Климатические изменения наиболее ярко выражались в периодически наступавших ледниковых периодах, которые оказывали существенное влияние на преобразование поверхности суши, находящейся под телом ледника, водные объекты и биологические объекты, оказывающиеся в зоне влияния ледника.
По последним научным данным, продолжительность ледниковых эр на Земле составляет не менее трети всего времени ее эволюции за последние 2,5 млрд. лет. А если учесть длительные начальные фазы зарождения оледенения и его постепенной деградации, то эпохи оледенения займут почти столько же времени, сколько и теплые, безледниковые, условия. Последний из ледниковых периодов начался почти миллион лет назад, в четвертичное время, и ознаменовался обширным распространением ледников - Великим оледенением Земли. Под мощными покровами льда оказались северная часть Северо-Американского континента, значительная часть Европы, а возможно, также и Сибирь. В Южном полушарии подо льдом, как и сейчас, находился весь Антарктический материк.
Основными причинами оледенений являются:
космические;
астрономические;
географические.
Космические группы причин:
изменение количества тепла на Земле в связи с прохождением Солнечной системы 1 раз/186 млн. лет через холодные зоны Галактики;
изменение количества тепла, получаемого Землей, в связи с уменьшением солнечной активности.
Астрономические группы причин:
изменение положения полюсов;
наклон земной оси к плоскости эклиптики;
изменение эксцентриситета орбиты Земли.
Геолого-географические группы причин:
изменение климата и количества углекислоты в атмосфере (увеличение углекислоты – потепление; уменьшение – похолодание);
изменение направлений океанических и воздушных течений;
интенсивный процесс горообразования.
К условиям проявления оледенения на Земле относятся:
выпадение снега в виде осадков в условиях низких температур с его накоплением как материала для наращивания ледника;
отрицательные температуры в районах, где отсутствуют оледенения;
периоды интенсивного вулканизма из-за огромного количества пепла, выбрасываемого вулканами, что приводит к резкому уменьшению поступления тепла (солнечных лучей) на земную поверхность и вызывает глобальные уменьшения температур на 1,5-2ºС.
Самое древнее оледенение – протерозой (2300-2000 млн. лет назад) на территории Южной Африки, Северной Америки, Западной Австралии. В Канаде отложилось 12 км осадочных пород, в которых выделяются три мощные толщи ледникового происхождения.
Установленные древние оледенения (рис. 23):
на границе кембрия-протерозоя (около 600 млн. лет назад);
поздний ордовик (около 400 млн. лет назад);
пермский и каменноугольный периоды (около 300 млн. лет назад).
Продолжительность ледниковых периодов десятки – сотни тысяч лет.
Рис. 23. Геохронологическая шкала геологических эпох и древних оледенений
В период максимального распространения четвертичного оледенения ледники покрывали свыше 40 млн. км 2 - около четверти всей поверхности материков. Крупнейшим в Северном полушарии был Североамериканский ледниковый щит, достигавший в толщину 3,5 км. Под ледниковым покровом толщиной до 2,5 км оказалась вся северная Европа. Достигнув наибольшего развития 250 тыс. лет назад, четвертичные ледники Северного полушария стали постепенно сокращаться.
До неогенового периода на всей Земле – ровный теплый климат – в районе островов Шпицбергена и Земли Франца-Иосифа (по палеоботаническим находкам субтропических растений) в это время были субтропики.
Причины похолодания климата:
образование горных хребтов (Кордильеры, Анды), изолировавших район Арктики от теплых течений и ветров (поднятие гор на 1 км – похолодание на 6ºС);
создание в районе Арктики холодного микроклимата;
прекращение поступления тепла в район Арктики из теплых экваториальных областей.
К концу неогенового периода Северная и Южная Америки соединились, что создало препятствия для свободного перетока океанских вод, вследствие чего:
экваториальные воды повернули течение на север;
теплые воды Гольфстрима, резко охлаждаясь в северных водах, создали паровой эффект;
резко возросло выпадение большого количества осадков в виде дождя и снега;
понижение температуры на 5-6ºС привело к оледенению огромных территорий (Северная Америка, Европа);
начался новый период оледенения продолжительностью около 300 тыс. лет (периодичность ледников-межледниковых периодов с конца неогена по антропоген (4 оледенения) - 100 тыс. лет).
