Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Климатология лабы / maket-lobanov-k2.pptx
Скачиваний:
44
Добавлен:
15.03.2019
Размер:
20.87 Mб
Скачать

16.4.Пример древнего климата: палеоклимат Арктики

Многочисленные геологические данные свидетельствуют о том, что в позднемеловую эпоху климат Земли был необычно те- плым с меньшими различиями температур в низких и высоких ши- ротах. Это было время, когда ледовые шапки, если и существовали, были значительно меньше современных, а теплолюбивые животные и растения проникали далеко в высокие широты и распространя- лись до 85 °с.ш. В течение нескольких последних десятилетий был собран большой объем сведений о климате

мелового периода, среди основных источников которых:

–данные о глобальном распределении литологических инди- каторов климатов прошлого, таких, как угли, бокситы, эвапориты, ледниковые отложения, почвы и другие;

–данные по изотопам кислорода из океанических осадков;

–данные о глобальном распределении ископаемых животных и растений;

–компьютерное моделирование мелового климата с использо- ванием МОЦА.

Наиболее всесторонние количественные климатические пара- метры были получены по результатам изучения морфологии ли- стьев древних древесных растений, которые являются чувствитель- ными индикаторами неморских климатических условий. Растения, в отличие от большинства животных, пространственно неподвиж- ны, и для выживания вынуждены приспосабливаться, эволюцио- нируя таким образом, чтобы по своей архитектуре соответствовать местным условиям среды. Поэтому районы со сходным климатом обычно населены растениями со сходной архитектурой и могут быть использованы для реконструкции климатов прошлого и имеют достаточно надежные зависимости со среднегодовой температурой воздуха, как показано на рис. 16.13.

По покрытосеменным деревянногорской флоры о-ва Новая Си- бирь методом CLAMP (по сигналам архитектуры листьев древних растений) были рассчитаны палеоклиматические параметры [6]:

–среднегодовая температура, равная 8,8 °С, температура наи- более теплого месяца, равная 16,6 °С, и наиболее холодного меся- ца – 1,8 °С;

–количество осадков общее за вегетационный период 636 мм, среднемесячное за вегетационный период – 94 мм, за три последо-

Рис. 16.13. Зависимость процентного содержания во флоре видов

с цельнокрайними листьями от среднегодовой температуры (Wolfe, 1979)

вательных наиболее влажных месяца – 352 мм, за три последова- тельных наиболее сухих месяца – 178 мм;

– продолжительность вегетационного периода равная 5,3 месяца. Эти параметры соответствуют современному влажному уме- ренно теплому климату, от которого среднемеловой климат отли- чался присущей приполярным широтам (палеоширота местонахож- дения на о-ве Новая Сибирь приблизительно 82 ° с.ш.) выраженной световой сезонностью: наличием полярной ночи, сравнительно сла- бым и преимущественно рассеянным солнечным освещением в те-

чение полярного лета.

Среднемеловой климат Арктики был необычайно теплым и влажным даже на фоне очень теплого климата мелового периода. Температурные параметры этого арктического климата находят объяснение во влиянии на него относительно тепловодного Ар- ктического бассейна, который «добавлял» в атмосферу некоторое количество тепла в летний сезон и значительно повышал зимние температуры, не давая им опускаться ниже нулевой отметки. Что- бы объяснить существование в среднем-позднем мелу аномально теплого Арктического бассейна, изолированного в то время от Про- то-Пацифики (древнего Тихого океана) Берингийской сушей, была высказана гипотеза, что он «подогревался» привносом теплых вод из низких широт по Западному внутреннему проливу на Северо- Американском континенте (рис. 16.14).

Еще один интересный факт, что ученые из университета Ро- честера обнаружили в Арктике останки доисторической черепахи,

Рис. 16.14. Предполагаемые теплые (сплошные линии)

ихолодные (прерывистые стрелки) течения в середине мела

всеверной части Прото-Пацифики, Арктическом бассейне

иЗападном внутреннем проливе (значком флоры показаны местонахождения

ископаемых флор Новосибирских островов)

обитавшей несколько миллионов лет назад. Обнаружение в этом районе тропической пресноводной азиатской черепахи позволяет сделать вывод о том, что в то время миграция этих животных проис- ходила из Азии в Северную Америку не вдоль Аляски, а напрямую через пресное теплое море в Северном Ледовитом океане.

