развитие климата в истории земли

ИСТОРИЯ КЛИМАТА

Говоря о климате всей Земли, оперируют средней температурой на ее поверхности. В отдельных регионах температура может меняться очень значительно. Но когда в одних регионах температура понижается, она повышается в других. Поэтому средняя температура на поверхности Земли при этом меняется незначительно или вовсе не меняется. Если нас интересуют не региональные проблемы изменения климата, а глобальное его изменение, то надо рассматривать среднюю температуру. Она определяется соотношением двух энергий — той, которую Земля получает от Солнца, и той, которую она отдает обратно в космос. Разницу она оставляет себе. Ею и определяется средняя температура на поверхности Земли. Сразу скажем, что эта разница за всю историю Земли изменялась очень незначительно. Другими словами, средняя температура у поверхности Земли за всю ее историю менялась мало. Эти изменения происходили в пределах от 5 до 40 °C. Откуда мы это знаем?

Сделать такой вывод нам позволяет анализ таких фактов. Во-первых, океан на Земле с момента своего возникновения до сих пор существовал всегда — он никогда не вымерзал и никогда не испарялся. Значит, температура не понижалась до 0 °C и не повышалась до +100 °C. Анализ останков растений и животных в древних породах свидетельствует о том, что жизнь никогда не прекращалась, она развивалась в благоприятных условиях— происходило ее непрерывное поступательное развитие. Если бы температура на Земле (средняя) достигала +50 °C, то это было бы невозможным— произошла бы пастеризация, в результате чего большая часть организмов была бы уничтожена в условиях высокой температуры. Но этого не произошло. Следовательно, таких высоких средних температур (+50 °C) на Земле не было. Среднюю температуру Земли сверху ограничим величиной в +40 °C. Нижняя температура, как мы видели, не могла опускаться до 0 °C. Более того, она не могла быть ниже +5 °C. Если бы это случилось, то на больших пространствах быстро распространились бы ледники, которые сами создают благоприятные условия для своего развития. Это своего рода цепная реакция, в результате чего происходят необратимые изменения. Вот поэтому можно уверенно утверждать, что средняя температура у поверхности Земли за всю ее историю не выходила за пределы от 5 °C до 40 °C. С точки зрения сохранения и развития жизни вообще такие изменения средней температуры вполне допустимые. Можно сказать, что это очень узкий диапазон колебаний температуры, который сохранялся в течение всей истории Земли.

Но если говорить не просто о развитии жизни, а о биосфере, ее характеристиках, то она кардинально менялась, если средняя температура на поверхности Земли менялась на 5—10 °C. В истории Земли эпохи оледенения («зимы нашей планеты»), которые длились десятки и сотни миллионов лет, сменялись еще более длительными теплыми эпохами.

Каким был климат на Земле в самый давний — архейский период? Анализ отложений этого периода свидетельствует об обилии воды в это время. Атмосфера была агрессивно-восстановительной. Вода морей характеризовалась высокой кислотностью. Это был самый теплый период на Земле. Атмосферный газ содержал большое количество углекислого газа, а также других примесей, которые создавали парниковый эффект. Образовывалась мощная облачность, поскольку при высокой температуре воды океана интенсивно испарялись. Облака закрывали свет, и на поверхности Земли под облаками царил полумрак. К этому добавим, что почти непрерывно гремели грозы и шли обильные кислые дожди и ливни. В определенной мере это та перспектива, которая ожидает нас, если выбросами в атмосферу человечество раскачает ее тепловой баланс и начнется реальный процесс потепления на Земле. Если к этому добавится проникновение губительного ультрафиолета к поверхности Земли (поскольку озонный слой будет разрушен), то трагизм происходящего достигнет своего апогея: не только произойдет необратимое изменение климата, но и перестанет существовать биосфера как таковая. Но вернемся к описанию изменения климата в прошлом. Собственно, мы и делаем экскурс в историю климата с целью найти ответ на вопрос — что нас ждет в результате изменения состава атмосферы, а значит, и энергетического соотношения, что неизбежно должно привести к изменению средней поверхностной температуры Земли.