Оледенение не было непрерывным на протяжении всего четвертичного периода. Существуют геологические, палеоботанические и другие доказательства того, что за это время ледники по крайней мере трижды совершенно исчезали, сменяясь эпохами межледниковья, когда климат был теплее современного. Однако на смену этим теплым эпохам приходили похолодания, и ледники распространялись вновь. В настоящее время Земля находится в конце четвертой эпохи четвертичного оледенения, и, по геологическим прогнозам, наши потомки через несколько сотен-тысяч лет вновь окажутся в условиях ледникового периода, а не потепления.
По другому пути развивалось четвертичное оледенение Антарктиды. Оно возникло за много миллионов лет до того времени, как появились ледники в Северной Америке и Европе. Помимо климатических условий этому способствовал издавна существовавший здесь высокий материк. В отличие от древних ледниковых покровов Северного полушария, которые то исчезали, то возникали вновь, Антарктический ледниковый покров мало изменялся в своих размерах. Максимальное оледенение Антарктиды было больше современного всего в полтора раза по объему и ненамного больше по площади.
Кульминация последней ледниковой эпохи на Земле была 21-17 тыс. лет назад (рис. 24), когда объем льда возрастал приблизительно до 100 млн. км 3 . В Антарктике оледенение в это время захватывало весь континентальный шельф. Объем льда в ледниковом покрове, по-видимому, достигал 40 млн. км 3 , то есть был примерно на 40% больше его современного объема. Граница паковых льдов сдвигалась к северу приблизительно на 10°. В Северном полушарии 20 тыс. лет назад сформировался гигантский Панарктический древнеледниковый покров, объединявший Евразийский, Гренландский, Лаврентийский и ряд более мелких щитов, а также обширные плавучие шельфовые ледники. Общий объем щита превышал 50 млн. км 3 , а уровень Мирового океана понижался не менее чем на 125м.
Деградация Панарктического покрова началась 17 тыс. лет назад с разрушения входивших в его состав шельфовых ледников. После этого «морские» части Евразийского и Североамериканского ледниковых покровов, потерявшие устойчивость, стали катастрофически разрушаться. Распад оледенения произошел всего за несколько тысяч лет (рис. 25).
От края ледниковых покровов в то время текли огромные массы воды, возникали гигантские подпрудные озера, а их прорывы были во много раз больше современных. В природе господствовали стихийные процессы, неизмеримо более активные, чем сейчас. Это привело к значительному обновлению природной среды, частичной смене животного и растительного мира, началу господства на Земле человека.
Последнее отступание ледников, начавшееся свыше 14 тыс. лет назад, осталось на памяти людей. По-видимому, именно процесс таяния ледников и подъема уровня воды в океане с обширным затоплением территорий описан в Библии как всемирный потоп.
12 тыс. лет назад наступил голоцен - современная геологическая эпоха. Температура воздуха в умеренных широтах повысилась на 6° по сравнению с холодным поздним плейстоценом. Оледенение приняло современные размеры.
В историческую эпоху - примерно за 3 тыс. лет - наступания ледников происходили в отдельные столетия с пониженной температурой воздуха и увеличенной увлажненностью и получили название малые ледниковые периоды. Такие же условия складывались в последние века прошлой эры и в середине прошлого тысячелетия. Около 2,5 тыс. лет назад началось значительное похолодание климата. Арктические острова покрылись ледниками, в странах Средиземноморья и Причерноморья на грани новой эры климат был более холодным и влажным, чем сейчас. В Альпах в I тысячелетии до н. э. ледники выдвинулись на более низкие уровни, загромоздили горные перевалы льдами и разрушили некоторые высоко расположенные селения. На эту эпоху приходится крупное наступание кавказских ледников.
Совсем другим был климат на рубеже I и II тысячелетий новой эры. Более теплые условия и отсутствие льдов в северных морях позволили мореплавателям Северной Европы проникнуть далеко на север. С 870 года началась колонизация Исландии, где ледников в то время было меньше, чем теперь.
В X веке норманны, ведомые Эйриком Рыжим, обнаружили южную оконечность огромного острова, берега которого заросли густой травой и высоким кустарником, они основали здесь первую европейскую колонию, а землю эту назвали Гренландией, или «зеленой землей» (что сейчас ни в коей мере не скажешь о суровых землях современной Гренландии).
К концу I тысячелетия сильно отступили и горные ледники в Альпах, на Кавказе, в Скандинавии и Исландии.
