.png)
.png)
.png)
Email this article 
A modern interpretation of the history of the Pleistocene glacial cycles
https://doi.org/10.15356/2076-6734-2015-2-103-122
Abstract
One of the, Glaciological descriptions of Greenland and Antarctica were among the most outstanding events in the geographical investigations of the Earth, made in the 20th century. They have shown that glaciations, traces of which were found in Europe and North America in the first half of the 19th century, waxed and waned during the Pleistocene repeatedly and were synchronous with the expansions and reductions of the Antarctic ice sheet. Further analyses of the sea-bed sediments confirmed the fact of such synchronicity, and revealed that the durations of the Pleistocene glacial cycles (on the order of one hundred thousand years) were significantly longer then approximately forty thousand years alternations of the warm and cold climate conditions during the preceding Pliocene. In this paper, using wavelets, and methods of the theory of the nonlinear dynamical systems, patterns of the Pleistocene’s and Pliocene’s cyclic variations of climate are compared with each other, to understand the mechanisms which can be responsible for their excitation and evolution.
About the Authors
V. M. KotlyakovRussian Federation
D. M. Sonechkin
Russian Federation
References
1. . Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.Э. Теория колебаний . М .: Физматгиз, 1959 . 918 с .
2. . Арнольд В.И., Афраймович В.С., Ильяшенко Ю.С., Шильников Л.П. Теория бифуркаций . Динамические системы . 5 . Итоги науки и техники . Современные проблемы математики . Фундаментальные направления . М .: изд . ВИНИТИ, 1986 . 218 с .
3. . Афраймович В.С., Шильников Л.П. Инвариантные двумерные торы, их разрушение и стохастичность // Методы качественной теории дифференциальных уравнений . Горький: изд . ГГУ, 1983 . С . 3–25 .
4. . Вакуленко Н.В., Котляков В.М., Монин А.С., Сонеч кин Д.М. Симметрия ледниковых циклов позднего плейстоцена по данным станций «Восток» и «Купол С» в Антарктиде // ДАН . 2006 . Т . 407 . No 1 . С . 111–114 .
5. Вакуленко Н.В., Котляков В.М., Монин А.С., Сонечкин Д.М. Синхронность ледниковых циклов позднего плейстоцена с ходом инсоляции на экваторе и ее перераспределением между высокими и низкими широтами // Изв . РАН . Серия геогр . 2007 . No 5 . С . 45–57 .
6. Вакуленко Н.В., Иващенко Н.Н., Котляков В.М., Со нечкин Д.М. О бифуркации умножения периода ледниковых циклов в начале плейстоцена // ДАН . 2011 . Т . 436 . No 4 . С . 541–544 .
7. . Вакуленко Н.В., Сонечкин Д.М. Свидетельство скорого окончания современного межледниковья // ДАН . 2013 . Т . 452 . No 1 . С . 92–95 .
8. Вакуленко Н.В., Котляков В.М., Сонечкин Д.М. Об увеличении изменчивости глобального климата примерно за 400 тыс . лет до настоящего времени // ДАН . 2013 . Т . 456 . No 5 . С . 600–603 .
9. . Вакуленко Н.В., Иващенко Н.Н., Котляков В.М., Со нечкин Д.М. О бифуркациях умножения периода ледниковых циклов в плиоцене – плейстоцене // Изв . вузов . Прикладная нелинейная динамика . 2013 . Т . 21 . No 2 . С . 88–112 .
10. . Вакуленко Н.В., Котляков В.М., Сонечкин Д.М. Предсказуем ли климат в геологическом масштабе времени? // ДАН . 2015 . Т . 460 . No 2 . С . 215–219 .
11. . Имбри Д., Имбри К.П. Тайны ледниковых эпох . М .: Прогресс, 1988 . 264 с .
12. . Котляков В.М. Избранные произведения: Т . 1 . Гляциология Антарктиды . М .: Наука, 2000 . 431 с .
13. . Котляков В.М. Глобальные изменения за четыре климатических цикла по гляциологическим данным // МГИ . 2000 . Вып . 89 . С . 106–111 .
