73. Изменения климата в истории Земли. Их причины

Общее похолодание климата от архея и протерозоя к четвертичному периоду (примерно на 10°С). Причины: общее остывание планеты, снижение концентрации парниковых газов.

В основные эпохи горообразований – байкальскую (€), каледонскую (O), герцинскую (C – P), мезозойскую (K) и альпийскую (N – Q) – отмечались похолодания с покровными оледенениями полярных областей. На рубежах PZ/MZ и MZ/KZ из-за похолодания вымерло множество видов живых организмов. Причины: поступление аэрозолей в атмосферу в результате вулканической деятельности, рост площади и высоты материков.

Самое мощное оледенение произошло в четвертичном периоде (начался ~ 1 млн. лет назад) и включало 4 ледниковых эпохи продолжительностью 100–150 тыс. лет, разделенные межледниковьями. В ледниковые эпохи температура воздуха понижалась на 5–10°С, а уровень океана – примерно на 100 м по сравнению с современным. Возможные причины: устойчивое понижение содержания CO₂, увеличение площади и высоты суши, возникновение Альпийско-Гималайского горного пояса, дрейф Антарктиды к южному полюсу, активизация вулканов.

Послеледниковая эпоха (голоцен) наступил 10–15 тыс. лет назад. В климатический оптимум голоцена (6 тыс. лет назад) климат был более теплым (на 2–4°С) и влажным, чем в настоящее время. Затем последовали две эпохи некоторого похолодания, которые проявлялись в подвижках горных ледников. Последняя из них (малый ледниковый период) закончилась в середине XIX в.

С конца XIX в. по настоящее время отмечается устойчивое потепление нижних слоев атмосферы. Оно было прервано лишь 25-летним периодом понижения температуры в 1940-е – 1960-е гг. К настоящему времени повышение глобальной температуры составило ~ 0,8°С.

Потепление проявляется неравномерно. Лучше всего оно выражено в умеренных и полярных широтах на материках, особенно зимой. В центральных районах Евразии потепление достигает 2–2,5°С, (4–5°С зимой), на Юге России ~ 1,5°С (2–2,5°С зимой). Есть регионы, где, наоборот, отмечается похолодание. По прогнозам, к середине–концу XXI в. глобальная температура может увеличиться на 3–5°С.

Последствия потепления:

Увеличение количества атмосферных осадков на 1% в умеренных широтах, снижение на 3% – в тропических.

Рост уровня Мирового океана на 1–2 мм в год за счет таяния полярных льдов. Подтопление прибрежных территорий.

Активизация погодных катаклизмов (увеличение количества циклонов и их разрушительной силы, частоты наводнений, засух, экстремально теплых и холодных зим, экстремально влажных и сухих лет.

Возможные причины потепления:

Естественные климатические циклы (максимум векового цикла солнечной активности, эмиссия углекислого газа из рифтовых зон, увеличение притока теплых вод в Арктику).

Хозяйственная деятельность человека: загрязнение атмосферы парниковыми газами, уничтожение растительного покрова.

Причины изменений климата:

Космические причины:

Изменение количества радиации, излучаемой Солнцем. Сейчас на верхнюю границу атмосферы поступает 1,98 кал/см² в минуту (солнечная постоянная). Полагают, что 4 млрд. лет назад этот показатель был на 25% меньше и с тех пор постепенно увеличивался. Выделяются циклы солнечной активности с периодами 11 и 80 лет.

Вариации орбитальных параметров Земли: вытянутости земной орбиты (период ~ 100 тыс. лет), угла наклона земной оси к плоскости эклиптики (сейчас – 66,5°, период ~ 40 тыс. лет), прецессия земной оси (изменение сезона наступления перигелия, сейчас – в январе, период ~ 25 тыс. лет), скорости вращения Земли (за счет влияния Луны постепенно снижается).

Столкновение Земли с космическими объектами. Могло приводить к изменениям земной поверхности, состава атмосферы и даже орбитальных параметров Земли.

Изменения состава земной атмосферы:

Прозрачность атмосферы по отношению к солнечным лучам. Зависит от плотности атмосферы и облачного покрова, содержания O₃ и твердых примесей. Извержения вулканов, во время которых выбрасывается большое количестве твердых частиц, сопровождаются понижением глобальной температуры воздуха на протяжение нескольких лет. Этот процесс в огромных масштабах происходил в эпохи горообразований (байкальскую, каледонскую, герцинскую, мезозойскую и альпийскую), которым соответствуют периоды оледенений и вымирания многих видов организмов.

Способность земной атмосферы удерживать длинноволновую радиацию, излучаемую планетой (парниковый эффект). Зависит от содержания в атмосфере водяного пара и парниковых газов (CO₂, CH₄, N₂O, NH₃, SO₂ и др.). В архее (4–4,6 млрд. лет назад), атмосфера, в основном, состояла из парниковых газов и содержала много водяного пара. Поэтому, несмотря на пониженную светимость Солнца, климат Земли был очень теплым. С появлением фотосинтезирующих организмов и свободного кислорода парниковые газы, содержащие углерод, окислялись, потреблялись растениями, захоранивались в виде угля и нефти земной коре. В результате климат менялся с тенденцией к похолоданию.

Изменения земной поверхности:

Изменение площади материков и их высоты над уровнем моря. Объединение материков в суперконтиненты, увеличение площади и высоты суши приводило к общему похолоданию климата и увеличению его континентальности. Трансгрессии океана, наоборот, смягчали климат.

Дрейф материков к полюсам способствовал появлению покровных оледенений и общему похолоданию климата за счет увеличения альбедо земной поверхности. Рост ледника – самоусиливающийся процесс.

Возникновение горных хребтов приводило к изменению циркуляции атмосферы. В частности, появление в неогене огромного Альпийско-Гималайского горного пояса, который отрезал умеренные широты от тропических воздушных масс, считают одной из причин самых грандиозных за всю историю Земли оледенений.

Изменение циркуляции Мирового океана вследствие изменения солености, температуры водной толщи, рельефа дна. Морские течения осуществляют перенос тепла из тропических широт к полюсам. Нарушение этого процесса приводило к увеличению климатических контрастов между разными географическими широтами.

Изменение биомассы растений. Растения играют ключевую роль в формировании состава атмосферы и регулировании климата. Активно развиваясь в условиях теплого и влажного климата, они поглощают CO₂, приводя к уменьшению парникового эффекта и последующему похолоданию. Гибель растений при похолодании и разложение их остатков возвращает CO₂ в атмосферу и создает условия для потепления.

Хозяйственная деятельность человека. Приводит к изменению земной поверхности и состава атмосферы в глобальных масштабах.