Климат начал снова серьезно меняться в XIV веке. В Гренландии стали наступать ледники, летнее оттаивание грунтов становилось все более кратковременным, и к концу века здесь прочно установилась вечная мерзлота. Возросла ледовитость северных морей, и предпринимавшиеся в последующие века попытки достигнуть Гренландии обычным путем заканчивались неудачей.
С конца XV века началось наступание ледников во многих горных странах и полярных районах. После сравнительно теплого XVI века наступили суровые столетия, получившие название малого ледникового периода. На юге Европы часто повторялись суровые и продолжительные зимы, в 1621 и 1669 годах замерзал пролив Босфор, а в 1709 году по берегам замерзало Адриатическое море.
Во второй половине XIX века завершился малый ледниковый период и началась сравнительно теплая эпоха, продолжающаяся и поныне.
Рис. 24. Границы последнего оледенения
 |
Рис. 25. Схема образования и таяния ледника (по профилю Северный Ледовитый океан – Кольский полуостров – Русская платформа)
Ученые отмечают, что ледниковый период - это часть ледовой эры, когда земные покровы скрывает лед на долгие миллионы лет. Но многие называют ледниковым периодом отрезок истории Земли, который завершился порядка двенадцати тысяч лет назад.
Стоит отметить, что история ледникового периода имела огромное количество неповторимых особенностей, которые не дошли до нашего времени. Например, уникальные животные, которые смогли приспособиться к существованию в этом непростом климате - мамонты, носороги, саблезубые тигры, пещерные медведи и другие. Они были покрыты густым мехом и довольно крупных размеров. Травоядные животные приспосабливались добывать пищу из под заледенелой поверхности. Возьмем носорогов, они разгребали рогом лед и питались растениями. Как не странно, растительность была разнообразной. Конечно, многие виды растений исчезли, но травоядные животные свободно получали доступ к пище.
Несмотря на то, что древние люди были некрупных размеров и не обладали покровом шерсти, они тоже смогли выжить во времена ледникового периода. Жизнь их была невероятно опасной и трудной. Они строили себе маленькие жилища и утепляли их шкурами убитых животных, а мясо употребляли в пищу. Люди придумывали различные ловушки, чтобы заманить туда крупных животных.
Рис. 1 - Ледниковый период
Впервые об истории ледникового периода заговорили в восемнадцатом веке. Тогда начала закладываться геология, как научная отрасль, и ученые принялись выяснять какое происхождение имеют валуны в Швейцарии. Большинство исследователей сошлись в единой точке зрения, что они имеют ледниковое начало. В девятнадцатом веке было выдвинуто предположение, что климат планеты был подвержен резким похолоданиям. А чуть позднее был оглашен и сам термин "ледниковый период" . Ввел его Луи Агассис, чьи идеи сначала не признавались широкой общественностью, но затем было доказано, что многие его труды действительно имеют под собой основания.
Помимо того, что геологи смогли установить тот факт, что ледниковый период имел место быть, они ещё и попытались выяснить по какой причине он возник на планете. Самое распространенное мнение гласит о том, что движение литосферных плит может блокировать теплые течения в океане. Это постепенно вызывает образование массива льда. Если масштабные ледниковые покровы уже образовались на поверхности Земли, то они будут вызывать резкое похолодание, отражая солнечный свет, а значит и тепло. Ещё одной причиной образования ледников, могло стать изменение уровня парниковых эффектов. Наличие больших арктических массивов и быстрое распространение растений, устраняет парниковый эффект за счет замены углекислого газа на кислород. Какой бы не была причина образования ледников - это очень долгий процесс, который может усиливать и влияние солнечной активности на Землю. Изменения орбиты нашей планеты вокруг Солнца делают ее крайне восприимчивой. Также влияние оказывает удаленность планеты от "главной" звезды. Ученые предполагают, что даже во времена самых масштабных ледниковых периодов, Земля была покрыта льдом лишь на одну треть от всей площади. Есть предположения, что имели место быть и ледниковые периоды, когда вся поверхность нашей планеты покрывалась льдом. Но этот факт пока остается спорным в мире геологических исследований.