Что же касается фанерозойского эона, то он начался с теплого кембрийского периода, за которым последовал ордовикский период. В конце этого периода вновь началось оледенение, о чем свидетельствуют обширные отложения тиллитов с гигантскими валунами, которые были обнаружены относительно недавно. Следы ордовикского оледенения обнаружили в 1960-е гг. французские геологи-нефтяники в Западной Африке и в Сахаре. Любопытно, что именно в Сахаре, самой большой пустыне мира, были обнаружены доказательства былого оледенения. Ордовикское оледенение закончилось в селуре. После него наступил длительный теплый период, который длился до каменноугольного периода. В начале этого нового периода начинается новое похолодание. Оно достигло своего апогея примерно 280 млн. лет тому назад. В то время возникли огромные ледниковые покровы и шельфовые ледники над мелкими морями. Плавучие льды покрывали моря, а также пространства вокруг полюсов. Айсберги бороздили воды океанов. Вечная мерзлота широко распространилась на больших пространствах в обоих полушариях. Об этом оледенении свидетельствуют отложения тилли-тов. Они обнаружены на огромных пространствах Южной Америки, Южной Африки, Индии, Австралии и Антарктиды. Обнаружены они и в Сибири. Мощность пластов тиллитов достигает сотен метров.

После этого оледенения в конце пермского периода началась теплая эпоха, которая продолжалась до середины кайнозойской эры, а затем вновь наступил период оледенения.

Продолжительность ледниковых эпох определяется достаточно точно с помощью радиоизотопных методов. Эти методы позволяют определять возраст пород, которые затем были покрыты слоем тиллитов. Эти измерения позволили установить, что самая древняя ледниковая эпоха — гуронская. Она началась 2,34 млрд. лет тому назад и закончилась 1,95 млрд. лет назад. Следующая, гнейсесская, эпоха оледенения имела место 950—900 млн. лет назад. Стертская эпоха оледенения продолжалась от 810 до 715 млн. лет назад. Последняя эпоха оледенения— варангская— длилась от 680 до 570 млн. лет назад. Это речь шла о первом зоне — докембрийском.

Во втором зоне— фанерозойском— первая эпоха оледенения продолжалась от 460 до 410 млн. лет назад. Ее называют ордовикской. После теплого перерыва последовало новое гондванское оледенение, эпоха которого длилась от 340 до 240 млн. лет назад.

Любопытна регулярность эпох оледенения и их большая продолжительность. Ясно, что они не являются случайными эпизодами на Земле. Учеными была высказана мысль, что эпохи оледенения повторяются на Земле с периодом в 150 млн. лет. Они считают, что часть эпох оледенения пока что не обнаружена, поэтому эта периодичность и не подтверждается. Вопрос этот важен, поскольку надо понять причину чередующихся эпох оледенения. На рис. 22 показана схема чередования эпох оледенения, которое происходило в продолжение последнего миллиарда лет. Заштрихованы периоды (эпохи) оледенения. Весьма любопытно, что эпохи оледенения не только чередуются с теплыми эпохами, но за последние 2,5 млрд. лет занимают примерно столько времени, сколько и теплые эпохи. Это в том случае, если в это время включить продолжительность развития и завершения оледенения.

В эпохи оледенения ледниковый покров вначале наступал, затем отступал. Ледники то стягивались к полюсам, то широко распространялись по пространству суши и прибрежных морей. В пределах одной ледниковой эпохи этот колебательный процесс стягивания— расширения ледникового покрова повторялся неоднократно. Поэтому сама эпоха оледенения не однородна во времени.