Таким образом, в середине мелового периода в Арктике пре- обладал влажный высокоширотный умеренно теплый климат, спец- ифическими особенностями которого были теплые летние темпе- ратуры, мягкие зимы без продолжительного морозного периода, значительное количество осадков и резкая световая сезонность. Аналогов этому климату нет на современной Земле, и его можно назвать вымершим климатом.

16.5. Особенности палеоклиматов и их динамики

В геологической истории позднего докембрия и фанерозоя из- вестно несколько интервалов, характеризующихся относительно быстрыми количественными и качественными изменениями, ко- торые охватывали все или ряд подсистем биосферы. Подобные из- менения приводили к новому состоянию биосферы и называются биосферными перестройками, которые напрямую связаны с особен- ностями палеоклиматов и их динамики.

Первая особенность – это необратимые климатические измене- ния. По роли оледенений в геологической истории различаются три главных климатических этапа [14]: безледниковый (возраст более 2,9 млрд лет), с эпизодическими оледенениями (от 2,9 до 1 млрд лет) и с частыми периодическими оледенениями (от 1 млрд

лет до

на-

шего времени). Современная климатическая система

Земли,

для

которой характерно чередование ледниковых и

безледниковых пе-

риодов, окончательно сформировалась в

позднем рифее или в кон- це палеозоя в связи с медленным

сокращением

теплового

баланса

поверхности Земли

и

приближения его к порогу, за которым начи-

наются оледенения.

Тепловой баланс, начиная с позднего архея, со-

кращался, главным

образом из-за снижения плотности атмосферы

и содержания в ней

парниковых газов. И то и другое было резуль-

татом ослабления

эндогенной дегазации Земли, усиливавшегося поглощения СО2

при

выветривании силикатов и в процессе фото-

 

синтеза, а также

последующего

длительного

захоронения части

карбонатов в

литосфере. Определенную роль в похолодании Земли

могло играть

увеличение альбедо планеты по

мере роста

континен-

тов.

Снижалась также и мощность эндогенного теплового потока Земли, но его мощность была не большой, и это снижение в основ- ном сказалось на климат за счет ослабления магматической и вулка- нической деятельности и дегазации. На связь климата с изменением геодинамического режима планеты указывает корреляция климата с этапами развития геотектоники плит (рис.

16.15).

Вторая особенность – это иерархия климатических колебаний, связанная с тем, что колебания разной периодичности или разного временного масштаба имеют и разные причины. Сверхдлинные кли- матические колебания с периодами 150–300 млн лет проявлялись в чередовании ледниковых и теплых периодов. Оледенения начина- лись в ранние фазы тектонических циклов во время усиления вул- канизма, когда серии эксплозивных извержений, продукты которых достигали стратосферы, приводили

к снижению прозрачности ат- мосферы

и к «вулканическим

зимам». Одновременно происходило захоронение

значительных

масс карбонатов и органического веще-

ства,

что

вызывало

снижение СО2 в атмосфере и тоже вело

к охлаж-

дению

поверхности Земли. Похолодания усиливались растворением

дополнительного количества СО2 в охлаждающемся океане. Теплые

безледниковые периоды совпадали с этапами ослабления вулканиз- ма, увеличения прозрачности атмосферы и с главными орогени- ческими фазами тектонических циклов. Эти фазы вызывали уве- личение содержания СО2 в атмосфере в результате регионального

275

Рис. 16.15. Соотношения между необратимым охлаждением поверхности Земли, крупными похолоданиями (g – ледниковые эпохи) и потеплениями, характером вулканизма, климатическими [14] и геодинамическими этапами (Хаин, 1995)

метаморфизма и размыва осадочных углеродосодержащих толщ. Потепление усиливалось дегазацией океана и разрушением зале- жей газогидрантов. Нарушение периодичности сверхдлинных коле- баний климата наблюдалось в фанерозое лишь однажды – во время мезозойского безледникового периода, что объясняется

наложением

на периодические процессы вулканизма мощнейшего

суперплюма

 

(горячего потока из мантии) в Тихом океане.

Следующие по мас-

штабу – длинные климатические колебания с

периодами

десятки

млн лет, которые формируются как в

ледниковых, так и в безлед-

никовых интервалах фанерозоя также

могут быть

связаны с

изме-

нением интенсивности

субдукционного

и

мантийно-плюмового

вулканизма, которые

варьируют в противофазе. Далее идут клима- тические колебания с

периодами циклов Миланковича (19, 23, 40, 100

тыс. лет),

связанные с вариацией параметров орбиты и наклона

оси Земли,

которое нашли свое широкое подтверждение, особенно

в стадии

последних оледенений кайнозоя. И последние ультрако-

роткие

климатические колебания с периодами от 11 лет до 1000 лет обусловлены изменением солнечной активности и следы их обнару- жены в кольцах деревьев.