На сегодняшний день, самый значительный ледниковый массив - Антарктический. Мощность льда местами достигает более чем четырех километров. Ледники движутся в среднем со скоростью пятьсот метров в год. Еще один впечатляющий ледяной покров находится в Гренландии. Примерно семьдесят процентов этого острова занимают ледники, а это одна десятая льда всей нашей планеты. На данный момент времени, ученые считают, что ледниковый период не сможет начаться еще как минимум тысячу лет. Все дело в том, что в современном мире идет колоссальный выброс углекислого газа в атмосферу. А как мы выяснили ранее, образование ледников возможно только при низком уровне его содержания. Однако это ставит перед человечеством другую проблему - глобальное потепление, которая может быть не менее масштабной, чем начало ледниковой эпохи.
Периоды геологической истории Земли - это эпохи, последовательная смена которых сформировала ее как планету. В это время образовывались и разрушались горы, появлялись и осушались моря, сменяли друг друга ледниковые периоды, происходила эволюция животного мира. Изучение геологической истории Земли проводится по срезам горных пород, которые сохранили минеральный состав периода, сформировавшего их.
Кайнозойский период
Текущий период геологической истории Земли - это кайнозой. Он начался шестьдесят шесть миллионов лет назад и продолжает длиться. Условная граница была проведена геологами в конце мелового периода, когда наблюдалось массовое вымирание видов.
Термин был предложен английским геологом Филлипсом еще в середине девятнадцатого века. Дословный перевод его звучит, как «новая жизнь». Эра делится на три периода, каждый из которых, в свою очередь, подразделяется на эпохи.
Геологические периоды
Любая геологическая эра делится на периоды. В кайнозойской эре выделяют три периода:
Палеоген;
Четвертичный период кайнозойской эры, или антропоген.
В более ранней терминологии первые два периода объединялись под названием «третичный период».
На суше, которая еще не успела окончательно разделиться на отдельные материки, царствовали млекопитающие. Появились грызуны и насекомоядные, ранние приматы. В морях рептилий заменили хищные рыбы и акулы, появились новые виды моллюсков и водорослей. Тридцать восемь миллионов лет назад разнообразие видов на Земле поражало воображение, эволюционный процесс затронул представителей всех царств.
Всего пять миллионов лет назад по суше стали ступать первые человекообразные обезьяны. Еще три миллиона лет спустя на территории, относящейся к современной Африке, человек прямоходящий стал собираться в племена, собирать коренья и грибы. Десять тысяч лет назад появился современный человек, который начал перекраивать Землю под свои нужды.
Палеография
Палеоген продолжался сорок три миллиона лет. Материки в их современном виде еще были частью Гондваны, которая начинала раскалываться на отдельные фрагменты. Первой в свободное плаванье ушла Южная Америка, ставшая резервуаром для уникальных растений и животных. В эоценовой эпохе материки постепенно занимают свое теперешнее положение. Антарктида отделяется от Южной Америки, а Индия перемещается ближе к Азии. Между Северной Америкой и Евразией появился массив воды.
В олигоценовую эпоху климат становится прохладным, Индия окончательно закрепляется ниже экватора, а Австралия дрейфует между Азией и Антарктидой, отдаляясь от обеих. Из-за изменения температуры на Южном полюсе образуются ледниковые шапки, что приводит к снижению уровня моря.
В неогеновый период материки начинают сталкиваться друг с другом. Африка «таранит» Европу, в результате чего появляются Альпы, Индия и Азия формирует Гималайские горы. Таким же способом появляются Анды и скалистые горы. В плиоценовую эпоху мир становится еще холоднее, леса вымирают, уступая место степям.
Два миллиона лет назад наступает период оледенения, уровень моря колеблется, белые шапки на полюсах то нарастаю, то вновь растаивают. Животный и растительный мир подвергается испытаниям. На сегодняшний день человечество переживает один из этапов потепления, но в глобальном масштабе ледниковый период продолжается длиться.
Жизнь в кайнозое
Периоды кайнозоя охватывают сравнительно небольшой промежуток времени. Если поместить всю геологическую историю земли на циферблат, то для кайнозоя будет отведено две последние минуты.
Вымирание, которое ознаменовало конец мелового периода и начало новой эры, стерло с лица Земли всех животных, которые были крупнее крокодила. Те, кому удалось выжить, смогли приспособиться в новых условиях или эволюционировали. Дрейф континентов продолжился вплоть до появления людей, и на тех из них, которые были изолированы, смог сохраниться уникальный животный и растительный мир.
Кайнозойская эра отличалась большим видовым разнообразием флоры и фауны. Его называют временем млекопитающих и покрытосеменных. Кроме того, эту эру можно назвать эпохой степей, саванн, насекомых и цветковых растений. Венцом эволюционного процесса на Земле можно считать появление человека разумного.
