Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из состояния климата )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Хронология пяти известных великих оледенений, показана синим цветом. Промежуточные периоды обозначают тепличные условия.

На протяжении всей истории Земли климат планеты колебался между двумя доминирующими климатическими состояниями: Земля-теплица и Земля - ледник . [1] Эти два климатических состояния длятся миллионы лет, и их не следует путать с ледниковыми и межледниковыми периодами, которые происходят только во время ледникового периода и имеют тенденцию длиться менее 1 миллиона лет. В истории климата Земли известно пять великих оледенений ; основными факторами, влияющими на изменение палеоклимата, считаются концентрация углекислого газа в атмосфере , изменение орбиты Земли., долговременные изменения солнечной постоянной , океанические и орогенные изменения из-за динамики тектонических плит . Тепличные и ледниковые периоды глубоко повлияли на эволюцию жизни на Земле.

Greenhouse Earth [ править ]

Обзор тепличной Земли [ править ]

«Парниковая Земля» - это период, когда на планете нет никаких континентальных ледников , уровни углекислого газа и других парниковых газов (таких как водяной пар и метан ) высоки, а температура поверхности моря (ТПМ) колеблется от 28 ° C (82,4 ° F) в тропиках до 0 ° C (32 ° F) в полярных регионах . [2] Земля находилась в тепличном состоянии около 85% своей истории. [3]

Это состояние не следует путать с гипотетической тепличной землей , которая является необратимым переломным моментом, соответствующим продолжающемуся парниковому эффекту на Венере . [4] МГЭИК говорится , что ««парниковый effect'-аналогично [у] Венера-видимому , не имеют практически никаких шансов быть индуцируется антропогенной деятельности.» [5]

Причины возникновения парниковой земли [ править ]

Есть несколько теорий относительно того, как может возникнуть тепличная Земля. Геологические данные показывают, что в это время в большом количестве присутствует CO 2 и другие парниковые газы. Тектонические движения были чрезвычайно активными в более известные оранжерейные эпохи (например, 368 миллионов лет назад в палеозойскую эру). Из-за континентального рифтинга ( континентальные плиты удаляются друг от друга) вулканическая активность стала более заметной, производя больше CO 2 и нагревая атмосферу Земли. [6]Земля чаще всего находится в тепличном состоянии на протяжении всех эпох, и Земля находилась в этом состоянии примерно 80% из последних 500 миллионов лет, что несколько затрудняет понимание прямых причин. [7]

Icehouse Earth [ править ]

Смотрите также: Ледниковый период и Хронология оледенения.

Обзор Icehouse Earth [ править ]

«Земля-ледник» - это период, когда на Земле есть по крайней мере два ледяных щита , Арктический и Антарктический (на обоих полюсах ); эти пласты увеличиваются и уменьшаются в течение более коротких периодов, известных как ледниковые периоды (с другими ледниковыми покровами в дополнение к двум полярным) и межледниковые периоды (без них). Во время ледниковой Земли парниковые газы, как правило, менее распространены, а температуры во всем мире имеют тенденцию быть более низкими. Земля в настоящее время находится в стадии ледникового покрова [8], которая началась 34 млн лет назад с продолжающегося позднекайнозойского ледникового периода . Внутри него последний ледник, Вюрм., недавно завершившийся (110–12 тыс. лет назад), все еще имеет остатки неполярных ледниковых щитов (Альпы, Гималаи, Патагония). Скорее всего, вскоре за ним последует другое межледниковье, подобное последнему, эемское ( 130–115 тыс. Лет назад), когда были леса на мысе Нордкап и гиппопотамы в реках Рейн и Темза. Затем ледниковые и межледниковые периоды такой же длины, как и недавние, будут продолжать чередоваться до конца двухполюсных ледниковых щитов, что означает конец текущего ледникового покрова и начало следующей теплицы.