14. . Миланкович М. Математическая климатология и астрономическая теория колебаний климата . М .-Л .: ГОНТИ, 1939 . 207 с .
15. . Монин А.С., Шишков Ю.А. История климата . Л .: Гидрометеоиздат, 1979 . 407 с .
16. . Монин А.С., Сонечкин Д.М. Колебания климата по данным наблюдений . Тройной солнечный и другие циклы . М .: Наука, 2005 . 191 с .
17. . Смульский И.И. Анализ уроков развития астрономической теории палеоклимата // Вест . РАН . 2013 . Т . 83 . No 1 . C . 31–39 .
18. . Сонечкин Д.М. Обоснование четырехмерного (непрерывного) усвоения данных метеорологических наблюдений на основе динамико-стохастического подхода // Метеорология и гидрология . 1973 . No 4 . С . 13–19 .
19. . Федоров В.М. Вариации солярного климата как основа реконструкции, анализа и прогноза изменений глобального климата Земли // www .solarclimate .com/sc/astrotejriyaclimate .htm .
20. . Шараф Ш.Г., Будникова Н.А. О вековых изменениях элементов орбиты Земли, влияющих на климаты геологического прошлого // Тр . Ин-та теоретич . астрономии АН СССР . 1967 . Вып . 114 . No 4 (127) . С . 231–261 .
21. . Шараф Ш.Г., Будникова Н.А. Колебания солнечного облучения Земли, вызванные вековыми изменениями элементов земной орбиты // Тр . Ин-та теоретич . астрономии АН СССР . 1968 . Вып . 182 . No 2 . С . 291–293 .
22. . Шараф Ш.Г., Будникова Н.А. Вековые изменения орбиты Земли и астрономическая теория колебаний климата // Тр . Ин-та теоретич . астрономии АН СССР . 1969 . Вып . 14 . С . 48–85 .
23. . Agassiz L. Upon glacier, moraines, and erratic blocks // New Philos . Journ . Edinburgh . 1838 . V . P . 864–883 . 24 .
24. . Berger A. Long-term variations of daily insolation and Quaternary climatic changes // Journ . of Atmospheric Sciences . 1978 . V . 35 . P . 2362–2367 .
25. . Berger A., Loutre M.F. Insolation values for the climate of the last 10 million years // Quaternary Science Review . 1991 . V . 10 . No 4 . P . 297–317 .
26. . Calder N. Arithmetic of ice ages // Nature . 1974 . V . 252 . P . 216–218 .
27. . Croll J. Climate and Time in their Geological Relations: A theory of Secular Changes of the Earth’s Climate . New-York: Appleton Press, 1875 . 577 p .
28. . Dansgaard W., Johnsen S.J., Clausen H.B., DahlJen den D., Gunderstrup N.S., Hammer C.U., Hvidberg C.S., Steffensen J.P., Sveinbjörnsdottir, Jouzel J., Bond G. Evidence for general instability of past climate from a 250 kyrice-core record // Nature . 1993 . V . 264 . P . 218–220 .
29. . Ditto W.L., Spano M.L., Savage H.T., Rauseo S.N., Heagy J., Ott E. Experimental observation of a strange nonchaotic attractor // Physical Review Letters . 1990 . V . 65 . No 5 . P . 533–536 .
30. . Elderfield H., Ferreti P., Greaves M., Crowhurst S., Mc Cave I.N., Hodell D., Piotrowski A.M. Evolution of ocean temperature and ice volume through the Mid-Pleistocene climate transition // Science . 2012 . V . 337 . P . 704–709 .
31. . EPICA community members . Eight glacial cycles from an Antarctic ice core // Nature . 2004 . V . 429 . P . 623–628 .
32. . Ghil M. Theoretical climate dynamics: an introduction // Turbulence and Predictability in Geophysical Fluid Dynamics and Climate Dynamics / Eds . M . Ghil, R . Benzi and G . Parisi . New-York: North Holland, 1985 . P . 347–402 .