Четвертичный период
Современное человечество живет в четвертичную эпоху кайнозойской эры. Она началась два с половиной миллиона лет назад, когда в Африке человекообразные приматы стали сбиваться в племена и добывать себя пищу путем собирательства ягод и выкапывания кореньев.
Четвертичный период ознаменовался образованием гор и морей, движением материков. Земля приобрела тот вид, который она имеет теперь. Для исследователей-геологов этот период - просто камень преткновения, так как продолжительность его настолько мала, что методы радиоизотопного сканирования горных пород просто недостаточно чувствительны и выдают большие погрешности.
Характеристика четвертичного периода складывается из материалов, полученных при помощи радиоуглеродного анализа. Этот метод основан на измерении количества быстрораспадающихся изотопов в почве и скальных породах, а также костях и тканях вымерших животных. Весь отрезок времени можно поделить на две эпохи: плейстоцен и голоцен. Человечество сейчас пребывает во второй эпохе. Пока нет точных подсчетов, когда она закончится, но ученые продолжают строить гипотезы.
Плейстоценовая эпоха
Четвертичный период открывает плейстоцен. Он начался два с половиной миллиона лет назад, а закончился всего двенадцать тысяч лет назад. Это было время оледенения. Длительные ледниковые периоды перемежались короткими потеплениями.
Сто тысяч лет назад в области современной Северной Европы появилась толстая ледяная шапка, которая стала расползаться в разные стороны, поглощая все новые и новые территории. Животные и растения вынуждены были либо приспособиться к новым условиям, либо умереть. Вымерзшая пустыня раскинулась от Азии до Северной Америки. В некоторых места толщина льда достигала двух километров.
Начало четвертичного периода оказалось слишком суровым для существ, населявших землю. Они привыкли к теплому, умеренному климату. Кроме того, на животных начали охотиться древние люди, которые уже изобрели каменный топор и другие ручные орудия. С лица Земли исчезают целые виды млекопитающих, птиц и представителей морской фауны. Не выдержал суровых условий и неандерталец. Кроманьонцы были более выносливыми, удачливыми в охоте, и именно их генетический материал должен был выжить.
Голоценовая эпоха
Вторая половина Четвертичного периода началась двенадцать тысяч лет назад и продолжается до сих пор. Он отличается относительным потеплением и стабилизацией климата. Начало эпохи ознаменовалось массовым вымиранием животных, а продолжилась она развитием человеческой цивилизации, ее техническим расцветом.
Изменения животного и растительного состава на протяжении эпохи были незначительные. Окончательно вымерли мамонты, перестали существовать некоторые виды птиц и морских млекопитающих. Около семидесяти лет назад общая температура на земле повысилась. Ученые связывают это с тем, что промышленная деятельность человека вызывает глобальное потепление. В связи с этим растаяли ледники в Северной Америке и Евразии, распадается ледяной покров Арктики.
Ледниковый период
Ледниковым периодом называется этап геологической истории планеты, занимающий несколько миллионов лет, во время которого наблюдается снижение температуры и увеличение количества материковых ледников. Как правило, оледенения чередуются с потеплениями. Сейчас Земля находится в периоде относительного повышения температуры, но это не значит, что через половину тысячелетия ситуация не может кардинально измениться.
В конце девятнадцатого века геолог Кропоткин с экспедицией посетил Ленские золотые прииски и обнаружил там признаки древнего оледенения. Его настолько заинтересовали находки, что он занялся крупномасштабной международной работой в этом направлении. В первую очередь он посетил Финляндию и Швецию, так как предположил, что именно оттуда распространились ледяные шапки на Восточную Европу и Азию. Отчеты Кропоткина и его гипотезы относительно современного ледникового периода легли в основу современных представлений об этом периоде времени.
История Земли
Ледниковый период, в котором сейчас находится Земля, - далеко не первый в нашей истории. Похолодание климата бывало и ранее. Оно сопровождалось значительными изменениями в рельефе материков и их движении, а также влияло на видовой состав флоры и фауны. Между оледенениями могли быть промежутки в сотни тысяч и миллионы лет. Каждый ледниковый период делится на ледниковые эпохи или гляциалы, которые в процессе периода чередуются с межледниковьями - интергляциалами.
В истории Земли выделяют четыре ледниковые эры:
Раннепротерозойская.
