Морские изотопные стадии ( MIS ), морские кислородно-изотопные стадии или кислородно-изотопные стадии ( OIS ) — это чередующиеся теплые и холодные периоды в палеоклимате Земли , выведенные из данных об изотопах кислорода, полученных из глубоководных образцов керна . Двигаясь назад от настоящего момента, который является MIS 1 в шкале, стадии с четными номерами имеют высокие уровни кислорода-18 и представляют холодные ледниковые периоды, в то время как стадии с нечетными номерами имеют низкие показатели кислорода-18, представляющие теплые межледниковые интервалы. Данные получены из остатков пыльцы и фораминифер ( планктона ) в пробуренных морских осадочных кернах, сапропелях и других данных, которые отражают исторический климат; они называются прокси .
Временная шкала MIS была разработана на основе пионерской работы Чезаре Эмилиани в 1950-х годах и в настоящее время широко используется в археологии и других областях для датирования в четвертичном периоде (последние 2,6 миллиона лет), а также для предоставления наиболее полных и лучших данных по этому периоду для палеоклиматологии или изучения раннего климата Земли, [1] представляя собой «стандарт, с которым мы соотносим другие записи о климате 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 спектра морских организмов, должно меняться в зависимости от преобладающей температуры воды, в которой образовался кальцит. [3]
Было идентифицировано более 100 стадий, в настоящее время уходящих примерно на 6 миллионов лет назад, и шкала может в будущем достичь 15 миллионов лет назад. Некоторые стадии, в частности MIS 5, делятся на подстадии, 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 пиковую точку MIS 5e, а 5.51, 5.52 и т. д. представляют пики и провалы записи на еще более детальном уровне. Для более поздних периодов все более точное разрешение времени продолжает разрабатываться. [4]
В 1957 году Эмилиани перешел в Университет Майами , чтобы получить доступ к судам и оборудованию для бурения кернов, и начал бурить в Карибском море и собирать данные кернов. Еще один важный прогресс произошел в 1967 году, когда Николас Шеклтон предположил, что колебания со временем в морских изотопных соотношениях, которые стали очевидны к тому времени, были вызваны не столько изменениями температуры воды, как думал Эмилиани, сколько изменениями в объеме ледяных щитов, которые при расширении поглощали более легкий изотоп кислорода-16 вместо более тяжелого кислорода-18. [5] Было обнаружено, что циклы в изотопном соотношении соответствуют наземным свидетельствам ледниковых и межледниковых периодов. Затем график всей серии стадий выявил неожиданные наступления и отступления льда, а также заполнил детали стадиальных и интерстадиальных периодов .
Более поздние образцы ледяных кернов сегодняшнего ледникового льда подтвердили циклы посредством исследований древнего отложения пыльцы . В настоящее время ряд методов делают возможными дополнительные детали. Сопоставление стадий с названными периодами продолжается по мере открытия новых дат и геологического изучения новых регионов. Морские изотопные записи кажутся более полными и подробными, чем любые наземные эквиваленты, и позволили определить хронологию оледенения для плио-плейстоцена . [6] В настоящее время считается, что изменения в размере основных ледяных щитов , таких как исторический Лаврентийский ледяной щит Северной Америки, являются основным фактором, определяющим изменения в соотношениях изотопов кислорода. [7]
Данные MIS также соответствуют астрономическим данным циклов Миланковича орбитального воздействия или эффектам изменений инсоляции, вызванных циклическими небольшими изменениями наклона оси вращения Земли – «орбитальной теории». Действительно, то, что данные MIS так хорошо соответствовали теории Миланковича, которую он сформировал во время Первой мировой войны, было ключевым фактором в том, что теория получила всеобщее признание, несмотря на некоторые оставшиеся проблемы в определенных точках, в частности, так называемую проблему 100 000 лет . Для относительно недавних периодов данные радиоуглеродного датирования и дендрохронологии также подтверждают данные MIS. [8] Осадки также приобретают осадочную остаточную намагниченность , что позволяет коррелировать их с геомагнитными инверсиями Земли . Для более старых образцов керна отдельные годовые отложения обычно не могут быть различимы, и датировка берется из геомагнитной информации в кернах. [9] Другая информация, особенно в отношении соотношений газов, таких как углекислый газ в атмосфере, предоставляется анализом ледяных кернов .
TheПроект SPECMAP , финансируемый Национальным научным фондом США , создал одну стандартную хронологию для записей изотопов кислорода , хотя есть и другие. Эта хронология высокого разрешения была получена из 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 бы содержаться в одной изотопной записи. [10] Другим крупным исследовательским проектом, финансируемым правительством США в 1970-х и 1980-х годах, был проект «Климат: долгосрочное исследование, картирование и прогнозирование» (CLIMAP), который в значительной степени преуспел в своей цели по созданию карты глобального климата в период последнего ледникового максимума , 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 сделать «великий синтез», наиболее известный по статье 1976 года « Изменения в орбите Земли: задатки ледниковых периодов » (в журнале Science ), написанной Дж. Д. Хейсом, Шеклтоном и Джоном Имбри , которая до сих пор широко принята и охватывает временную шкалу MIS и причинно-следственный 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, с обновлениями. Он был составлен Лоррейн Лисецки и Морин Реймо . [12]
Ниже приведены даты начала (кроме подэтапов MIS 5) самого последнего MIS (Lisiecki & Raymo 2005, LR04 Benthic Stack ). Цифры в тысячах лет назад взяты с веб-сайта Лисецкого. [13] Числа для подэтапов в MIS 5 обозначают пики подэтапов, а не границы.
Список продолжается до MIS 104, начиная с 2,614 миллиона лет назад.
Ниже приведены даты начала самого последнего MIS, в тыс. лет назад (тысячи лет назад). Первые цифры получены Aitken & Stokes из Bassinot et al. (1994), а цифры в скобках — альтернативные оценки Martinson et al. для стадии 4, а для остальных — цифры SPECMAP из Imbrie et al. (1984). Для стадий 1–16 цифры SPECMAP находятся в пределах 5 тыс. лет назад от цифр, приведенных здесь. Все цифры до MIS 21 взяты из Aitken & Stokes, Таблица 1.4, за исключением подстадий MIS 5, которые взяты из Таблицы 1.1 Райта. [17]
Некоторые более древние стадии, в млн лет назад: [18]