Третьей особенностью палеоклиматов является преобладание безледникового климата или безледниковых периодов, которые составляли около 70 % в фанерозое, а ледниковые эпизоды были дискретны и собственно оледенения составляли не более 30 % дли- тельности ледниковых периодов и, следовательно, не более 10 % фанерозоя или 4 % всей послеархейской истории. Преобладание безледникового климата указывает на то, что эндогенная дегазация успешно компенсирует сейчас процессы захоронения СО2 в литос-

фере и мантии. Если бы захоронения СО2 не было, повышение его

концентрации за счет дегазации в течение 4–10 млн лет привело бы к сильнейшему перегреву поверхности Земли. Умеренные преде- лы колебания температуры на поверхности Земли (температурный коридор) обусловлены главным образом положительной обратной связью между содержанием СО2 в атмосфере и процессами погло-

щения СО2 при выветривании силикатов и фотосинтезе. А также

темпами захоронения карбонатов и органического углерода с дру- гой стороны. Относительное равновесие между этими процессами нарушалось периодическим усилением вулканизма и «вулканиче- скими зимами». Они были причиной того, что ледниковые периоды

икрупные биосферные перестройки, связанные со сверхдлинными

идлинными климатическими колебаниями, были почти синхронны с тектоническими циклами.

Ипоследняя, четвертая, особенность связана с естественной вариацией безледникового климата. Исследования на примере ме- лового периода и палеогена показали, что амплитуды коротких ко- лебаний в безледниковом климате иногда были сопоставимы с раз- махом колебаний в ледниковом климате. Поэтому устойчивость безледникового климата является относительной и связана с тем, что климатические колебания происходили в области существенно положительных температур и не пересекали порог, за которым на- чинались оледенения.

Литература

1.Борзенкова И.И. Изменение климата в кайнозое. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. – 247 с.

2.Борзенкова И.И. О точности палеоклиматической информации // Метеорология

игидрология. 1998, № 9. – С. 51–61.

3.Борзенкова И.И. Определение чувствительности глобального климата к газово- му составу атмосферы по палеоклиматическим данным // Изв. РАН, ФАО. 2003. Т. 39, № 2. – С. 222–228.

4.Будыко М.И., Ронов А.Б., Яншин А.Л. История атмосферы. – Л.: Гидрометеоиз- дат, 1985. – 209 с.

277

5.Вахрамеев В.А. Юрские и меловые флоры и климаты Земли / Труды Геол. ин-та АН СССР, вып. 430. – М.: Наука, 1988. – 214 с.

6.Герман А.Б. Позднемеловой климат Евразии и Аляски. – М.: Наука, 2004. – 157 с.

7.Зубаков В.А. Глобальные климатические события плейстоцена. – Л.: Гидроме- теоиздат, 1986. – 288 с.

8.Иващенко О. Как менялся климат за время существования Земли. Скорость изменений и уникальность настоящего момента. 5-01-2009, Наука и техника. Теории и гипотезы. http://oko-planet.su/science/sciencehypothesis/2809-oleg- ivashhenko-kak-menjalsja-klimat-za-vremja.html.

9.Климат в эпохи крупных биосферных перестроек. – М.: Наука, 2004. – 296 с.

10.Короновский Н.В., Хаин В.Е., Ясаманов Н.А. Историческая геология: учебник.

– М.: Академия, 2008. – 464 с.

11.Красилов В.А. Меловой период: Эволюция земной коры и биосферы. – М.: На- ука, 1985. – 240 с.

12.Ушаков С.А., Ясаманов Н.А. Дрейф материков и климаты Земли. – М.: Мысль, 1984. – 206 с.

13.Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. – М.: Изд-во МГУ, 2001. – 528 с.

14.Чумаков Н.М. Оледенения в геологической истории. В кн.: Климаты Земли в геологическом прошлом. – М.: Наука, 1987. – С. 44–69.

15.Ясаманов Н.А. Древние климаты Земли. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985.– 296 с.