33. . Grebogi C., Ott E., Pelikan S., Yorke J.A. Strange attractors that are not chaotic // Physica D . 1984 . V . 13 . P . 261–268 .
34. . Gurney W .S.C., Nisbet R.M. Ecological Dynamics . New-York: Oxford Univ . Press, 1998 . 346 p .
35. . Hays J.D. Imbrie J., Shackleton N.J. Variations in the Earth’s orbit: Pacemeker of the Ice Ages // Science . 1976 . V . 194 . P . 1121–1132 .
36. . Huybers P. Early Pleistocene glacial cycles and the integrated summer insolation forcing // Science . 2006 . V . 313 . P . 508–511 .
37. . Huybers P. Pleistocene glacial variability as a chaotic response to obliquity // Climate of the Past . 2009 . V . 5 . P . 481–488 .
38. . Imbrie J., Imbrie J.Z. Modeling the climatic response to orbital variations // Science . 1980 . V . 207 . P . 943–953 .
39. . Ivashchenko N.N., Kotlyakov V.M., Sonechkin D.M., Vakulenko N.V. On the nature of the Pliocene/Pleistocene glacial cycle lengthening // Global Perspective on Geography . 2013 . V . 1 . No 1 . P . 9–20 .
40. . Ivashchenko N.N., Kotlyakov V.M., Sonechkin D.M., Vakulenko N.V. On bifurcations inducing glacial cycle lengthening during Pliocene/Pleistocene epoch // Intern . Journ . of Bifurcation and Chaos . 2014 . V . 24 . No 8 . 1440018 (8 pages) .
41. . Jouzel J., MassonDelmotte V., Cattani O., Dreyfus G., Fa lourd S., Hoffmann G., Minster B., Nouet J., Barnola J.M., Chappellaz J., Fischer H., Gallet J.C., Johnsen S., Leuen berger M., Loulergue L., Lüthi D., Oerter H., Parrenin F., Raisbeck G., Raynaud D., Schilt A., Schwander J., Selmo E., Souchez R., Spahni R., Stauffer B., Steffensen J.P., Stenni B., Stocker T.F., Tison J.L., Werner M., Wolff E.W. Orbital and millennial Antarctic climate variability over the last 800000 years // Science . 2007 . V . 317 . P . 793–796 .
42. . Kaellen E., Crafoord C., Ghil M. Free oscillations in a climate model with ice-sheet dynamics // Journ . of Atmospheric Sciences . 1979 . V . 36 . P . 2292–2303 .
43. . Liu H .S., Chao B.F. Wavelet spectral analysis of the Earth’s orbital variations and paleoclimatic cycles // Journ . of Atmospheric Sciences . 1998 . V . 55 . P . 227–236 .
44. . Lisiecki L.E., Raymo M.E. A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic δ18O records // Paleoceanology . 2005 . V . 20 . P . PA1003 . doi:10 .1029/2004PA001071 .
45. . Livina V.N., Kwasniok F., Lenton T.M . Potential analysis reveals changing numbers of climate states during last 60 kyr // Climate of the Past . 2010 . V . 6 . P . 77–82 .
46. . Lorenz E.N. Deterministic nonperiodic flow // Journ . of Atmospheric Sciences . 1963 . V . 20 . P . 130–141 .
47. . Lunt D.J., Valdes P.J., Haywood A., Rutt I.C. Closure of the Panama seaway during the Pliocene: implications for climate and Northern Hemisphere glaciation // Climate Dynamics . 2007 . V . 30 . doi:10 .1007/s00382-007-0265-6 .
48. . Maasch K.A., Saltzman B . A low-order dynamical model of global climatic variability over the full Pleistocene // Journ . of Geophys . Research . 1990 . V . 95 . P . 1955–1963 .
49. . May R .M . Simple mathematical models with very complicated dynamics // Nature . 1976 . V . 261 . P . 459–467 .
50. . Paillard D. Glacial cycles: toward a new paradigm // Reviews Geophysics . 2001 . V . 39 . No 3 . P . 325–346 .