Следует отметить, что с течением времени в пределах одной эпохи оледенения центры оледенения постепенно смещались. Отнюдь не всегда такими центрами были полюса. По мере вымерзания воды в периоды разрастания ледниковых покровов уровень воды в океанах, естественно, уменьшался. Это падение уровня океанов достигало десятков метров. Когда льды таяли, воды в океанах прибавлялось. Ясно, что от уровня воды в Мировом океане зависят очертания и размеры суши — ее то заливает водой, то с нее вода стекает в океан. Размеры суши менялись. Растения и животные полностью зависели от этого процесса. По мере наступления эпохи оледенения теплолюбивые растения и животные сменялись холод-нолюбивыми. Потом все возвращалось на круги своя. И так периодически, а точнее циклически все повторялось много раз.

Источник

Построена эталонная кривая климата от начала кайнозоя до наших дней

Рис. 1. График средней глобальной температуры за последние 66 млн лет, построенный в рамках проекта CENOGRID. Черная кривая, которая начинается в конце мелового периода (66 млн лет назад) и продолжается до наших дней, построена на основе анализа изотопных отношений кислорода в раковинах бентосных фораминифер. Отдельно показаны более детальные графики температуры за последние 25 тыс. лет (зеленая кривая, построенная на основе изотопных отношений кислорода в ледяных кернах) и за последние 150 лет (по данным прямых наблюдений из базы HadCRUT). Справа приведены прогнозные кривые на ближайшие 300 лет для трех сценариев МГЭИК. За ноль принято среднее значение периода 1961–1990 гг. Обратите внимание, что на горизонтальной оси находятся три шкалы. Рисунок из популярного синопсиса к обсуждаемой статье в Science

Ученые из шести стран объявили о завершении проекта CENOGRID по созданию новой эталонной кривой климата за последние 66 миллионов лет — с начала кайнозоя и до наших дней. Впервые построен детальный и непрерывный график изменения средних глобальных температур для этого промежутка времени. Данные базируются на измерениях вариаций изотопов кислорода и углерода в глубоководных бентосных фораминиферах и сопоставлении их с астрономическими циклами.

Мельчайшие окаменелости бентосных фораминифер — одноклеточных организмов, обитающих на морском дне, — встречаются в отложениях всего фанерозойского эона, то есть с конца эдиакария (примерно 541 млн лет назад) до наших дней. Для ученых это чрезвычайно удобный инструмент восстановления палеоклиматических условий, так как по соотношениям изотопов кислорода углерода в известковых раковинах можно определить не только главные климатические параметры, к которым в первую очередь относятся глобальная температура и содержание в атмосфере углекислого газа, но и состав морской воды, указывающий на распространенность ледников в тот или иной геологический период. К тому же практически повсеместная распространенность фораминифер в глубоководных отложениях позволяет получать непрерывные по времени климатические кривые — графики, отражающие изменениеклимата с течением времени.

Изучение бентосных фораминифер в отложениях кайнозоя продолжается уже более 50 лет в рамках Международной программы исследовательского бурения в океане (International Ocean Discovery Program, IODP — с 2013 года по настоящее время) и предшествующих ей программ: Integrated Ocean Drilling Program (2003–2013 годы), Ocean Drilling Program (1985–2003 годы) и Deep Sea Drilling Project (1968–1983 годы).

Первая климатическая кривая на основе анализа изотопных отношений в раковинах бентосных фораминифер была построена в 1975 году. Данных на тот момент было еще очень мало, но уже тогда стало ясно, что 60–40 млн лет назад в истории Земли был самый теплый период, а 10–5 млн лет назад — самый холодный.

В 2001 году была составлена эталонная кривая для периода, охватывающего последние 34 миллиона лет, — для более древних периодов данных тогда было недостаточно. Теперь же ученые сообщили о том, что им удалось построить непрерывный график климатических изменений для всего кайнозоя. Результаты опубликованы в журнале Science.