16. Crowley, T.J. and Berner R.A. CO2 and climate change. 2001, Science 292: 870–872 pp.

17.First breath: Earth’s billion-year struggle for oxygen New Scientist, #2746, 05 Febru- ary 2010 by Nick Lane. A snowball period, c2.4 – c2.0 Gya, triggered by the Oxygen catastrophe.

Лекция 17. Исторические изменения климата от четвертичного периода

1.Общая характеристика периода и причины динамики климата

Четвертичный период или антропоген – геологический период, современный этап истории Земли, третий (текущий) период кайно- зойской эры, который начался 2,0–2,5 млн лет назад и

продолжается по настоящий день [12].

Название периода относится к XVIII в., когда все древние от- ложения по слоям делились на первичные, вторичные, третичные и четвертичные. Впервые четвертные отложения были выделены в самостоятельную группу в середине XVIII в.

B 1760 г. итальянский учёный Дж. Aрдуино разделил все ге- ологические подразделения на четыре группы, самые молодые из

которых назвал «четвертичными подразделениями гор». В 1825 г. французский ученый Ж. Денуайе предложил выделить после- третичные отложения в особую четвертичную систему. В 1830 г. Ч. Лайель ввел термин «новейшие» отложения, а в 1832 г. предло- жил термин «плейстоцен» для обозначения всех отложений моложе плиоценовых. В 1846 г. швейцарский геолог Э. Форбс использовал термин «плейстоцен» для обозначения отложений только леднико- вого времени, исключая современные, для которых он ввел термин «голоцен». В 1922 г. А.П. Павлов предложил заменить название «четвертичный период» на «антропогеновый период» или «антро- поген» в связи с тем, что главным событием в этом периоде было появление и становление человека.

Четвертичный период характеризуется появлением человека и оледенениями и делится на две неравные части: плейстоцен и голо- цен (последние 12 тыс. лет). Продолжительность четвертичного

пе- риода так мала, что обычные методы относительного

и

изотопного

определения

возраста

часто

недостаточно

точны

и

чувствительны.

На

таком коротком

интервале

времени

применяется, прежде

всего, радиоуглеродный

анализ

и

другие

методы, основанные

на

распаде

короткоживущих

изотопов.

Специфика

четвертичного периода

по

сравнению с

другими

геологическими периодами вызвала к жизни

особую

ветвь

геологии – четвертичную [26].

 

 

 

 

 

 

С четвертичным периодом неразрывно связана история чело- вечества: это и нижний палеолит (первые остатки каменных орудий труда времен раннего плейстоцена и человека умелого – нашего пря- мого предка) и начало человеческой популяции (во времена

средне- го

плейстоцена), и,

естественно, выход

кроманьонца

(современного

человека) за пределы Африканского континента, и

формирование

множества современных рас, народностей, этносов

во времена

позд-

него плейстоцена и голоцена. Все эти

исторические события проис-

ходили на фоне и под воздействием

изменяющихся климатических

условий примерно по следующему

сценарию: во

время улучшений

условий окружающей

среды

(потеплений) происходило разрастание

человеческой популяции с

экспансией

на

окружающие территории; при неблагоприятных

условиях

окружающей

среды

(похолоданиях,

оледенениях)

происходил

 

отбор

из

разросшейся

популяции

наибо-

лее

приспособляемых организмов к меняющимся условиям окруже- ния (как, например, во время последней самой жесткой ледниковой эпохи вымерли неандертальцы). В плейстоцене общее

щитов, оказавшихся, однако, здесь неустойчивыми и многократно стаивавшими и образовывавшимися вновь.

Всего в четвертичном ледниковом периоде насчитывается бо- лее 40 холодных стадий, сменяемых периодами относительных потеплений и условно группируемых в 6 ледниковых эпох четвер- тичного ледникового периода: Бибер, Донау, Гюнц, Миндель, Рисс

иВюрт. Кроме того, принято выделять 5 периодов Голоцена (Пре- бореал, Бореал, Атлантик, Суббореал, Субатлантик) или 6 его похо- лоданий.

