Возможные причины изменения климата за геологическую историю Земли.

Выявляемые любыми методами следы климатов прошлого необходимо привязать к определенным периодам времени. Такая привязка тем точнее, чем отложения ближе к современности. Нередко расхождения датировок оказываются того же порядка, что и возраст отложений. Какими методами можно оценить возраст геологических остатков? Можно непосредственно подсчитать годичные слои отложений, например, ленточных глин или древесины деревьев умеренных широт, но при этом все равно необходимо определять возраст образца. Грубо это можно оценить по остаткам флоры, фауны, характерным для той или иной эпохи, но более надежно определяется по радиоактивному распаду первичной субстанции. Известно, что изотопы радиоактивных элементов после ряда промежуточных состояний превращаются в изотопы других элементов (например, изотопы урана 238U переходят в изотопы свинца 206Pb). Предполагая в начальный период образования Земли одинаковое количество всех изотопов радиоактивных элементов, можно по изменению отношений их современных концентраций или соотношений между конечными продуктами распада и первичными элементами определять возраст горных пород при условии, что другие пути изменения концентрации этих элементов учтены или исключены. Периоды полураспада этих элементов составляют млрд или десятки млн лет, поэтому они применимы для определения возраста только очень древних пород. Для датировок эпох более коротких также можно воспользоваться анализом результатов радиоактивного распада. Наиболее короткоживущим из используемых радиоактивных элементов является один из изотопов углерода (14С), период полураспада которого 5568 лет. Он пригоден для датировок до нескольких десятков тысяч лет. Этот изотоп постоянно пополняется в атмосфере за счет действия космических лучей. Поглощаясь вместе с другими изотопами углерода живыми организмами, он находится в них примерно в том же отношении к общему числу углерода, что и в атмосфере. После смерти организма поступление в него радиоактивного углерода прекращается, и он постепенно распадается. Это - возможность датировки органических остатков.

Изменения климата в докембрии.

На самых первых этапах эволюции Земли после завершения образования планеты, разогревания ее недр, формирования ядра, приведшим к активным проявлениям магматизма и, в частности, вулканизма, началась дегазация мантии и образование гидросферы и атмосферы. В архее Мировой океан, по-видимому, покрывал всю Землю или большую ее часть; атмосфера на первой стадии эволюции состояла из метана СН4 с добавлением водорода Н2, азота N2 и аммиака NH3; кислород О2 в атмосфере отсутствовал. Признаки широкого распространения оледенения в архейское время (3.8-2.6 млрд лет назад) отсутствуют. Климат Земли отличался зональностью и был теплым. В позднем архее 2,7-2,9 млрд лет назад уже появились микроскопические одноклеточные водоросли, которые могли осуществлять фотосинтез органических веществ из диоксида углерода и воды с выделением свободного кислорода. Этот кислород шел на окисление аммиака до молекулярного азота. Таким образом, в раннем протерозое 2,6-1,95 млрд лет назад началась вторая стадия эволюции атмосферы: основным компонентом атмосферы стал азот N2, а наиболее важными примесями — углекислый газ СО2 и аргон Аг. Около 1,8 млрд лет назад, когда скорость образования кислорода при фотосинтезе стала достаточно высокой, и кислород перестал быть малой примесью в атмосфере, наступила третья стадия эволюции атмосферы. С начала этой стадии парциальное давление кислорода все время увеличивалось и постепенно достигло современного значения. Теплый климат в архее постепенно становился более холодным. Имеются доказательства, что в раннем протерозое 2,5-2,6 млрд лет назад наблюдалось континентальное покровное Гуронское оледенение существовавшего в то время материка Мегагеи. Центр оледенения находился примерно на палеошироте 60º, т. е. это был центр ледникового покрова умеренных широт. О распространении этого оледенения пока нет данных, также не выяснено, было ли это оледенение материкового типа или эти ледники были связаны с процессами горообразования. В течение длительного периода геологической истории, примерно 2,1 млрд лет до 1,0 млрд лет назад, проявлений оледенений на Земле не найдено, и можно предполагать, что в течение этого времени климат был теплым. В позднем протерозое (950 - 600 млн лет назад) — отмечены три покровных оледенения, разделенные межледниковыми периодами. Это так называемые Гнейсёский, Стёртский и Варангский ледниковые периоды, наблюдавшиеся около 950, 750 и 680-660 млн лет назад, соответственно. Наступление ледниковых периодов, вероятно, стимулировалось вертикальными движениями земной коры, которые способствовали развитию горного оледенения, и горизонтальными движениями материков, в результате которых различные материки последовательно перемещались в высокие и умеренные широты. Но прямой причиной каждого периода наступления льдов было глобальное похолодание.