Явление палеопаводнения проявляется в геологических записях в различных пространственных и временных масштабах. Это часто происходило в больших масштабах и было результатом либо таяния ледникового льда, вызывающего большие выбросы пресной воды, либо высокого уровня моря, нарушающего водоемы с пресной водой. [1] [2] [3] Если отток пресной воды был достаточно большим, чтобы вода достигла океанской системы, это вызвало изменения в солености , которые потенциально повлияли на циркуляцию океана и глобальный климат . [2] Потоки пресной воды также могут накапливаться, образуя континентальные ледниковые озера , и это еще один индикатор крупномасштабного наводнения . [4] Напротив, периоды высокого глобального уровня моря (часто во время межледниковий ) могут привести к тому, что морская вода прорвет естественные плотины и попадет в водоемы с пресной водой. Изменения солености пресноводных и морских водоемов можно обнаружить на основе анализа организмов, населявших эти водоемы в определенный момент времени, поскольку определенные организмы более приспособлены к жизни как в пресных, так и в соленых условиях. [3]
Море Шамплейн представляло собой водоем с соленой водой, претерпевший несколько периодов опреснения. Два основных события наблюдались 11,4 и 13,0 тыс. лет назад (тысячи лет до настоящего времени). [5] Индикаторы фауны и фораминифер в пробах керна , взятых из моря, можно использовать для оценки его солености во времени. Возраст различных частей и глубин образцов керна определен методом радиоуглеродного датирования .
Море Шамплен находилось к северу от современных Нью-Йорка и Вермонта , на южной окраине Квебека и было открыто в Северную часть Атлантического океана на своем северо-восточном рукаве. Во время последней дегляциации, когда Лаврентидский ледниковый щит отступил, к западу от моря Шамплен образовались два крупных ледниковых озера – озеро Агассис и озеро Алгонкин (рис. 1). Поскольку эти озера продолжали расширяться, пресная вода хлынула на восток, в сторону моря Шамплейн. Однако до сих пор существует неопределенность относительно местоположения дренажа и его точного воздействия на соленость океана. Из-за открытости моря Шамплен для Атлантического океана изменения солености моря Шамплен могли распространиться на Северную Атлантику, что, возможно, вызвало изменения в циркуляции океана и климате. [1] Фактически таяние Лаврентидского ледникового щита было настолько обширным, что его талая вода попала в Мексиканский залив , Северный Ледовитый океан и Гудзонов залив (рис. 2), помимо Шампленского моря и Атлантического океана. [2]
Материал наземных растений, семена и морские раковины из образцов керна моря Шамплейн использовались в качестве показателей палеосолености . Изучая δ 13 C (изменение углерода-13) морских моллюсков, можно сделать вывод, что когда они существовали в море Шамплейн, условия были солоноватыми (смесь пресной и соленой воды) около 10,8 тыс. лет назад. Значение δ 13 C образца керна Мело-1 (расположение см. на рис. 3) указывает на количество присутствующего легкого углерода. Биота преимущественно поглощает легкий углерод, поэтому чем больше его присутствует в образце, тем больше биоты присутствовало в тот момент. Кроме того, образцы керна из моря Шамплейн указывают на смену комплексов от тех, которые обитают в морской среде, к тем, которые обитают в гораздо менее соленых условиях примерно 11,4–11,2 тыс. лет назад (рис. 4). В анализе конкретного образца керна (керн Мело-5, местоположение отмечено на рис. 3), показанного на рис. 4, наблюдается изменение в комплексах от почти 100% E. clavata (который обитает в морской среде) до >50% E. clavata. albiumbilicatum (предпочитающий менее засоленные условия) — оба вида Elphidium . Этот переход кажется вероятным, поскольку он подтвержден многочисленными исследованиями. Общее снижение солености оценивается с 25 psu до менее 15 psu ( практические единицы солености ). [1] Уменьшение солености, начиная с Мело-1 и переходя к Мело-5, указывает на трансляцию опреснения вниз по течению.