Последовательность оледенений плейстоцена была впервые изучена на примере Альп А. Пенком и Э. Брюкнером (1901–1909 гг.) [25]. Разработанная ими схема, позже детализированная Б. Эберлем (1930 г.), включает пять эпох оледенения: Дунайскую, состоявшую из трех стадий (самую раннюю из них теперь называют Биберской), двухстадийные – Гюнцскую и Миндельскую

изатем, после особен- но продолжительного межледниковья, – двухстадийную Рисскую и трехстадийную – Вюрмскую (Гюнц, Миндель, Рисс – реки, а Вюрм – озеро в бассейне Дуная). По данным Пенка и Брюкнера, ледниковые цирки Альп в эпохи оледенения заполнялись фирном не больше, чем теперь, то есть количество осадков тогда не превосходило со- временного, но

температуры были ниже, вследствие чего снеговая линия находилась много ниже современной (на 1200 м). Таяние лед- ников было замедленным и их языки спускались в долины много ниже, чем теперь на севере, западе и юге Альп, выходя за пределы гор на равнины и образуя там огромные ледники подножий. Сведе- ния об основных оледенениях и похолоданиях четвертичного пери- ода приведены в табл. 17.1 [3].

Как следует из табл. 17.1, из пяти ледниковых эпох, охвативших не только Европу, но и многие другие области планеты, самая древ- няя – гюнц-небрасская (начало – около 1 млн лет назад,

конец – около 600

тыс. лет назад), известная по ледникам,

покрывавшим террито-

рию Западной Европы, Канады и части

США. Затем ледники отсту- пили, а после нескольких сот тысяч

лет потепления началось новое оледенение в Европе и в Северной Америке, получившее название миндельско-окско-канзасского (примерно 500–250 тыс. лет назад). Потом пришла Великая межледниковая эпоха с очень теплым кли- матом в Северном полушарии, за которой последовало новое, самое интенсивное оледенение – рисско-днепровско-иллинойсское (при- мерно 200– 100 тыс. лет назад), при котором ледники в Восточной Европе

достигли 48 ° с.ш. Новое потепление привело к отступанию

 

 

Таблица 17.1

Основные оледенения плейстоцена и похолодания голоцена:

названия, время прохождения и охватываемая территория

 

Название

Время,

Район

Период

лет тому назад

 

 

 

Дунайское оледе-

970, 855 и 685 тыс. Европа

Плейсто-

нение

 

 

ценовый

Гюнцское (Аль-

595–545 тыс.

Западная Европа, Русская

Плейсто-

пийское оледене-

 

платформа, Сибирь, Канада

ценовый

ние)

 

 

 

Миндельское оле-

490–430 тыс.

Англия, Голландия, Герма-

Плейсто-

денение

 

ния

ценовый

Рисское оледене-

280–180 тыс.

Сев. Америка, Урал, Сибирь,

Плейсто-

ние

 

Европа

ценовый

Вюрмское (Валдай-

120–115, 75–50,

Европа, Сев. Америка

Плейсто-

ское) оледенение

45–25, 23–10 тыс.

 

ценовый

Похолодание

5.5–4.5

Сев. полушарие

Голоцен

Похолодание

3.0

Сев. полушарие, Антарктида

Голоцен

Похолодание

II–VII вв.

Антарктида

Голоцен

Малый леднико-

1430–1840 гг.

Сев. полушарие

Голоцен

вый период

 

 

 

но затем последовало еще одно, последнее, большое оледенение – вюрмско-висло-валдайско-висконсинское. Последняя ледниковая эпоха началась около 110 тыс. лет тому назад и окончилась около 9700–9600 г. до н.э. Во время этой эпохи неоднократно происходило разрастание и сокращение ледниковых покровов. Последний лед- никовый максимум, когда общий объём льда в ледниках был наи- большим, относится ко времени около 26–20 тыс. лет назад. Хотя общие тенденции глобального похолодания были сходными, но су- ществовали местные особенности развития оледенения, например,

отдельных фаз

наступания и

отступания,

достижения

максимальных

размеров, этапов

убывания и

исчезновения

отдельных ледниковых покровов.

Максимальный объем льдов суши в плейстоцене составлял

около 55 млн км3, в том числе 23,9 млн км3 – в Антарктиде (как се- годня), 23,9 млн км3 – в Северной Америке, 7,6 млн км3 – в Европе и 0,7 млн км3 – в Урало-Сибирской области. Причем 60 % этих льдов было сосредоточено в Северном и 40 % – в Южном полушарии, тог- да, как теперь эти цифры равны 8 и 92 % соответственно.

Во время межледниковий, по-видимому, стаивало около поло- вины этих льдов, и ледниковые щиты оставались только в Антар- ктиде и Гренландии. Это приводило к повышению уровня Мирового

Соседние файлы в папке Климатология лабы