Причины возникновения ледниковой Земли [ править ]

Причины возникновения ледникового состояния широко обсуждаются, потому что на самом деле мало что известно о переходах между тепличным и ледниковым климатом и о том, что могло вызвать изменение климата. Одним из важных аспектов, несомненно, является уменьшение содержания CO 2 в атмосфере, возможно, из-за низкой вулканической активности. [9]

Другими важными проблемами являются движение тектонических плит и открытие и закрытие океанических ворот. [10] Они, кажется, играют решающую роль в ледниковой Земле, потому что они могут приносить холодную воду из очень глубоких водоворотов, что может помочь в создании ледяных щитов или тепловой изоляции областей. Примерами этого являются открытие 36,5 миллиона лет назад Тасманийских ворот, которые разделяли Австралию и Антарктиду и которые, как полагают, привели к возникновению кайнозойского ледника [11], и создание пролива Дрейка 32,8 миллиона лет назад разделением Южная Америка и Антарктида, [12] хотя другие ученые полагали, что это произошло только около 23 миллионов лет назад. [11] Закрытие Панамского перешейка и индонезийского морского пути примерно 3 или 4 миллиона лет назад могло быть основной причиной нашего нынешнего состояния ледника. [10] Что касается климата ледника, тектоническая активность также создает горы, которые образуются в результате столкновения одной континентальной плиты с другой и продолжения движения вперед. Обнаруженные свежие почвы действуют как скрубберы углекислого газа, что может существенно повлиять на количество этого парникового газа в атмосфере. Примером этого является столкновение междуИндийский субконтинент и Азиатский континент, который создал Гималаи около 50 миллионов лет назад.

Ледниковые и межледниковые периоды [ править ]

Основные статьи: Ледниковый период и межледниковье

В ледниковых государствах бывают « ледниковые » и « межледниковые » периоды, которые вызывают образование или отступление ледяных щитов. Причины этих ледниковых и межледниковых периодов в основном заключаются в колебаниях движения Земли вокруг Солнца . [13] Астрономические компоненты, обнаруженные сербским геофизиком Милутином Миланковичем и известные теперь как циклы Миланковича , включают наклон оси Земли, эксцентриситет орбиты (или форму орбиты ) и прецессию (или колебание) вращения Земли.. Наклон оси имеет тенденцию колебаться от 21,5 ° до 24,5 ° и обратно каждые 41 000 лет по вертикальной оси. Это изменение фактически влияет на сезонность на Земле, поскольку большее или меньшее количество солнечной радиации попадает в определенные области планеты чаще с большим наклоном, в то время как меньший наклон создает более равномерный набор сезонов во всем мире. Эти изменения можно увидеть в ледяных кернах, которые также содержат информацию, показывающую, что во время ледникового периода (при максимальной протяженности ледяных щитов) в атмосфере было более низкое содержание углекислого газа. Это может быть вызвано увеличением или перераспределением кислоты / базового баланса с бикарбонатными и карбонатными ионами , что имеет дело сщелочность . В ледниковом периоде только 20% времени приходится на межледниковые или более теплые времена. [13] Моделирование показывает, что нынешнее состояние межледникового климата сохранится, по крайней мере, еще 100 000 лет из-за CO2выбросы - включая полную дегляциацию Северного полушария. [14]

Земля-снежок [ править ]