Проект, в рамках которого велась работа, получил название CENOGRID (CENOzoic Global Reference benthic foraminifera carbon and oxygen Isotope Dataset). Построенная климатическая кривая не только самая полная, охватывающая без перерывов все 66 млн лет с конца мелового периода до наших дней, но и значительно более детальная, чем предыдущие версии климатических кривых: для интервала от 0 до 34 млн лет назад в ней учитывался один образец на каждые 2 тысячи лет, а для интервала 34–67 млн лет назад — один образец на каждые 4,4 тысячи лет.

Чтобы свести к минимуму межвидовые вариации изотопных отношений, исследователи старались по возможности анализировать раковины фораминифер только двух родов — Cibicidoides и Nuttallides. Новшеством также было то, что все результаты были сопоставлены с астрохронологическими параметрами — вариациями орбиты Земли, известными как циклы Миланковича.

Причем оказалось, что циклические изменения орбитальных параметров, которые раньше считали главными драйверами климатических изменений, коррелируют с мелкомасштабными колебаниями внутри крупных климатических периодов, а долгосрочные состояния, выделенные исследователями, связаны с другими факторами — объемами ледниковых щитов и содержанием углекислого газа в атмосфере.

Результаты обработки данных показали, что глобальный климат в течение кайнозоя резко менялся несколько раз (рис. 1). В начале эпохи он был сравнительно теплым (warmhouse), на рубеже палеоцена и эоцена стал совсем жарким (hothouse), в конце эоцена — опять теплым, в олигоцене и миоцене — холодным (coolhouse), и, наконец, в плиоцене и плейстоцене — ледниковым (icehouse). Сейчас мы живем в умеренно теплую фазу этого ледникового мегапериода, называемую голоценом.

Для определения этих состояний авторы приняли следующие границы колебания средних глобальных температур: теплое — на 5–10 градусов выше; жаркое — более, чем на 10 градусов выше; холодное — на 0–5 градусов выше; ледниковое — ниже 0. В качестве условного нуля во всех климатических построениях принимается средняя температура за период 1961–1990 годов.

Самый жаркий климат имел место на Земле 55,6–55,5 млн лет назад во время так называемого палеоцен-эоценового термического максимума (ПЭТМ) — короткого периода, продолжавшегося всего 150–200 тыс. лет. Тогда температура была на 14–16 градусов Цельсия выше современной (рис. 2). Причину повышения температуры авторы видят в массовых выбросах углерода в атмосферу в результате активных вулканических извержений в Североатлантической магматической провинции (North Atlantic Igneous Province).

Рис. 2. Детальные кривые изотопных отношений кислорода и углерода. Событие палеоцен-эоценового термического максимума отмечено красной стрелкой. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Результаты другого недавнего исследования американских ученых подтвердили эту точку зрения. Геохимики из Колумбийского университета проанализировали изотопные отношения углерода и отношение бария к кальцию в планктонных фораминиферах. Эти параметры указывают на источник углерода, который пошел на постройку раковинок фораминифер. Они выяснили, что весь добавившийся в глобальный цикл углерод во время ПЭТМ имел вулканогенное происхождение. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

На графиках изотопных данных углерода на 55,6 млн лет приходится резкая аномалия, получившая название «изотопное отклонение углерода» (carbon-isotope excursion, CIE). Значение δ 13 C (отношение 13 C/ 12 C по сравнению со стандартным образцом) в известковых раковинах в это время очень быстро уменьшилось на 2–2,5‰, а затем примерно за 150–200 тыс. лет вернулось в норму (рис. 2 и 3). Это событие совпадает с резким увеличением содержания CО₂ в атмосфере — до рекордных 2–3‰, что в 5–8 раз больше, чем современное значение 400 ppm.