В период таяния ледникового щита Лаврентида три крупнейших периода похолодания в Северном полушарии произошли непосредственно после крупных потоков пресной воды из озера Агассис. В то время озеро Агассис было самым большим озером в Северной Америке и периодически извергало огромные объемы воды. Для сравнения: за свою 4000-летнюю историю площадь периодически превышала один миллион км 2 , а часто превышала 150 000 км 2 . Если бы приток пресной воды в открытый океан был достаточно велик, это могло бы оказать большое влияние на формирование глубоководных территорий Северной Атлантики . То есть образование глубоководных вод Северной Атлантики могло периодически полностью прекращаться, а термохалинная циркуляция могла прекратиться. [2] По сути, термохалинная циркуляция относится к циркуляции, возникающей в результате различий в температуре и солености океана. Например, большая часть глубоководных вод в Арктике образуется в результате оседания поверхностных вод, прилегающих к ледникам, которые более плотны, чем окружающая вода (поскольку на них влияет недавняя холодная талая вода, охлажденная испарением от поверхностных ветров и соленая). в глубокий океан. Однако, если достаточно большое количество этой воды станет менее соленым, формирование глубокого океана будет происходить в первую очередь за счет температурных различий, которые, как правило, менее доминирующие, чем при дополнительном воздействии солености.
Прежде чем можно будет определить влияние потоков пресной воды из озера Агассис на глобальную циркуляцию океана и климат, важно установить базовое значение потока. По сути, это естественный фоновый поток воды из озера. Было обнаружено, что за период 21,4–9,5 тыс. календарных лет этот базовый поток для озера Агассис составляет примерно от 0,3 до 0,4 Свердрупа , или Св, в целом (1 Зв = 1 x 106 м 3 с -1 ). [6] [7] Это значение было рассчитано с использованием численного гидрологического моделирования и учитывает сток талой воды и осадков. В действительности понятно, что это значение является переменным, поэтому потоки пресной воды в открытый океан и их влияние на термохалинную циркуляцию, циркуляцию океана и глобальный климат также будут различаться. [1]
Учитывая огромные размеры озера Агассис, изменения в составе его берегов (пляжи, скалы) или береговых линий могут привести к очень массивным оттокам. Эти изменения часто были внезапными, в результате чего тысячи кубических километров воды выходили через недавно созданные каналы оттока и в конечном итоге попадали в открытый океан по одному из четырех основных маршрутов. Этими маршрутами были идентифицированы как долина реки Миссисипи , долина реки Св. Лаврентия , долина реки Маккензи и Гудзонов пролив (рис. 2). Считается, что эти события оттока, приведшие к понижению уровня воды в озере Агассис, могли длиться от нескольких месяцев до нескольких лет. Следствием этого является то, что скорость оттока была бы чрезвычайно высокой, особенно по сравнению со значениями, которые оказались необходимыми для нарушения термохалинной циркуляции (~ 1 Зв за десять лет или 0,1 Зв за столетие). . [8] [9]
Самый крупный прорыв озера Агассис оказался его последним понижением, произошедшим около 8,4 тыс. календарных лет [10] , когда оно присоединилось к ледниковому озеру Оджибвей . Озеро Оджибвей располагалось на окраине ледникового щита Лаурентид в юго-восточной части бассейна Гудзонова залива. Общая площадь слившегося озера составила примерно 841 000 км 2 . [4] Прорыв был вызван прорывом ледникового щита над Гудзоновом заливом, и, по оценкам, если бы это озеро было полностью опущено с максимальной глубины, около 163 000 км 3 воды было бы выброшено в северную часть Атлантического океана. в очень короткий период времени. Учитывая тот факт, что канал оттока в этом случае был далеко не таким узким, как в других прорывах, вполне вероятно, что озеро действительно очень быстро опустилось. Если вспышка произошла в течение одного года, поток оценивается в 5,2 Зв.
Альтернатива сценарию прорыва озера Агассис описывает первоначальный прорыв из западной части озера, а не одиночный прорыв на его восточном краю, как подробно описано выше. В этом случае предполагается, что часть Лаврентидского ледникового щита могла остаться над западной частью Агассиса, что препятствовало полному дренажу во время первого эпизода на востоке. [11] Примерно 113 000 км 3 было выброшено первоначально на восток, что привело к потоку в 3,6 Зв (если это произошло за один год). Когда через некоторое время западная часть озера Агассис высохла, образовался поток мощностью 1,6 Зв (снова произошедший в течение года).
