Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
6
Добавлен:
15.03.2019
Размер:
28.84 Mб
Скачать

Лекция 16. Исторические изменения климата до четвертичного периода

I0

(t)

 

I0

 

t 0-4.6 млрд.лет (возраст Солнца)

 

 

I 0-современное значение

 

0.4(1

t / t0 )

 

1

 

Венера

0.95 АЕ

Земля

1.67 АЕ

Марс

Климат докембрия (≈4 млр.лет(87%): катархей, архей, протерозой)

Только геологический метод

После формирования Земли из протопланетного облака и прекращения бомбардировок кусками протопланетного вещества (в это время температура варьировала значительно):

- распалась большая часть радиоактивных изотопов элементов,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- уменьшилась диссипация энергии приливов (благодаря отодвиганию Луны),

 

 

 

 

 

- произошла значительная гравитационная дифференциация земного вещества.

 

 

 

 

 

Основными факторами, влияющими на температуру поверхности Земли остались:

2000

 

 

 

- поток солнечной энергии, поступающей к Земле;

 

 

 

 

 

- условия прохождения через атмосферу (парниковый эффект).

 

 

 

 

 

Солнечная светимость и парниковый эффект изменялись разнонаправлено –

 

 

 

 

 

солнечная светимость постепенно росла (вначале составляла 1/3), а парниковый

 

 

 

 

 

эффект в целом уменьшался от очень высокого при начальной дегазации земных

 

 

 

 

 

недр и отсутствия путей вывода из атмосферы. Эти разнонаправленные процессы

 

 

 

 

 

позволили удерживать температуры на поверхности Земли в относительно узком

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

коридоре, в котором возможна биологическая жизнь.

 

 

 

 

 

В катахее большая часть земной поверхности была расплавлена.

 

Эра

Год (дни)

Сутки

В первой половине архея температуры на поверхности опустились до уровня примерно

 

 

 

 

 

(часы)

1500С и ниже, что в условиях мощной атмосферы с высоким давлением, позволило начать

 

Катархей

 

 

3-6

конденсироваться водяным парам.

 

 

 

Наличие жидкой воды включило механизмы геохимического, неорганического вывода

 

Архей

900

 

9

углекислого газа из атмосферы. В это время температура опустилась примерно до 70-90 °С,

 

Протерозой

600

 

10-15

и сохранялась на таком уровне почти до конца архея.

 

 

К концу архея, примерно около 2,5 млрд. лет назад значительно уменьшилась тектоническая активность, что уменьшило дегазацию недр. Ускорился и вывод углекислого газа из атмосферы. В результате всего за сотню-полторы миллионов лет основные запасы углекислого газа были выведены из атмосферы, наступило первое в истории земли мощное оледенение, известное как гуронское (2.5-2.1 млрд. лет назад). Оно продолжалось более сотни миллионов лет, и средняя температуры на поверхности Земли на уровне моря в это время составляла менее 10°С. В дальнейшем произошло некоторое накопление углекислого газа в атмосфере, и температуры повысились, хотя так и не достигли архейских значений. Средние температуры большей части протерозоя

составляли около 35-40 °С.

В период примерно 900-600 млн. лет назад на Земле вновь прошла череда сильнейших оледенений (Гнейсенское 950-900; Стертское 810-715; Варангское 680-570). Они были вызваны широким распространением к тому времени живых организмов, способных к фотосинтезу, причем в условиях, очень хороших для захоронения органики (отсутствие кислорода на океанических глубинах) и вывода углекислого газа из атмосферы на длительный срок. Периодичность чередование таких оледенений была вызвана, вероятно, изъятием очень больших объемов углекислого газа из атмосферы биотой, похолоданием и оледенением, и в конце гибелью большей части биомассы, что приводило к сильному сокращению вывода углекислого газа из атмосферы, его накоплению в атмосфере вновь, и опять к потеплению и возрождению жизни.

Варангское 680-570 млн.лет

Климат фанерозоя

К началу фанерозоя (около 600 млн. лет назад) в атмосфере накопилось очень много кислорода, кроме того, вода океанических глубин также насыщалась кислородом, благодаря совокупности биологических, так и геохимических факторов.

В результате заработали и механизмы окисления, эффективно возвращающие часть захороняемого углерода из органики обратно в атмосферу в виде углекислого газа. Благодаря этому, мощные колебания содержания углекислого газа в атмосфере, и соответственно парникового эффекта, уменьшились, и климатическая система стала стабильнее.