Рис. 3. Значение δ 13 C в раковинах планктонных фораминифер периода палеоцен-эоценового термического максимума. Черная кривая — средние расчетные значения; серый пунктир — доверительный интервал 95%. Цветные прямые — значения для углерода различного происхождения (сверху вниз): вулканический, органический, глубинный термогенный, кометный, метаногидратный. По горизонтали — время в тыс. лет после события изотопного отклонения углерода (55,6 млн лет назад). Изображение из обсуждаемой статьи в Proceedings of the National Academy of Sciences

По оценкам авторов исследования, за короткий период 4–5 тыс. лет океан поглотил из атмосферы 14,9 квадриллионов метрических тонн углерода, что на 60–70% больше, чем содержалось в нем до этого. Причем в составе этого углерода преобладал легкий изотоп 12 C, характерный только для органики и вулканических выбросов.

«Органическую» гипотезу его происхождения авторы сразу отвергли. Во-первых, для объяснения огромного отклонения изотопного состава углерода от нормального во время CIE требуется одномоментно перевести в атмосферу и океаны количество углерода, эквивалентное содержанию во всей современной биосфере, включая почвы. А во-вторых, среднее значение δ 13 C в образцах составляет −10‰, что характерно именно для вулканогенного углерода. Углерод органического, глубинного и кометного происхождения, а также образующийся при разложении метаногидратов, имеет другие изотопные параметры (рис. 4).

Рис. 4. Внизу — увеличение объема углерода в Мировом океане, в петаграммах. Вверху — отношение B/Ca. По горизонтали — время в тыс. лет после события изотопного отклонения углерода (55,6 млн лет назад). Изображение из обсуждаемой статьи в Proceedings of the National Academy of Sciences

Это, в свою очередь, привело к глобальной экологический катастрофе — произошло значительное вымирание видов. В частности, в море вымерло от 30 до 40% глубоководных фораминифер, а в глубоководных осадочных отложениях по всему миру в это время исчезли белые карбонатные илы — вместо них откладывались красные глины.

Известно, что отложение белых карбонатных илов прекращается, когда из-за роста кислотности океана граница глубиной компенсации кальцита (calcite compensation depth, CCD), ниже которой кальцит в донных отложениях отсутствует, начинает перемещаться все выше, и в конце концов, достигает поверхности.

Нынешнее потепление, по мнению ученых, также обусловлено ростом содержания парниковых газов в атмосфере. Но теперь причина другая — деятельность человека, которая по силе своего воздействия на климат сопоставима с самыми мощными природными процессами. К тому же это воздействие гораздо быстрее. Содержание углекислого газа в атмосфере выросло с 280 ppm в 1700-х годах до примерно 415 ppm сегодня, и продолжает быстро расти.

Авторы отмечают, что уровень СО₂ был бы еще намного выше, если бы океаны не поглощали большую часть прироста. Но запас прочности океанов не безграничен, и в отдельных его частях уровень закисления уже достиг критических отметок (подробнее см. статью Океаны с трудом справляются с поглощением антропогенного углекислого газа из атмосферы, «Элементы», 18.11.2018).

По прогнозам Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), если ничего не менять, то концентрация парниковых газов в атмосфере будет нарастать по сценарию RCP8.5 (Representative Concentration Pathway 8.5, где числом обозначено увеличение количества солнечной радиации в ваттах на квадратный метр) и к 2100 году средняя глобальная температура вырастет на 2,6–4,8 градуса по сравнению с периодом 1961–1990 годов. Более благоприятно выглядят сценарии RCP4.5 и RCP2.6, в соответствии с которыми это повышение составит соответственно 1,1–2,6 и 0,3–1,7 градуса. Но чтобы климат менялся по этим сценариям, человечеству нужно приложить массу усилий, считают ученые. Прогнозные кривые для всех трех сценариев приведены на рис. 1.