Основная статья: Snowball Earth

« Земля-снежный ком » - полная противоположность тепличной Земле, в которой земная поверхность полностью заморожена; однако технически снежная земля не имеет континентальных ледяных щитов, как во время ледникового состояния. «The Great инфра кембрия Ice Age» Утверждалось быть хозяином такого мира, а в 1964 году, ученый У. Брайан Harland вывел свое открытие показаний ледников в низких широтах (Харланд и Rudwick). Это стало проблемой для Харланда из-за мысли о «парадоксе беглого снежного кома» (своего рода эффект снежного кома ), который, как только Земля войдет в путь превращения в землю снежного кома, она никогда не сможет покинуть это состояние. Однако в 1992 г.Йозеф Киршвинк  [ де ] предложил решение парадокса. Поскольку в то время континенты располагались в низких и средних широтах, в океане было меньше воды для поглощения большего количества солнечной энергии, падающей на тропики, и в то же время увеличивалось количество осадков из-за большей массы суши, подверженной более сильному солнечному излучению. энергия могла вызвать химическое выветривание (удаление CO 2 из атмосферы). Оба эти условия могли вызвать существенное падение CO 2.уровни атмосферы, приводящие к похолоданию, увеличению альбедо льда (отражающей способности льда падающей солнечной радиации), дальнейшему увеличению глобального похолодания (положительная обратная связь). Это могло быть механизмом перехода в состояние Земли Снежка. Киршвинк объяснил, что выход из состояния Земли-снежного кома может быть снова связан с углекислым газом. Возможное объяснение состоит в том, что во время Snowball Earth вулканическая активность не прекращалась, накапливая в атмосфере CO 2 . В то же время глобальный ледяной покров предотвратил бы химическое выветривание (в частности, гидролиз), ответственное за удаление CO 2 из атмосферы. Таким образом, CO 2 накапливался в атмосфере. Как только в атмосфере накопление CO 2достигнет порога, температура поднимется настолько, чтобы ледяные щиты начали таять. Это, в свою очередь, уменьшило бы эффект альбедо льда, который, в свою очередь, еще больше уменьшил бы ледяной покров, выйдя из состояния Земли Снежный ком. В конце Snowball Earth, до восстановления равновесного «термостата» между вулканической активностью и медленно возобновляющимся к тому времени химическим выветриванием, CO 2 в атмосфере накопился достаточно, чтобы вызвать пик температуры до 60 ° C, прежде чем в конечном итоге осесть. вниз. Примерно в тот же геологический период Земли-Снежка (обсуждается, вызвано ли оно Землей-Снежком или причиной возникновения Земли-Снежка) происходило Великое событие оксигенации (GOE). Последовало событие, известное как Кембрийский взрыв , положившее начало многоклеточному развитию.жизнь. [15] Однако некоторые биологи утверждают, что полноценного снежного кома на Земле не могло быть, поскольку фотосинтезирующая жизнь не выжила бы под многометровым льдом без солнечного света . Однако, солнечный свет Замечен проникать метр льда в Антарктиде [ править ] . Большинство ученых [ править ] сегодня считают , что «трудно» Snowball Earth, одна полностью покрыта льдом, наверное , невозможно. Однако возможна "земля-шар" с точками раскрытия около экватора .

Недавние исследования, возможно, снова усложнили идею Земли как снежного кома. В октябре 2011 года группа французских исследователей объявила, что углекислый газ во время последней предполагаемой "снежной земли", возможно, был ниже, чем первоначально заявлено, что затрудняет выяснение того, как Земля смогла выйти из своего состояния и сможет ли она выйти из этого состояния. были снежком или снежным комом. [16]

Переходы [ править ]

Причины [ править ]

Эоцена , которое произошло между 53 и 49 миллионов лет назад, был теплым периодом температуры Земли в течение 100 миллионов лет. [17] Однако эта «супер-теплица» в конце концов превратилась в ледник к концу эоцена. Считается, что снижение CO 2 вызвало это изменение, хотя не исключено, что положительная обратная связь способствовала охлаждению.

Лучшее из имеющихся у нас свидетельств перехода от ледникового периода к тепличному, когда эта растительная жизнь существовала в течение пермского периода, который произошел около 300 миллионов лет назад. 40 миллионов лет назад произошел серьезный переход, в результате которого Земля превратилась из влажной ледяной планеты, где тропические леса покрывали тропические леса , в жаркое, сухое и ветреное место, где мало кто мог выжить. Профессор Изабель П. Монтаньес из Калифорнийского университета в Дэвисе , которая исследовала этот период времени, обнаружила, что климат «крайне нестабилен» и «отмечен понижениями и повышениями содержания углекислого газа». [18]

