Войти
Временная шкала пяти известных великих оледенений, показанных синим цветом. Промежуточные периоды отражают тепличные условия. На протяжении истории Земли климат планеты колебался между двумя доминирующими климатическими состояниями: парниковой Землей и ледник Земля . 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 изменения палеоклимата считаются концентрация атмосферного углекислого газа, изменения земной орбиты, долгосрочные изменения солнечная постоянная, океанические и орогенные изменения из-за динамики тектонических плит. Тепличные и ледниковые периоды глубоко повлияли на эволюцию жизни на Земле.
«Тепличная Земля» - это период, в течение которого не было континентальных ледников как бы то ни было на планете, уровни углекислого газа и других парниковых газов (таких как водяной пар и метан ) высоки, а температура поверхности моря (SST) варьируются от 28 ° C (82,4 ° F) в тропиках до 0 ° C (32 ° F) в полярных регионах. Земля находилась в тепличном состоянии около 85% своей истории.
Это состояние не следует путать с гипотетической тепличной землей, которая является необратимым переломным моментом, соответствующим продолжающемуся парниковому эффекту. на Венере. МГЭИК утверждает, что «у« неуправляемого парникового эффекта », аналогичного [у] Венеры, практически нет шансов быть вызванным антропогенной деятельностью»
Существует несколько теорий относительно того, как может возникать парниковая 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 отдаляются друг от друга) вулканическая активность стала более заметной, выделяя больше CO 2 и нагреваясь. атмосфера Земли. 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.
«Земля из ледяного покрова» - это период, в течение которого Земля имеет как минимум два ледяных щита, арктический и антарктический (на обоих полюсах ); эти пласты увеличиваются и ослабевают в течение более коротких периодов, известных как ледниковые периоды (с другими ледниковыми покровами в дополнение к двум полярным) и межледниковые периоды (без). Во время ледниковой Земли парниковые газы, как правило, менее распространены, а температуры во всем мире обычно ниже. Земля в настоящее время находится в стадии ледникового покрова, которая началась 34 млн лет назад с продолжающегося позднекайнозойского ледникового периода. Внутри последнего ледника Würm, недавно завершившегося (110–12 тыс. Лет назад), до сих пор сохранились остатки неполярных ледниковых щитов (Альпы, Гималаи, Патагония). Скорее всего, вскоре последует еще одно межледниковье, подобное предыдущему, эемское (130–115 тыс. Лет назад), когда были леса на Нордкапе и бегемоты в реках Рейн и Темза. Затем ледники и межледниковья 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 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.
Другими важными проблемами являются движение тектонических плит и открытие и закрытие океанических шлюзы. Кажется, что они 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 является открытие Тасманских ворот 36,5 миллиона лет назад, которые разделяли Австралию и Антарктиду и которые, как полагают, привели к Кайнозойский ледяной дом и создание пролива Дрейка 32,8 миллиона лет назад разделением Южной Америки и Антарктиды, хотя другие Ученые утверждают, что это произошло только около 23 миллионов лет назад. Закрытие Панамского перешейка и Индонезийского морского пути примерно 3 или 4 миллиона лет назад могло быть основной причиной нашего нынешнего состояния ледникового покрова. 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 диоксида углерода, что может значительно повлиять на количество этого парникового газа в атмосфере. Примером этого является столкновение Индийского субконтинента и Азиатского континента, которое образовало Гималайские горы около 50 миллионов лет назад.
В ледниковых государствах существуют периоды «ледников » и «межледниковья », которые вызывают образование или отступление ледниковых щитов.. Причины этих ледниковых и межледниковых периодов в основном заключаются в колебаниях движения Земли вокруг Солнца. Астрономические компоненты, обнаруженные сербским геофизиком Милутином Миланковичем и теперь известные как циклы Миланковича, включают наклон оси Земли, эксцентриситет орбиты. (или форма орбиты ) и прецессия (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 более или менее солнечная радиация попадает в определенные области планеты чаще при более высоком наклоне, в то время как меньший наклон создает более даже набор сезонов по всему миру. Эти изменения можно увидеть в ледяных кернах, которые также содержат информацию, показывающую, что во время ледникового периода (при максимальной протяженности ледяных щитов) в атмосфере был более низкий уровень углекислого газа. Это может быть вызвано увеличением или перераспределением баланса кислота / основание с ионами бикарбоната и карбоната который касается щелочности. В ледниковом периоде только 20% времени приходится на межледниковые или более теплые времена. Моделирование показывает, что нынешнее состояние межледникового климата сохранится еще как минимум 100 000 лет из-за CO. 2 выбросов, включая полное дегляциацию северного полушария.