Источник

Эволюция климатов Земли

Капризы погоды последнего времени оживили разговоры о грядущем значительном потеплении земного климата, вызываемого экономической деятельностью человека, главным образом вследствие выбросов в атмосферу так называемых парниковых газов (углекислого газа, метана и др.). Идея о разогреве земной атмосферы парниковыми газами была высказана впервые в конце XIX в. известным шведским учёным С.Аррениусом [1] и с тех пор как очевидная принимается на веру, практически без проверки [2, 3]. Эта точка зрения и сейчас полностью доминирует в заключениях Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), организаций Гринпис, программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП), Всемирной метеорологической организации (ВМО), а также в выводах Российских экологических и научных организаций. Она же была полностью поддержана решениями Международных экологических конгрессов в Рио-де-Жанейро (Бразилия, 1992), в Киото (Япония, 1997), Межправительственной комиссии по проблеме климатических изменений (Париж, 2007). Согласно прогнозам её сторонников, потепление климата может достигнуть к 2100 г. 2,5–5 °С, а вызванное этим потеплением повышение уровня океана на 0,6–1 м, что создаст определённые проблемы для густонаселённых районов континентальных побережий, а также для газовых и нефтедобывающих производств в низменных зонах большей части побережий севера России. Прогнозируются и другие губительные для природы последствия: расширение пустынь, исчезновение мерзлоты, эрозия почв и т.д.

Опасение аналогичных катастрофических явлений и давление экологических организаций, а часто и просто спекуляции на эту тему, заставляют правительства развитых стран выделять огромные средства на борьбу с последствиями потепления климата, якобы связанного с антропогенными выбросами в атмосферу «парниковых газов». А насколько оправданы эти расходы? Не ведём ли мы борьбу с «ветряными мельницами»?

Из теории парникового эффекта* (см., например [8, 10, 11]), в частности, следует, что небольшие концентрации парниковых газов практически никак не влияют на температуру воздуха в тропосфере. Связано это с тем, что после поглощения парниковыми газами инфракрасного (теплового) излучения само излучение пропадает, а его энергия переходит в энергию колебательных движений молекул воздуха. В результате облучённый объем воздуха разогревается, расширяется и быстро поднимается в верхние слои тропосферы, где и охлаждается, а ему на смену опускается уже охлаждённый воздух, и температура воздуха в тропосфере вновь снижается до уровня адиабатического распределения, т.е. практически не меняется. Аналогичная ситуация должна наблюдаться и с разогревом воздуха при конденсации в нём влаги. При значительных же концентрациях парниковых газов развивается – происходит похолодание, а не потепление климата. Так, при мысленной замене азотно-кислородной атмосферы Земли на углекислотную, но с тем же приземным давлением 1 атм, средняя температура земной тропосферы снижается на 6–7 °С, а не повышается, как это принято думать. Связано это с тем, что из-за большей плотности углекислого газа углекислотная атмосфера оказывается более тонкой, чем азотно-кислородная. К тому же теплоёмкость углекислого газа заметно ниже теплоёмкости азота и кислорода. Поэтому углекислотная атмосфера, подобно тонкому одеялу с меньшей теплоёмкостью, хуже сохраняет тепло Земли, чем более протяжённая азотно-кислородная атмосфера, обладающая к тому же и большей теплоёмкостью.

Объясняется же этот кажущийся парадокс тем, что вынос тепла из тропосферы в основном происходит благодаря конвекции, которая обеспечивает зачительно более эффективный перенос тепла, чем радиация. Отсюда становится понятным, что с увеличением концентрации углекислого газа и поглощения им теплового излучения ещё больше возрастает конвективный массообмен воздуха, выносящий это тепло за пределы тропосферы.