Воздействие [ править ]

Переход от эоцена к олигоцену, последний переход, произошел примерно 34 миллиона лет назад, что привело к быстрому снижению глобальной температуры, оледенению Антарктиды и серии событий вымирания биотических растений. Самым драматическим событием смены видов, связанным с этим периодом времени, является Grande Coupure , период, когда европейские виды млекопитающих, живущие на деревьях и питающиеся листьями, сменились мигрирующими видами из Азии. [19]

Исследование [ править ]

Наука палеоклиматология пытается понять историю тепличных и ледниковых условий на протяжении геологического времени. Путем изучения ледяных кернов , дендрохронологии , океанических и озерных отложений ( варв ), палинологии ( палеоботаники ), изотопного анализа (например, радиометрического датирования и анализа стабильных изотопов) и других климатических прокси ученые могут создавать модели энергетических бюджетов Земли в прошлом. и, как следствие, климат. Одно исследование показало, что уровни углекислого газа в атмосфере в пермский периодвозраст колебался от 250 частей на миллион (что близко к сегодняшнему уровню) до 2000 частей на миллион. [18] Исследования озерных отложений предполагают, что «тепличный» или «супер-тепличный» эоцен находился в «постоянном состоянии Эль-Ниньо » после того, как потепление на 10 ° C в глубоководных слоях океана и высокие температуры поверхности в высоких широтах закрыли Тихий океан » s Эль-Ниньо - Южное колебание . [20] Для палеоцен-эоценового термального максимума была предложена теория внезапного уменьшения изотопного состава углерода в глобальном резервуаре неорганического углерода на 2,5 частей на миллион. [21]Гипотеза, выдвинутая для этого снижения изотопов, заключалась в увеличении гидратов метана , спусковой механизм которого остается загадкой. Это увеличение содержания метана в атмосфере , который является мощным, но недолговечным парниковым газом, увеличило глобальную температуру на 6 ° C с помощью менее мощного углекислого газа. [ необходима цитата ]

Список периодов ледников и теплиц [ править ]

  • Парниковый период длился от 4,6 до 2,4 миллиарда лет назад.
  • Гуронское оледенение - ледниковый период, который длился с 2,4 миллиарда лет назад до 2,1 миллиарда лет назад.
  • Парниковый период длился от 2,1 до 720 миллионов лет назад.
  • Криогенный период - ледниковый период, который длился от 720 до 635 миллионов лет назад, временами вся Земля была заморожена.
  • Тепличный период длился с 635 миллионов лет назад до 450 миллионов лет назад.
  • Андско-сахарское оледенение - ледниковый период, который длился от 450 до 420 миллионов лет назад.
  • Тепличный период длился с 420 миллионов лет назад до 360 миллионов лет назад.
  • Поздний палеозойский ледниковый период - ледниковый период, который длился от 360 до 260 миллионов лет назад.
  • Тепличный период длился с 260 миллионов лет назад до 33,9 миллиона лет назад.
  • Поздний кайнозойский ледниковый период - нынешний ледниковый период, начавшийся 33,9 миллиона лет назад.

Современные условия [ править ]

В настоящее время Земля находится в состоянии ледникового климата. Около 34 миллионов лет назад в Антарктиде начали формироваться ледяные щиты ; ледяные щиты в Арктике начали формироваться только 2 миллиона лет назад. [8] Некоторые процессы, которые могли привести к нашему нынешнему леднику, могут быть связаны с развитием Гималайских гор и открытием пролива Дрейка между Южной Америкой и Антарктидой, но моделирование климата показывает, что раннее открытие пролива Дрейка сыграло только ограниченная роль, в то время как более позднее сужение Тетисского и Центральноамериканского морей более важно для объяснения наблюдаемого кайнозойского похолодания. [22]Ученые пытались сравнить прошлые переходы между ледником и теплицей и наоборот, чтобы понять, куда сейчас движется наша планета.