51. . Pena L.D., Goldstein S.L. Thermohaline circulation crisis and impacts during the mid-Pleistocene transition // Science . 2014 . V . 345 . P . 318–322 .
52. . Petit J.R., Jouzel J. Raynaud D., Barkov N.I., Barno la J.M., Basile I., Bender M., Davis M., Delaygue G., Delmotte M., Kotlyakov V.M., Legrand M., Lipen kov V.Y., Lorius C., Pépin L., Ritz C., Saltzman E., Stievenard M. Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica // Nature . 1999 . V . 399 . P . 429–436 .
53. . Pikovsky A.S., Zaks M.A., Feudel U., Kurth J. Singular continuous spectra in dissipative dynamics // Physical Review E . 1995 . V . 52 . No 1 . P . 285–296 .
54. . Rial J.A . Pace making the ice ages by frequency modulation of Earth’s orbital eccentricity // Science . 1999 . V . 285 . P . 564–568 .
55. . Rial J.A . Earth’s orbital eccentricity and the rhythm of the Pleistocene ice ages: the concealed pacemaker // Global Planetary Change . 2004 . V . 41 . P . 81–93 .
56. . Rial J.A . Abrupt climate change: chaos and order at orbital and millennial scales // Global Planetary Change . 2004 . V . 41 . P . 95–109 .
57. . Rial J.A., Anaclerio C.A. Understanding nonlinear responses of the climate system to orbital forcing // Quaternary Science Review . 2000 . V . 19 . P . 1709–1722 .
58. . Saltzman B., Verbitsky M. Late Pleistocene climatic trajectory in the phase space of global ice, ocean state, and CO2: observation and theory // Paleoceanology . 1994 . V . 9 . P . 767–779 .
59. . Schulz M., Stattegger K. SPECTRUM: Spectral analysis of unevenly spaced paleoclimatic time series // Computers and Geosciences . 1997 . V . 23 . P . 929–945 .
60. . Schulz M., Mudelsee M. REDFIT: Estimating rednoise spectra directly from unevenly spaced paleoclimatic time series // Computers and Geosciences, 2002 . V . 28 . P . 421–426 .
61. . Shackleton N.J., Crowhurst S., Hagelberg T., Pi sias N.G., Schneider D.A. A new late Neogene time scale: Application to Leg 138 sites // Proc . Ocean Drill . Program Sci . Results . 1995 . V . 138 . P . 73–101 .
62. . Shackleton N.J., Hall M.A., Pate D. Pliocene stable isotope stratigraphy of ODP site 846 // Proc . Ocean Drill . Program Sci . Results . 1995 . V . 138 . P . 337–356 .
63. . Sutera A. On stochastic perturbation and long-termclimate behaviour // QJRMS . 1981 . V . 107 . P . 137–152 .
64. . Wolff E. W., Barbante C., Becagli S., Bigler M., Boutron C.F., Castellano E., de Angelis M., Federer U., Fischer H., Fundel F., Hansson M., Hutterli M., Jon sell U., Karlin T., Kaufmann P., Lambert F., Littot G.C., Mulvaney R., Röthlisberger R., Ruth U., Severi M., Sig gaardAndersen M.L., Sime L.C., Steffensen J.P., Stock er T.F., Traversi R., Twarloh B., Udisti R., Wagen bach D., Wegner A. Changes in environment over the last 800 000 years from chemical analysis of the EPICA Dome C ice core // Quaternary Science Reviews . 2010 . V . 29 . No 1–2 . P . 285–295 .
65. . Wunsch C. The spectral description of climate change including the 100 ky energy // Climate Dynamics . 2003 . V . 20 . P . 353–363 .
Supplementary files
For citation: Kotlyakov V.M., Sonechkin D.M. A modern interpretation of the history of the Pleistocene glacial cycles. Ice and Snow. 2015;55(2):103-122. https://doi.org/10.15356/2076-6734-2015-2-103-122
Refbacks
- There are currently no refbacks.
ISSN 2076-6734 (Print)
ISSN 2412-3765 (Online)