Приведённый теоретический вывод наглядно иллюстрируется и экспериментальными данными по бурению ледникового покрова Антарктиды (рис. 1) [7, 8]. При их внимательном изучении оказывается, что кривая температурных колебаний** (так называемая изотопная температура) опережает соответствующие им изменения концентраций углекислого газа в среднем приблизительно на 500–600 лет, т.е. как раз на время полного перемешивания верхнего (активного) слоя воды в Мировом океане. Напомним, что в океане растворено углекислого газа приблизительно в 60–90 раз больше, чем его содержится в атмосфере, а согласно закону Генри, парциальное давление углекислого газа в атмосфере повышается при нагревании океанических вод и, наоборот, снижается при её охлаждении (это хорошо известный всем «эффект шампанского», но только в более спокойном варианте).

Рис. 1. Корреляция колебаний изотопной температуры воздуха (а) с изменениями концентрации углекислого газа (б) за последние 420 тыс. лет на антарктической станции «Восток». Данные по концентрациям СО₂ и температуре, полученные по керну скважины во льду, пробуренной на этой станции до глубины 3623 м [9], были любезно предоставлены В.М.Котляковым (шкала средних температур поверхности Земли – наша интерпретация)

Таким образом, результаты бурения ледникового покрова Антарктиды однозначно показывают, что изменения температуры на протяжении последних 420 тыс. лет всегда опережали соответствующие им изменения концентраций СО₂ в толще ледникового покрова. Это бесспорное и однозначное свидетельство того, что изменения концентрации СО₂ в атмосфере являются следствием глобальных изменений температуры, а не их причиной.

Так в чём же тогда истинная причина наблюдавшегося в ХХ в. потепления климата? На этот вопрос сегодня можно ответить вполне определённо: колебания солнечной активности (рис. 2) – между её интенсивностью и приземными температурами чётко наблюдается сильная корреляция (необходимо учесть большую ошибку определения солнечной активности в Средние века).

Рис. 2. Корреляция температурных колебаний в Северном полушарии с магнитной активностью Солнца (числами Вольфа). Левая шкала и жирная линия – отклонения среднего значения поверхностной температуры, °С, Северного полушария при текущем 11-летнем сглаживании. Правая шкала и тонкая линия – осреднённая солнечно-магнитная активность (числа Вольфа). Резким всплескам магнитных циклов соответствует более активное, и, следовательно, более яркое солнце [10]

По историческим данным известно, что в Средние века климат Земли был заметно теплее современного. Примером тому может служить и название острова Гренландия, поскольку в момент его открытия Эриком Рыжим в Х в. побережье действительно было покрыто сочной зелёной травой. О колебаниях приземных температур в прошлые времена говорят и геологические данные, приведённые, например, в работе [5]. Вероятнее всего, сейчас мы живём вблизи максимума одного из временных потеплений, начавшегося еще в XVII в., когда об антропогенном влиянии на климат выбросов «парниковых газов» в атмосферу и говорить-то не приходилось. Отсюда видно, что современное потепление носит ярко выраженное природное происхождение и в скором времени может смениться новой фазой похолодания [11]. Так, судя по расчётам ведущего астронома Пулковской обсерватории Х.И.Абдусаматова [12], начало медленного понижения температуры можно ожидать уже в 2012–2015 гг., а глобального минимума она достигнет примерно к 2055–2060 гг. Такое положение сохранится приблизительно в течение 50–70 лет, и только в начале XXII в. начнётся очередной цикл глобального потепления климата. Такие вариации климата явно определяются периодическими (пульсирующими) изменениями светимости Солнца (см. рис. 2), которые, в свою очередь, вероятно, связаны с колебаниями размеров и площади Солнца, зависящими от интенсивности протекающих в его недрах ядерных реакций [12].

В этой связи необходимо обратить внимание на то, что Киотский протокол, помимо того, что он не имеет научного обоснования, по своей сути ещё и противоречит физике природных процессов и совершенно неверно объясняет влияние на климат антропогенных воздействий. Так, пропорционально увеличению парциального давления углекислого газа в атмосфере повышается эффективность сельского хозяйства и скорость восстановления лесов, а также засухоустойчивость злаковых культур, в том числе пшеницы.