Без человеческого влияния на концентрацию парниковых газов Земля приближалась бы к ледниковому периоду. Прогнозируемые изменения в орбитальном воздействии предполагают, что в отсутствие антропогенного глобального потепления следующий ледниковый период начнется по крайней мере через 50 000 лет [23] (см. Циклы Миланковича ), но из-за продолжающихся антропогенных выбросов парниковых газов Земля является направляясь к периоду тепличной Земли. [8] Постоянный лед на самом деле является редким явлением в истории Земли, возникающим только по совпадению с эффектом ледника, который затронул около 20% истории Земли.

См. Также [ править ]

  • Список периодов и событий в истории климата

Ссылки [ править ]

  1. ^ Дорлинг Киндерсли Publishing Персонал (2007). Лур, Джеймс Ф. (ред.). Земля (изд. 2007 г.). Dk Publishing. ISBN 978-0-7566-3332-5.
  2. ↑ Прайс, Грегори; Пол Дж. Вальдес; Брюс В. Селлвуд (1998). «Сравнение смоделированного GCM« тепличного »и« ледникового климата мелового периода: последствия для записи отложений ». Палеогеография, палеоклиматология, палеоэкология . 142 (3–4): 123–138. Bibcode : 1998PPP ... 142..123P . DOI : 10.1016 / s0031-0182 (98) 00061-3 .
  3. ↑ Джейн Фрэнсис, Ричард Корфилд и Кэрри Лир (14 февраля 2013 г.). BBC Radio 4 - В наше время ледниковые периоды . BBC (радио) . Проверено 16 октября 2019 .
  4. ^ Стеффен, Уилл; Рокстрём, Йохан ; Ричардсон, Кэтрин; Лентон, Тимоти М .; Фольке, Карл; Ливерман, Диана; Саммерхейз, Колин П .; Барноски, Энтони Д .; Корнелл, Сара Э .; Распятие, Мишель; Донж, Джонатан Ф .; Фетцер, Инго; Лейд, Стивен Дж .; Шеффер, Мартен; Винкельманн, Рикарда; Шелльнхубер, Ханс Иоахим (6 августа 2018 г.). «Траектории земной системы в антропоцене» . Труды Национальной академии наук . 115 (33): 8252–8259. Bibcode : 2018PNAS..115.8252S . DOI : 10.1073 / pnas.1810141115 . ISSN 0027-8424 . PMC 6099852 .  PMID  30082409 .
  5. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 09.11.2018 . Проверено 2 ноября 2018 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  6. ^ Норрис, Ричард Д .; Карен Л. Байс; Элизабет А. Магно; Пол А. Уилсон (2002). «Покачивание тропического термостата в теплице мелового периода». Геология . 30 (4): 299–302. Bibcode : 2002Geo .... 30..299N . DOI : 10.1130 / 0091-7613 (2002) 030 <0299: JTTTIT> 2.0.CO; 2 .
  7. ^ Спайсер, Роберт А .; Ричард М. Корфилд (1992). «Обзор земного и морского климата в меловом периоде с последствиями для моделирования« тепличной Земли » ». Геологический журнал . 129 (2): 169–180. Bibcode : 1992GeoM..129..169S . DOI : 10.1017 / s0016756800008268 .
  8. ^ a b c Монтанез, Изабель; GS Soreghan (март 2006 г.). «Непостоянный климат Земли: уроки, извлеченные из глубоких ледниковых периодов». Geotimes . 51 : 24–27.
  9. ^ Monnin, E .; Indermühle, A .; Dällenbach, A .; Flückiger, J .; Stauffer, B .; Stocker, TF; Raynaud, D .; Барнола, Ж.-М. (2001). «Концентрации CO2 в атмосфере после окончания последнего ледникового периода». Наука . 291 (5501): 112–114. Bibcode : 2001Sci ... 291..112M . DOI : 10.1126 / science.291.5501.112 . PMID 11141559 . 