«Земля-снежок » - полная противоположность тепличной Земле, в которой поверхность земли полностью заморожена; однако технически снежная земля не имеет континентальных ледяных щитов, как во время ледникового состояния. «Великий инфра- кембрийский ледниковый период» был провозглашен хозяином такого мира, и в 1964 году ученый У. Брайан Харланд открыл следы ледников в низких широтах (Харланд и Рудвик). Это стало проблемой для Харланда из-за мысли о «парадоксе беглого снежного кома» (разновидность эффекта снежного кома ), который, как только Земля вступит на путь превращения в снежный ком, она никогда не сможет покинуть это состояние. Однако в 1992 году Йозеф Киршвинк [de ] 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 площади суши, подверженной более сильному солнечному воздействию. энергия могла вызвать химическое выветривание (удаление CO 2 из атмосферы). Оба эти условия могли вызвать существенное падение уровней CO 2 в атмосфере, что привело к похолоданию, увеличению ледяного альбедо (отражательной способности льда приходящей солнечной радиации), дальнейшему усилению глобального похолодания (положительная обратная связь). Это могло быть механизмом входа 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 предотвратит химическое выветривание (в частности, гидролиз), ответственное за удаление CO 2 из атмосферы. Таким образом, CO 2 накапливался в атмосфере. Как только накопление CO 2 в атмосфере достигнет порогового значения, температура повысится настолько, что ледяной покров начнет таять. Это, в свою очередь, уменьшило бы эффект альбедо льда, что, в свою очередь, еще больше уменьшило бы ледяной покров, выйдя из состояния Земли Снежный ком. В конце Snowball Earth, до восстановления равновесного «термостата» между вулканической активностью и медленно возобновляющимся химическим выветриванием, CO 2 в атмосфере накопился достаточно, чтобы вызвать пик температуры до 60 ° по Цельсию, прежде чем окончательно успокоиться. Примерно в тот же геологический период Земли-Снежка (обсуждается, вызвано ли оно Землей-Снежком или является причиной Земли-Снежка) произошло Великое событие оксигенации (GOE). Затем последовало событие, известное как кембрийский взрыв, положившее начало многоклеточной жизни. Однако некоторые биологи утверждают, что полноценного снежного кома на Земле не могло быть, поскольку фотосинтетическая жизнь не выжила бы под многометровым льдом без солнечного света. Однако было замечено, что солнечный свет проникает сквозь толщу льда в несколько метров в Антарктиде. Большинство ученых сегодня полагают, что «твердая» Земля-снежок, полностью покрытая льдом, вероятно, невозможна. Однако возможна "земля-шар" с точками раскрытия около экватора.
Недавние исследования, возможно, снова усложнили идею снежного кома земли. 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 были снежным комом или слякотью.
Эоцен, который произошел между 53 и 49 миллионами лет назад, был самой высокой температурой на Земле период на 100 миллионов лет. Однако к концу эоцена эта «супер-теплица» со временем превратилась в ледник. Считается, что снижение CO 2 вызвало это изменение, хотя возможно, что положительные обратные связи способствовали охлаждению.
Лучшее из имеющихся у нас свидетельств перехода от ледникового периода к тепличному, когда эта растительная жизнь существовала в течение пермского периода, произошедшего около 300 миллионов лет назад. 40 миллионов лет назад произошел крупный переход, в результате которого Земля превратилась из влажной ледяной планеты, где тропические леса покрывали тропики, 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. ".
Последний переход от эоцена к олигоцену произошел примерно 34 миллиона лет назад, что привело к быстрому снижению глобальной температуры, оледенению Антарктиды и серии вымираний биотических растений. События. Самым драматичным 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.
Наука палеоклиматология пытается понять историю тепличных и ледниковых условий на протяжении геологического времени. Благодаря изучению ледяных кернов, дендрохронологии, океана и озерных отложений (varve ), палинология, (палеоботаника ), изотопный анализ (например, Радиометрическое датирование и анализ стабильных изотопов) и другие климатические прокси, ученые могут создавать модели прошлых энергетических бюджетов Земли и соответствующего климата. Одно исследование показало, что уровни углекислого газа в атмосфере в течение пермского возраста колебались между 250 миллионами (что близко к современным уровням) до 2000 частей на миллион.. Исследования озерных отложений предполагают, что «теплица» или «супер-теплица» эоцен находилась в «постоянном состоянии Эль-Ниньо после потепления на 10 ° C в глубоких океанских глубинах и высоких температура поверхности на широте закрыла Тихий океан Эль-Ниньо - Южное колебание. Для палеоцен-эоценового теплового максимума была предложена теория внезапного уменьшения изотопного состава углерода в глобальном резервуаре неорганического углерода на 2,5 частей на миллион. Гипотеза, выдвинутая для этого снижения изотопов, заключалась в увеличении гидратов метана, спусковой механизм для которого остается загадкой. Это увеличение метана в атмосфере, который является мощным, но недолговечным парниковым газом, повысило глобальную температуру на 6 ° C с помощью менее мощного диоксида углерода.
В настоящее время Земля является в состоянии ледникового климата. Около 34 миллионов лет назад ледяные щиты начали формироваться в Антарктиде ; ледяные щиты в Арктике начали формироваться только 2 миллиона лет назад. Некоторые процессы, которые, возможно, привели к нашему нынешнему леднику, могут быть связаны с развитием Гималайских гор и открытием пролива Дрейка между Южной Америкой и Антарктидой, но моделирование климата предполагает, что раннее открытие пролива Дрейка сыграло лишь ограниченную роль, в то время как более позднее сужение Тетиса и Центральноамериканского морского пути более важно для объяснения наблюдаемого кайнозойского похолодания. {Zhang, Zhongshi Nisancioglu, Kerim Flatøy, F. И Бентсен, М., Бетке, И., Ван, Х.. (2009). Играло ли открытие пролива Дрейка значительную роль в кайнозойском похолодании? } 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 (см. циклы Миланковича ), но из-за продолжающихся антропогенных выбросов парниковых газов Земля движется к парниковому периоду Земли. Постоянный лед на самом деле - редкое явление в истории Земли, возникающее только по совпадению с эффектом ледника, который затронул около 20% истории Земли.