До его окончательного спада первый крупный прорыв озера Агассис произошел примерно 12,9 тыс. календарных лет и повлек за собой направление воды на восток, в Великие озера и реку Св. Лаврентия. Если предположить, что это произошло в течение одного года, поток составил 0,30 Зв. Затем около 11,7 тыс. календарных лет произошла еще одна вспышка, содержавшая всего два события. Сначала вода хлынула на юг через долину реки Миссисипи в Мексиканский залив. Через несколько лет паводковые воды потекли на северо-запад и в Северный Ледовитый океан. В результате этих двух этапов суммарный поток составил 0,29 Зв (опять же за год). Четвертое крупное наводнение, предшествовавшее периоду похолодания, произошло примерно 11,2 тыс. календарных лет. В этом случае вода потекла на юг, а затем на северо-запад, в результате чего за год поток составил 0,19 Зв. Это событие, вероятно, длилось бы больше года, что привело бы к уменьшению предполагаемого потока из-за эрозии каналов оттока из-за первых двух основных потоков. Последующие наводнения произошли после этих трех событий и до финального всплеска, но они не учитываются, поскольку их результирующие потоки, как правило, были слабее и не предшествовали существенному похолоданию. [2]
Чтобы получить представление о влиянии, которое большие потоки пресной воды в океан окажут на глобальную циркуляцию океана, необходимо численное моделирование. Особое значение для случаев притока пресной воды из озера Агассис имеют места их поступления в океан и скорость, с которой они проникли. Вероятный результат заключается в том, что сами потоки в сочетании с эффектом изменения направления потока базовой линии Агассиса оказали заметное влияние на циркуляцию океана и, следовательно, на климат. Некоторые модели формирования глубоководных вод Северной Атлантики подтверждают, что эти потоки влияют на океаны и термохалинную циркуляцию. Было показано, что небольшое увеличение потоков пресной воды снижает термохалинную циркуляцию и в некоторых случаях может полностью остановить производство глубоководных вод Северной Атлантики. [2]
Одна конкретная модель допускала приток 1 Зв пресной воды в высокие широты Атлантического океана в течение 10 лет, что привело к внезапному падению температуры поверхности моря и ослаблению термохалинной циркуляции. В данном случае прошло почти 200 лет, прежде чем океанская система вернулась в нормальное состояние. [8] Другое исследование по моделированию, проведенное той же исследовательской группой, показало, что если добавить всего 0,1 Зв пресной воды в высокие широты Северной Атлантического океана, температура поверхности моря может упасть на целых 6 °C менее чем за 100 лет, что также ослабит термохалинную среду. циркуляция, хотя и в меньшей степени, чем при более высоких потоках пресной воды. [9]
Кроме того, в ходе отдельного исследования было обнаружено, что поток пресной воды в размере 0,53 Зв в северную часть Атлантического океана при отсутствии существующей термохалинной циркуляции может сократить добычу глубоководных вод Северной Атлантики на 95% примерно за столетие. Подобные большие потоки способны охладить океаны и климат в больших масштабах. Если потоки пресной воды в северную часть Атлантического океана были остановлены после полного прекращения добычи глубоководных вод Северной Атлантики, добыча больше не возобновилась. [12]
Вышеупомянутые исследования по моделированию показывают, что даже если бы потоки во время крупных прорывов озера Агассис происходили в течение более длительных периодов времени и, следовательно, были бы слабее по величине, их все равно могло быть достаточно, чтобы вызвать изменение термохалинной циркуляции и изменение климата.