Позднепротерозойская.
Палеозойская.
Кайнозойская.
Каждая из них длилась от 400 миллионов до 2 миллиардов лет. Это наводит на мысль о том, что наш ледниковый период еще не добрался даже до своего экватора.
Кайнозойская ледниковая эра
Животные четвертичного периода были вынуждены отращивать дополнительный мех или искать укрытие ото льда и снега. Климат на планете снова поменялся.
Первая эпоха четвертичного периода характеризовалась похолоданием, а во вторую наступило относительное потепление, но даже сейчас в самых крайних широтах и на полюсах ледяной покров сохраняется. Он охватывает территорию Арктики, Антарктики и Гренландии. Толщина льда варьируется от двух тысяч метров до пяти тысяч.
Наиболее сильным во всей кайнозойской эре считается плейстоценовый ледниковый период, когда температура снизилась настолько, что замерзли три имеющихся на планете океана из пяти.
Хронология кайнозойских оледенений
Оледенение четвертичного периода началось недавно, если рассматривать это явление относительно истории Земли в целом. В нем можно выделить отдельные эпохи, во время которых температура опускалась особенно низко.
- Конец эоцена (38 миллионов лет назад) - оледенение Антарктиды.
- Весь олигоцен.
- Средний миоцен.
- Середина плиоцена.
- Гляциал Гильберт, замерзание морей.
- Континентальный плейстоцен.
- Поздний верхний плейстоцен (около десяти тысяч лет назад).
Это был последний крупный период, когда из-за похолодания климата животным и человеку пришлось приспосабливаться к новым условиям, чтобы выжить.
Палеозойская ледниковая эра
В палеозойскую эру Земля промерзла настолько, что ледяные шапки достигли Африки и Южной Америки на юге, а также покрывали всю Северную Америку и Европу. Два ледника практически сошлись по линии экватора. Пиком считается момент, когда над территорией северной и западной Африки возвышался трехкилометровый слой льда.
Ученые обнаружили остатки и последствия ледниковых отложений при исследованиях в Бразилии, Африке (в Нигерии) и устье реки Амазонка. Благодаря радиоизотопному анализу было выяснено, что возраст и химический состав этих находок одинаковый. А значит, можно утверждать, что слои породы образовались в результате одного глобального процесса, затронувшего сразу несколько материков.
Планета Земля по космическим меркам еще очень молода. Она только начинает свой путь во Вселенной. Неизвестно, с нами он будет продолжаться или человечество просто станет незначительным эпизодом в сменяющих друг друга геологических эпохах. Если взглянуть на календарь, то мы провели на этой планете ничтожно малое количество времени, а уничтожить нас при помощи очередного похолодания достаточно просто. Людям нужно об этом помнить и не преувеличивать свою роль в биологической системе Земли.
За последний миллион лет ледниковый период на Земле наступал примерно каждые 100000 лет. Этот цикл существует на самом деле, и разные группы ученых в разное время пытались найти причину его существования. Правда, превалирующей точки зрения по этому вопросу пока нет.
Более миллиона лет назад цикл был другим. Ледниковый период сменялся потеплением климата примерно раз в 40 тыс. лет. Но затем периодичность наступления ледников сменилась с 40 тыс. лет до 100 тыс. Почему так случилось?
Эксперты из Кардиффского университета предложили собственное объяснение этому изменению. Результаты работы ученых были опубликованы в авторитетном издании Geology. По мнению специалистов, основная причина смены периодичности наступления ледниковых периодов - это океаны, вернее, их способность поглощать углекислый газ из атмосферы.
Изучая отложения, составляющие дно океанов, команда обнаружила, что концентрация СО 2 изменяется от слоя к слою отложений как раз с периодом в 100 тыс. лет. Вполне вероятно, говорят ученые, что излишки углекислого газа были извлечены из атмосферы поверхностью океана с дальнейшим связыванием этого газа. В результате среднегодовая температура постепенно понижается, и наступает очередной ледниковый период. И так получилось, что продолжительность ледникового периода более миллиона лет назад увеличилась, а цикл «тепло-холод» стал более длительным.
«Вероятно, океаны поглощают и выделяют углекислый газ, и когда льдов становится больше, океаны поглощают больше углекислого газа из атмосферы, делая планету холоднее. Когда льдов мало, океаны выделяют углекислый газ, так что климат становится теплее», - говорит профессор Кэрри Лиар (Carrie Lear). «Изучая концентрацию углекислого газа в останках крошечных существ (здесь имеются в виду осадочные породы, - прим.ред.), мы узнали о том, что в периоды, когда площадь ледников увеличивалась, океаны поглощали больше углекислого газа, так что можно предположить, что в атмосфере его становится меньше».
