморена). Стрелками показаны область и направление срыва (оползания) полигенетических склоновых отложений, образовавших псевдоморену.

Для различения морен и псевдоморен нами были получены надежные (на основе количественных геохимических и гранулометрических показателей) отличительные признаки этих отложений [5-7].

     Другой существенной причиной сложностей и противоречий в этой области исследований является отсутствие надежных абсолютных датировок морен, без чего невозможно установить закономернось распада палеооледенений во времени. Традиционно морены считаются хронологически немыми образованиями и для наиболее широко применяемого радиоуглеродного датирования, поскольку в моренах не предполагалась возможность присутствия необходимого для этого автохтонного органического вещества. Однако в моренах нами была обнаружена специфическая рассеянная органика, являющаяся автохтонной и сингенетичной самим моренам, установлена ее природа и отработаны способы радиоуглеродного датирования морен с использованием этой органики [5, 8, 9] как горного, так и равнинного оледенения. Этими способами уже получено несколько датировок голоценовых морен [9, 10]. Таким образом, был снят геохронологический занавес с морен.

Полученные надежные критерии для распознавания истинных морен и псевдоморен на основе количественных генетических признаков и способы радиоуглеродного датирования морен по автохтонной органике позволили нам создать перспективные новые исходные позиции палеогляциологических и геологических исследований четвертичного периода [10] для долгосрочного прогнозирования оледенения и климата.

Одним из важнейших практических применений результатов наших исследований является возможность создания надежной основы для долгосрочного прогнозирования оледенения и климата. В качестве примера – построенная нами схема долгосрочного прогнозирования естественных гляциальных изменений (рис.2). В основу схемы положена морфологически выраженная закономерность в строении Тянь-Шаньских морено-ледниковых комплексов, свидетельствующая о стадиальном распаде голоценового оледенения. Один из таких комплексов изображен на рис. 3.

Рис. 2. Схема долгосрочного прогнозирования естественных гляциальных изменений: I, II, III, IV, V, и VI – стадии оледенения, соответствующие морфологически выраженным моренам голоценового оледенения; 8000, 5000, и 3400 (лет) – установленные радиоуглеродные возрасты стадиальных морен по автохтонной органике.

Рис. 3. Голоценовый морено-ледниковый комплекс Тез-Тер (бассейн р. Ала-Арча, Киргизский хр., Северный Тянь-Шань): I, II, III, IV, V, VI – морфологически выраженные стадиальные морены распадающегося голоценового оледенения.

     На рис.2 пунктиром изображены моренные валы, по которым еще нет датировок. Последний вал (находящийся за пределами нулевой возрастной отметки) является гипотетическим, полученным путем экстраполяции с учетом реально наблюдаемой морфологически выраженной закономерности. Этот вал является прогностическим и представляет наибольший интерес в деле долгосрочного прогнозирования оледенения и климата, так как от амплитуды этого вала (предстоящий очередной всплеск голоценового оледенения), времени его начала и продолжительности будут зависеть климат и оледенение в обозримом будущем не только Тянь-Шаня, но и всего Центрально-Азиатского региона.

Приведенная схема может быть основой, на которую следует наложить антропогенные факторы изменения оледенения и климата с целью получения надежного долгосрочного прогноза. Для дальнейшего развития исследований с вышеуказанных новых исходных позиций необходима международная кооперация ученых.

Выводы:

- установлены основные причины сложностей и противоречий в палеогляциологии и четверичной геологии, мешающие построить надежную основу долгосрочного прогнозирования оледенения и климата;

- получены надежные (на основе количественных геохимических и гранулометрических показателей) отличительные признаки морен и псевдоморен;
- установлено, что между позднеплейстоценовым и голоценовым оледенениями было глубокое межледниковье, к которому была приурочена эпоха массового гравитационного литогенеза с образованием псевдоморен, проявившегося в виде природных катаклизмов;
- в моренах обнаружена рассеянная автохтонная органика, разработаны методы отбора этой органики и ее последующего обогащения для радиоуглеродного датирования морен;
- установлено, что в горах Тянь-Шаня и Памира было лишь одно плейстоценовое оледенение, имевшее место в позднеплейстоценовое время;

- показано, что позднеплейстоценовое и голоценовое оледенения Тянь-Шаня и Памира распадались стадиально и по затухающему принципу;

- построена схема долгосрочного прогнозирования естественных гляциальных изменений Тянь-Шаня, которая может быть основой для долгосрочного прогноза гляциальных и климатических изменений и других регионов Центральной Азии.

                                            Литература.
1. Глобальное потепление (http://ru.wikipedia.org/)
2. Д. Боуэн. Д. Боуэн. Четвертичная геология. М.:Мир.- 1981.
3. Б. Джон, Э. Дербишир, Г. Янг и др. Зимы нашей планеты. М.: Мир.- 1982.
4. О. Н. Соломина. Горное оледенение Евразии в голоцене. М.: Научный мир.- 1999.
5. В. И. Шатравин. Фациально-литологические особенности четвертичных отложений высокогорья Северного Тянь-Шаня. Автореферат дисс. канд. г.-м. н. Ин-ститут геологии НАН РК. - Бишкек, 1992. - 21 с.
6. В. И. Шатравин. Фациально-литологическая типизация основных генетических генераций четвертичных отложений высокогорных зон // Геология кайнозоя и сейсмотектоника Тянь-Шаня. - Бишкек: Илим.- 1994.- С. 3-15.
7. В. И. Шатравин. Основные закономерности гляциального и гравитационного типов литогенеза горных районов. Там же, С. 15-26.
8. Шатравин В. И. Радиоуглеродное датирование "немых" толщ четвертичных отложений. // "Главнейшие итоги в изучении четвертичного периода и основные направления исследований в XXI веке". Тез. докл. Всероссийского совещания, ВСЕГЕИ. Санкт-Петербург, 1998. - с. 55.
9. Шатравин В. И. Радиоуглеродное датирование морен по рассеянной орга-нике. // Климат, ледники и озера: путешествие в прошлое. Бишкек: Илим.- 2007, С. 74-92.
10. www.glaciology.scorcher.ru.