Озеро Агассис не существовало задолго до холодного периода позднего дриаса , поэтому изменения в термохалинной циркуляции и климате до этого времени, вероятно, были вызваны изменением маршрута других водосборных бассейнов Северной Америки , возможно, в сочетании с притоком айсбергов. Однако холодный период раннего дриаса был связан с отводом паводковых вод из озера Агассис. Вода, которая обычно текла через реку Миссисипи в Мексиканский залив, была перенаправлена в Великие озера и реку Святого Лаврентия около 12,8 тыс. календарных лет назад. [13] Существует неопределенность относительно того, было ли этого изменения достаточно, чтобы вызвать Младший дриас, но сток через реку Миссисипи мог заранее обусловить термохалинную циркуляцию перед холодным периодом и вспышкой. [14] Кроме того, если всплеск, случившийся 12,9 тыс. календарных лет, на самом деле был столь же интенсивным, как 0,30 Св, его сочетание с отводом стока Агассиса через реку Св. Лаврентия в северную часть Атлантического океана, вероятно, было причиной Младшего дриаса. Значение 0,30 Зв через реку Св. Лаврентия было бы значительным, поскольку исходный дренаж через эту реку составлял всего 0,047 Зв. [2] [15]
Следующим похолоданием, последовавшим за фазой раннего дриаса, было предбореальное колебание . Некоторые считают, что этот период был вызван прорывами пресной воды из Балтийского ледяного озера в Северное море, [16] [17] , но это похолодание также близко последовало за прорывами озера Агассис, которые произошли 11,7 и 11,2 тыс. календарных лет. Отток из озера Агассис в это время привел к таким же значениям потока пресной воды в Северный Ледовитый океан, которые были оценены от Балтийского ледяного озера до Северного моря, поэтому вполне вероятно, что озеро Агассис, по крайней мере, способствовало охлаждению пребореального колебания. Однако этот период похолодания не был таким интенсивным, как во время Младшего дриаса, по нескольким причинам. Во-первых, выброс из озера Агассис во время предбореального колебания затопил Арктику, а не северную часть Атлантического океана, как во время позднего дриаса. Кроме того, поскольку период, предшествовавший пребореальному колебанию, был межстадиальным или межледниковым, термохалинная циркуляция должна была быть более стабильной, чем во время раннего дриаса. Наконец, термохалинная циркуляция в Северной Атлантике не была предварительно обусловлена предбореальным колебанием, поскольку талая вода из озера Агассис не направлялась в Мексиканский залив. [2]
Анализ ледяных кернов Гренландии , образцов океанского керна и других источников выявил крупномасштабное похолодание примерно в 8,4–8,0 тыс. календарных лет [18]. Таким образом, был сделан вывод, что это похолодание, вероятно, было вызвано окончательным большим спадом и связанный с этим массивный прорыв из озера Агассис в северную часть Атлантического океана. [10] [15] Несмотря на то, что в этот момент было выпущено более чем в 10 раз больше воды, чем во время раннего дриаса, и, как следствие, пострадала термохалинная циркуляция, охлаждающий эффект был относительно небольшим по интенсивности. Считается, что это связано с двумя причинами: 1) океан уже находился в теплом межледниковом режиме и 2) вода текла через Гудзонов пролив и поступала в северную часть Атлантического океана почти на 2000 км к северу от места оттока. вошел в океан раньше Младшего Дриаса. [2]
Хотя многое известно о взаимодействии между крупномасштабными палеопаводнениями, циркуляцией океана и климатом, еще многое предстоит узнать. Что касается эпизодов опреснения моря Шамплейн, то точные места и время стока в море все еще остаются под вопросом. Эти факторы, в свою очередь, повлияли на то, как изменилась циркуляция океана и, возможно, климат. [1]
То, что известно о дренаже озера Агассис, во многом основано на исследованиях моделирования. Как и в случае с морем Шамплен, величина, время и направление потоков из озера Агассис сильно влияют на последующие последствия. Несколько остающихся вопросов включают, помимо прочего, следующие: Верны ли оценки базового потока озера Агассис и точно ли учтены его изменения? В течение какого именно периода времени продолжались различные эпизоды дренажа? Сколько воды на самом деле было вылито во время этих эпизодов и откуда она попала в открытый океан? Каково конкретное влияние дренажа на формирование глубоководных вод Северной Атлантики, термохалинную циркуляцию и климат? Есть два предложенных сценария окончательного осушения озера Агассис, какой из них верен? [2]
Вышеупомянутое — это лишь некоторые из проблем, с которыми сталкиваются при попытке восстановить события в истории Земли. Хотя это сложная область исследования, постоянно происходят улучшения в понимании косвенных показателей и индикаторов определенных параметров окружающей среды в геологических записях.