Морские водоросли, как утверждают специалисты, играли основную роль в поглощении CO 2 , поскольку углекислый газ является важнейшим компонентом процесса фотосинтеза.
Углекислый газ попадает из океана в атмосферу в результате апвеллинга. Апвеллинг (англ. upwelling) или подъём - это процесс, при котором глубинные воды океана поднимаются к поверхности. Наиболее часто наблюдается у западных границ материков, где перемещает более холодные, богатые биогенами воды с глубин океана к поверхности, замещая более тёплые, бедные биогенами поверхностные воды. Также может встречаться практически в любом районе мирового океана.
Слой льда на поверхности воды предотвращает попадание углекислого газа в атмосферу, так что, если замерзает значительная часть океана, это продлевает продолжительность ледникового периода. «Если мы считаем, что океаны выделяют и поглощают углекислый газ, то мы должны понимать, что большое количество льда предотвращают этот процесс. Это как крышка на поверхности океана», - говорит профессор Лиар.
При увеличении площади ледников на поверхности льда не только снижается концентрация «согревающего» CO 2 , но и увеличивается альбедо тех регионов, которые покрыты льдом. В результате планета получает меньше энергии, а значит, еще быстрее охлаждается.
Сейчас на Земле межледниковый, тёплый период. Последний ледниковый период закончился около 11000 лет назад. С тех пор среднегодовая температура и уровень моря постоянно повышаются, а количество льда на поверхности воды океанов снижается. В результате, как считают ученые, в атмосферу поступает большое количество CO 2 . Плюс ко всему, углекислый газ производит и человек, причем в огромных количествах.
Все это привело к тому, что в сентябре концентрация углекислого газа в атмосфере Земли повысилась до 400 частей на миллион. Этот показатель увеличился с 280 до 400 частей на миллион всего за 200 лет развития промышленности. Скорее всего, СО 2 в атмосфере в обозримом будущем не станет меньше. Все это должно повлечь за собой увеличение среднегодовой температуры на Земле примерено на +5°C в ближайшую тысячу лет.
Специалисты кафедры изучения климата в Потсдамской обсерватории недавно построили модель земного климата с учетом глобального цикла углерода. Как показала модель, даже при минимальных показателях выброса углекислого газа в атмосферу ледниковый щит Северного полушария не сможет увеличиваться. Это означает, что наступление следующего ледникового периода может сдвинуться вперед минимум на 50-100 тысяч лет. Так что впереди нас ждет очередное изменение цикла «ледники-потепление», на этот раз за это отвечает человек.
В течение палеогена в северном полушарии был теплый и влажный климат, но в неогене (25 – 3 млн. лет назад) он стал значительно холоднее и суше. Изменения окружающей среды, связанные с похолоданием и появлением оледенений, являются особенностью четвертичного периода. Его за это иногда называют ледниковым периодом.
Ледниковые периоды случались в истории Земли неоднократно. Следы материковых оледенений обнаружены в слоях карбона и перми (300 – 250 млн. лет), венда (680 – 650 млн. лет), рифея (850 – 800 млн. лет). Самые древние ледниковые отложения, обнаруженные на Земле, имеют возраст более 2 млрд. лет.
Не найден какой-то единственный планетарный или космический фактор, вызывающий оледенение. Оледенения – результат сочетания нескольких событий, одни из которых играют основную роль, а другие – роль “спускового” механизма. Замечено, что все великие оледенения нашей планеты совпадали с крупнейшими горообразовательными эпохами, когда рельеф земной поверхности был наиболее контрастным. Площадь морей уменьшилась. В этих условиях колебания климата стали более резкими. Горы высотой до 2000 м, возникшие в Антарктиде, т.е. непосредственно на Южном полюсе Земли, стали первым очагом образования покровных ледников. Оледенение Антарктиды началось более 30 млн. лет назад. Возникновение там ледника сильно увеличило отражательную способность, что в свою очередь привело к понижению температуры. Постепенно ледник Антарктиды рос как по площади, так и в толщину, и его влияние на тепловой режим Земли все увеличивалось. Температура льда медленно снижалась. Антарктический материк стал огромнейшим аккумулятором холода на планете. В изменение климата Северного полушария большой вклад внесло формирование огромных плато в Тибете и в западной части Северо-Американского континента.
