Стадии морских изотопов ( MIS ), стадии морских изотопов кислорода или стадии изотопов кислорода ( OIS ) — это чередующиеся теплые и холодные периоды в палеоклимате Земли , полученные на основе данных об изотопах кислорода, полученных из глубоководных образцов керна . Возвращаясь к настоящему моменту, который соответствует шкале MIS 1, этапы с четными номерами имеют высокие уровни кислорода -18 и представляют собой холодные ледниковые периоды, тогда как этапы с нечетными номерами имеют низкие уровни кислорода-18, обозначая теплые межледниковые интервалы. . Данные получены из пыльцы и остатков фораминифер ( планктона ) в пробуренных кернах морских отложений , сапропелях и других данных, отражающих исторический климат; они называются прокси .
Временная шкала MIS была разработана на основе новаторской работы Чезаре Эмилиани в 1950-х годах и в настоящее время широко используется в археологии и других областях для определения датировки четвертичного периода (последние 2,6 миллиона лет), а также для предоставления наиболее полных и лучших данных. на этот период для палеоклиматологии или изучения раннего климата Земли, [1] представляя «стандарт, с которым мы соотносим другие климатические записи четвертичного периода». [2] Работа Эмилиани, в свою очередь, зависела от предсказания Гарольда Юри в статье 1947 года о том, что соотношение между изотопами кислорода-18 и кислорода-16 в кальците , основном химическом компоненте раковин и других твердых частей широкого диапазона морских организмов, должны варьироваться в зависимости от преобладающей температуры воды, в которой образовался кальцит. [3]
Было идентифицировано более 100 стадий, насчитывающих в настоящее время около 6 миллионов лет, а в будущем масштаб может достичь 15 миллионов лет назад. Некоторые этапы, в частности MIS 5, разделены на подэтапы, такие как «MIS 5a», где 5 a, c и e являются теплыми, а b и d - холодными. Также может использоваться числовая система для обозначения «горизонтов» (событий, а не периодов), например, MIS 5.5 представляет собой пиковую точку MIS 5e, а 5,51, 5,52 и т. д. представляет пики и минимумы записи при неподвижном состоянии. более подробный уровень. Для более поздних периодов продолжает разрабатываться все более точное разрешение времени. [4]
В 1957 году Эмилиани переехал в Университет Майами, чтобы получить доступ к кораблям и оборудованию для колонкового бурения, и начал бурить в Карибском море и собирать данные по керну. Еще один важный шаг произошел в 1967 году, когда Николас Шеклтон предположил, что ставшие к тому времени очевидными колебания соотношений морских изотопов во времени были вызваны не столько изменениями температуры воды, как думал Эмилиани, сколько главным образом изменениями объема воды. ледниковых щитов, которые при расширении поглощали более легкий изотоп кислорода-16, а не более тяжелый кислород-18. [5] Было обнаружено, что циклы соотношения изотопов соответствуют земным свидетельствам ледниковых и межледниковых периодов. Затем график всей серии этапов выявил неожиданные наступления и отступления льда, а также заполнил детали стадиалов и интерстадиалов .
Более поздние образцы ледникового керна сегодняшнего ледникового льда подтвердили циклы посредством исследований древнего отложения пыльцы . В настоящее время ряд методов позволяют получить дополнительную детализацию. Сопоставление этапов с названными периодами происходит по мере открытия новых дат и геологического исследования новых регионов. Морские изотопные записи кажутся более полными и подробными, чем любые наземные эквиваленты, и позволили определить временную шкалу оледенения плио-плейстоцена . [6] В настоящее время считается, что изменения в размерах основных ледниковых щитов , таких как исторический Лаврентидский ледниковый щит Северной Америки, являются основным фактором, определяющим изменения в соотношениях изотопов кислорода. [7]
Данные МИС также совпадают с астрономическими данными о циклах Миланковича орбитального воздействия или эффектах изменений инсоляции, вызванных циклическими небольшими изменениями наклона оси вращения Земли - «орбитальной теории». Действительно, то, что данные MIS соответствовали теории Миланковича, которую он сформировал во время Первой мировой войны, стало ключевым фактором в том, что теория получила всеобщее признание, несмотря на некоторые остающиеся проблемы в определенные моменты, в частности, так называемую проблему 100 000 лет . За относительно недавние периоды данные радиоуглеродного датирования и дендрохронологии также подтверждают данные МИС. [8] Отложения также приобретают остаточную намагниченность, что позволяет коррелировать их с геомагнитными инверсиями Земли . Для более старых образцов керна отдельные годовые отложения обычно невозможно различить, и датировка берется на основе геомагнитной информации в кернах. [9] Другая информация, особенно о соотношении газов, таких как углекислый газ, в атмосфере, предоставляется анализом ледяных кернов .
The Проект SPECMAP , финансируемый Национальным научным фондом США , разработал одну стандартную хронологию записей изотопов кислорода , хотя существуют и другие. Эта хронология с высоким разрешением была получена на основе нескольких изотопных записей, затем составная кривая была сглажена, отфильтрована и настроена на известные циклы астрономических переменных. Использование ряда изотопных профилей было разработано для устранения «шумовых» ошибок, которые могли содержаться в одной изотопной записи. [10] Еще одним крупным исследовательским проектом, финансируемым правительством США в 1970-х и 1980-х годах, был « Климат: долгосрочные исследования, картографирование и прогнозирование» (CLIMAP), который в значительной степени преуспел в достижении своей цели по созданию карты глобального климата в Последний ледниковый максимум , около 18 000 лет назад, при этом некоторые исследования также были направлены на климат около 120 000 лет назад, во время последнего межледниковья. Теоретические достижения и значительно улучшенные данные, доступные к 1970-м годам, позволили осуществить «великий синтез», наиболее известный из статьи 1976 года « Вариации земной орбиты: кардиостимулятор ледниковых периодов » (в журнале «Наука ») Дж. Д. Хейса, Шеклтона и Джона. Имбри , которая до сих пор широко распространена и охватывает временную шкалу МИС и причинный эффект орбитальной теории. [11]
В 2010 году Подкомиссия по четвертичной стратиграфии Международной комиссии по стратиграфии отказалась от других списков дат MIS и начала использовать Lisiecki & Raymo (2005) LR04 Benthic Stack в обновленной версии. Его составили Лорейн Лисецки и Морин Рэймо . [12]
Ниже приведены даты начала (кроме подэтапов MIS 5) самого последнего MIS (Lisiecki & Raymo 2005, LR04 Benthic Stack ). Цифры тысячелетней давности взяты с сайта Лисецкого. [13] Числа подэтапов в MIS 5 обозначают пики подэтапов, а не границы.
Список продолжается до MIS 104, начавшегося 2,614 миллиона лет назад.
Ниже приведены даты начала последней MIS в тысячах лет назад . Первые цифры получены Эйткеном и Стоуксом из Bassinot et al. (1994), в скобках указаны альтернативные оценки Martinson et al. для стадии 4 и для остальных цифры SPECMAP в Imbrie et al. (1984). Для этапов 1–16 цифры SPECMAP находятся в пределах 5 тысяч лет назад от цифр, приведенных здесь. Все цифры до MIS 21 взяты из Aitken & Stokes, таблица 1.4, за исключением подэтапов MIS 5, которые взяты из таблицы Райта 1.1. [17]
Некоторые более старые стадии, миллионы лет назад: [18]