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 времени, которое 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 датировок 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 в объеме воды. ледниковых щитов, которые при расширении поглощали более легкий изотоп кислорода-16, а не более тяжелый изотоп кислорода-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 MIS также соответствуют астрономическим данным 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 инверсиями геомагнитного поля 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 Лоррейн 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 Мартинсона и др. 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]