  10. ^ а б Смит, Алан Дж .; Кевин Т. Пикеринг (2003). «Океанические шлюзы как критический фактор для зарождения ледниковой Земли». Журнал геологического общества . 160 (3): 337–340. Bibcode : 2003JGSoc.160..337S . DOI : 10.1144 / 0016-764902-115 . S2CID 127653725 . 
  11. ^ a b Exon, N .; Дж. Кеннет; М. Мэлоун (2000). «Открытие Тасманийских ворот повлияло на палеоклимат кайнозоя: результаты этапа 189». ДЖОИДЕС . 26 : 11–17.
  12. ^ Латимер, JC; Г. М. Филипелли (2002). «Терригенные поступления от эоцена до миоцена и экспортная продукция; геохимические данные из участка 190 ODP Leg 177». Палеогеография, палеоклиматология, палеоэкология . 182 (3–4): 151–164. Полномочный код : 2002PPP ... 182..151L . DOI : 10.1016 / s0031-0182 (01) 00493-X .
  13. ^ a b Broecker, Wallace S .; Джордж Х. Дентон (январь 1990 г.). «Что движет ледниковыми циклами». Scientific American . 262 : 49–56. Bibcode : 1990SciAm.262a..49B . DOI : 10.1038 / Scientificamerican0190-48 .
  14. ^ A. Ganopolski; Р. Винкельманн; HJ Schellnhuber (2016). «Критическая зависимость инсоляции и CO2 для диагностики образования ледников в прошлом и будущем». Природа . 529 (7585): 200–203. Bibcode : 2016Natur.529..200G . DOI : 10,1038 / природа16494 . PMID 26762457 . S2CID 4466220 .  
  15. ^ Маруяма, S .; М. Сантош (2008). «Модели на Земле снежного кома и кембрийский взрыв: синопсис». Гондванские исследования . 14 (1–2): 22–32. Bibcode : 2008GondR..14 ... 22M . DOI : 10.1016 / j.gr.2008.01.004 .
  16. ^ CNRS, Делегация Парижа Мишель-Анж. «Гипотеза Snowball Earth оспорена» . ScienceDaily . Проверено 24 ноября 2011 года .
  17. ^ Герат, Анурадха К. «От теплицы к леднику» . Astrobio . Проверено 28 октября 2011 года .
  18. ^ a b Калифорнийский университет в Дэвисе. «Неровный переход от ледяного домика к теплице» . ScienceDaily . Проверено 4 ноября 2011 года .
  19. ^ Prothero, DR (1994-01-01). «Вымирание позднего эоцена-олигоцена». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 22 (1): 145–165. Bibcode : 1994AREPS..22..145P . DOI : 10.1146 / annurev.ea.22.050194.001045 .
  20. ^ Хубер, Мэтью; Родриго Кабальеро (7 февраля 2003 г.). «Эль-Ниньо в эоцене: доказательства устойчивой тропической динамики в« теплице » ». Наука . 299 (5608): 877–881. Bibcode : 2003Sci ... 299..877H . DOI : 10.1126 / science.1078766 . PMID 12574626 . S2CID 19838005 .  
  21. ^ Хиггинс, Джон А .; Дэниел П. Шраг (2006). «За пределами метана: к теории палеоцен-эоценового теплового максимума». Письма о Земле и планетах . 245 (3–4): 523–537. Bibcode : 2006E и PSL.245..523H . DOI : 10.1016 / j.epsl.2006.03.009 .
  22. ^ Zhang, Zhongshi & Nisancioglu, Керим и Flatøy, F. & Bentsen, М. & Bethke И. & Wang, H .. (2009). Играло ли открытие пролива Дрейка значительную роль в кайнозойском похолодании?
  23. ^ Berger A, Loutre MF (август 2002). «Климат. Впереди исключительно длинное межледниковье?». Наука . 297 (5585): 1287–8. DOI : 10.1126 / science.1076120 . PMID 12193773 . S2CID 128923481 .