Начиная с фанерозоя, изменения средней глобальной температуры стали относительно небольшими до 10-15 градусов. В основном, это была более теплая эпоха, по сравнению с современностью, хотя за это время и произошли три оледенения, не достигшие однако, масштаба оледенений протерозоя. Это оледенения на границе верхнего ордовика- нижнего силура (Ордовикское 460-420 млн. лет назад), слабое оледенение верхнего девона (370-355 млн. лет назад), и наиболее мощное среди них, пермо-карбоновое (Гондванское 350-230 млн. лет назад), начавшееся в каменноугольном периоде. Связаны с выводом из атмосферы СО2.

Возможны колебания климата с периодами в 150-250 млн. лет, что обусловлено накоплением захороненого углерода в предыдущие эпохи. Благодаря движению океанической коры и явлению постоянного подныривания и задвига одних плит под другие (субдукция), происходит модуляция выброса вулканами углекислого газа и метана в атмосферу, а также из запасов углерода, накопленного на океаническом дне в предыдущие эпохи.

Мезозой Меловой

Юрский

 

 

Триас

 

 

Пермь

 

 

Карбон

Палеозой

Девон

Силур

 

 

 

 

Ордовик

 

 

Кембрий

а) Изменение содержания углекислого газа в атмосфере (в количествах, кратных современной концентрации), средней глобальной температуры, средней температуры тропических широт, а также величины оледенения начиная от начала фанерозоя (ок. 600 млн. лет назад) и до настоящего времени (Crowley, T.J. and Berner, R.A., 2001, CO2 and climate change,

Science 292: 870-872); б) сглаженные данные изменения температуры от докембрийских эпох до наших дней, с указанием конкретного температурного коридора.

Ордовикское 460-420 млн. лет назад

Период

Год (дни)

Сутки (часы)

Кембрийский

424-412

21

 

 

Ордовикский

412-402

 

 

Девонский

396

22

 

Каменноугольный

393-390

 

 

Пермский

385

 

 

Триасовый

381

23

 

Юрский

377

24

Гондванское 350-230 млн. лет назад

Каменноугольный период

 

Пермский период

Палеоклиматическая реконструкция Альфреда Вегенера. Показаны оледенения (Е), болота (К — уголь) и пустыни (S — соль, G — гипс, W — песчаники пустынь), заштрихованы аридные климатические области.

Кривая относительной глобальной температуры для фанерозоя (Герман, 2009)

Климат

умеренный, понижение, 4 оледенения, потепление

умеренный, во второй половине понижение температуры

теплый, равномерный

теплый (Т=250С), во второй половине похолодание.

теплый тропический или субтропический, зональность, сезонные колебания (Пангея от с.п. до ю.п., океан Тетис), Т=24.50С.

резкая зональность и возрастание засушливости, формирование Пангеи.

теплый и влажный, в конце оледенение (Т=80С), вымирание животных, перемещение плит.

теплый, чередование сухих и дождливых сезонов (Т=250С). вначале сухой, затем влажный с потеплением (Т=200С).

умеренный и влажный, в конце оледенение (30% суши, толщина льда 2 км, Ю.п. в Сахаре)

умеренный и влажный, затем сухой и теплый, суша в тропических и умерен. широтах.

Древний климат до четвертичного периода был теплее. Диапазон изменений глобальной температуры составлял 10-150С (от 10 до 250С, при оледенениях Т была на 5-60С ниже современной)

Изменение основных климатических характеристик в фанерозое

Причина расхождений в оледенениях: географическая (Южный полюс находился внутри континента и был ограниченный приток теплых вод из низких широт в высокие).

Причины высоких температур мезозоя и начала кайнозоя: большое содержание СО2 и оба полюса

располагались в океанах, где циркуляция водных масс обеспечивала обогрев полярных районов.

Отклонения температуры воздуха от современных значений (1 – расчет Будыко, 1985 по S0, α, СО2;

2 – на основе палеоиндикаторов, Frakes, 1979).

Изменения количества углекислого газа в атмосфере и скорость образования вулканогенных пород в течение фанерозоя (Athaturov M.L. and others, 1986)

Средние широтные распределения среднегодовых температур(Борзенкова, 2003):

1 – поздний мел по МОЦА; 2 – макс. Т мелового периода; 3 – средний плиоцен (3-4 млн. лет назад), 4 – современные изменения,

5 – вюрмское оледенение (18 тыс. лет назад).

зменение характеристик климата в фанерозое

Изменение глобальной температуры

Совместное изменение Т и СО2.

Соседние файлы в папке Климатология лабы