Становилось все холоднее и холоднее и примерно 3 млн. лет назад климат Земли в целом стал настолько холодным, что периодически стали наступать ледниковые эпохи, во время которых ледниковые покровы захватывали большую часть северного полушария. Горообразовательные процессы являются необходимым, но еще недостаточным условием возникновения оледенения. Средние высоты гор сейчас не ниже, а может быть, даже выше тех, какие были во время оледенения. Однако сейчас площадь ледников относительно невелика. Необходима какая-то дополнительная причина непосредственно вызывающая похолодание.
Следует подчеркнуть, что для возникновения крупного оледенения планеты не требуется сколько-нибудь значительного понижения температуры. Расчеты показывают, что общее среднегодовое понижение температуры на Земле на 2 – 4?С вызовет спонтанное развитие ледников, которые в свою очередь понизят температуру на Земле. В результате ледниковый панцирь покроет значительную часть площади Земли.
Огромную роль в регуляции температуры приповерхностных слоев воздуха играет углекислый газ. Углекислота свободно пропускает солнечные лучи к земной поверхности, но поглощает большую часть теплового излучения планеты. Она является колоссальным экраном, препятствующим охлаждению нашей планеты. Сейчас содержание в атмосфере углекислого газа не превышает 0,03%. Если эта цифра уменьшится вдвое, то среднегодовые температуры в средних широтах снизятся на 4–5?С, что может привести к началу ледникового периода. По некоторым данным концентрация СО2 в атмосфере была в ледниковые периоды примерно на треть меньше чем в межледниковья и морская вода содержала диоксида углерода в 60 раз больше чем атмосфера.
Уменьшение содержания СО2 в атмосфере может объясняться действием следующих механизмов. Если скорость спрединга (раздвижки) и соответственно субдукции значительно уменьшалась в какие-то периоды, то это должно было приводить к поступлению меньшего количества диоксида углерода в атмосферу. В действительности глобальные средние скорости спрединга обнаруживают за последние 40 млн. лет незначительные изменения. Если скорость возмещения СО2 была практически неизменной, то скорость его удаления из атмосферы за счет химического выветривания горных пород значительно возросла с появлением гигантских плато. В Тибете и Америке диоксид углерода соединяется с дождевой водой и грунтовыми водами, образуя углекислоту, которая вступает в реакцию с силикатными минералами горных пород. Образующиеся при этом бикарбонатные ионы переносятся в океаны, где они потребляются такими организмами, как планктон и кораллы, а затем откладываются на дне океана. Конечно эти осадки попадут в зону субдукции, расплавятся, и СО2 опять попадет в атмосферу в результате вулканической деятельности, но этот процесс требует длительного времени, от десятков до сотен миллионов лет.
Может показаться, что в результате вулканической деятельности будет повышаться содержание СО2 в атмосфере и следовательно будет теплее, но это не совсем так.
Изучение современной и древней вулканической деятельности позволило вулканологу И. В. Мелекесцеву связать похолодание и вызывающее его оледенение с увеличением интенсивности вулканизма. Хорошо известно, что вулканизм заметно влияет на земную атмосферу, изменяя ее газовый состав, температуру, а также загрязняя ее мелкораздробленным материалом вулканического пепла. Огромные массы пепла, измеряемые миллиардами тонн, выбрасываются вулканами в верхние слои атмосферы, а затем разносятся струйными течениями по всему земному шару. Через несколько суток после извержения в 1956 г. вулкана Безымянного его пепел был обнаружен в верхних слоях тропосферы над Лондоном, Пепловый материал, выброшенный во время извержения в 1963 г. вулкана Агупг на острове Бали (Индонезия), был найден на высоте около 20 км над Северной Америкой и Австралией. Загрязнение атмосферы вулканическим пеплом вызывает значительное уменьшение ее прозрачности и, следовательно, ослабление солнечной радиации на 10- 20% против нормы. Кроме того, частицы пепла служат ядрами конденсации, способствуя большому развитию облачности. Повышение облачности в свою очередь заметно уменьшает" количество солнечной радиации. По расчетам Брукса, увеличение облачности с 50 (характерно для настоящего времени) до 60% привело бы к понижению среднегодовой температуры на земном шаре на 2° С.