Основы адиабатической теории парникового эффекта

Атмосфера представляет собой яркий пример открытой диссипативной (рассеивающей энергию) системы, описываемой нелинейными уравнениями математической физики. Эти два обстоятельства позволяют надеяться, что в атмосфере возможна самоорганизация физических полей и формирование в ней устойчивых термодинамических структур в масштабах пространства и времени, определяемых параметрами процесса. При таком подходе можно пользоваться только наиболее значимыми и достоверно установленными параметрами среды, такими как масса атмосферы, её теплоёмкость, осреднённое значение энергии падающего на Землю солнечного излучения, а также учитывать сильную отрицательной обратную связь между сферическим альбедо планеты и её осреднённой приземной температурой.

Из всех планет Солнечной системы только Земля обладает уникальными атмосферой и гидросферой, благоприятствующими развитию на земной поверхности высших форм жизни. Определяется это удачным стечением многих обстоятельств: и тем, что Солнце «спокойная» звезда, и тем, что Земля расположена на оптимальном расстоянии от светила, и тем, что у неё имеется массивный спутник – Луна, – и химическим составом первичной Земли, и многими другими причинами, рассмотренными более подробно в нашей монографии [6].

Согласно разработанной нами теории парникового эффекта, главными факторами, ответственными за возникновение комфортных климатических условий на Земле, являются величина солнечной радиации, а также давление и теплоёмкость земной атмосферы [4, 5]. Согласно этой теории, в классическом варианте приземная температура T_e, и вообще абсолютная температура на любом уровне тропосферы (нижнего слоя атмосферы) пропорциональна эффективной температуре вращающейся Земли на её расстоянии от Солнца. Как известно, эффективная температура планеты зависит от интенсивности солнечного излучения (солнечной постоянной) S, альбедо планеты (её отражательной способности) А, давления атмосферы р и показателя адиабаты где C_p и C_V – теплоёмкости воздушной смеси соответственно при постоянном давлении и постоянном объёме), зависящего от состава и теплоёмкости атмосферы:

где b – безразмерный коэффициент пропорциональности; = 5,67 • 10 –5 эрг/(см 2 • с • град 4 ) – постоянная Стефана–Больцмана; р₀ – единица давления (например, 1 атм).

В приведённом выражении солнечная постоянная делится на 4, поскольку освещаемый Солнцем земной диск в 4 раза меньше общей поверхности Земли. Однако, строго говоря, это справедливо только в случае, когда ось вращения планеты расположена строго перпендикулярно плоскости эклиптики, т.е. когда угол её прецессии равен нулю. Напомним, что углом прецессии называется угол между осью вращения планеты и перпендикуляром к плоскости эклиптики, по которой Земля и другие планеты обращаются вокруг Солнца. В общем же случае 0 выражение (1) несколько усложняется, но зато становится более универсальным и точным:

Для проверки адиабатической теории парникового эффекта по выражению (2) были рассчитаны (впервые в мире) распределения температуры в тропосфере Земли с азотно-кислородным составом умеренного давления и тропосфере Венеры с углекислотной атмосферой высокого давления (до 90,9 атм) [4]. Результаты дали весьма неплохое (с точностью до долей процента) совпадение с эмпирическими данными (температуры в тропосфере Венеры измерялись советскими и американскими космическими аппаратами). Такое совпадение нельзя считать случайным, скорее всего, оно убедительно свидетельствует о справедливости рассматриваемой здесь теории и о возможности её использования для восстановления климатов Земли в прошлые геологические эпохи и прогнозирования их изменений в будущем. Но для этого предварительно необходимо рассмотреть эволюцию состава и давления атмосферы как в прошлом, так и в будущем.

Эволюция состава и давления земной атмосферы

Пользуясь оригинальной методикой расчёта [5, 6], мы получили эволюцию cостава и давления атмосферы для всего времени жизни Земли (рис. 3). Учитывалось, что при образовании планеты её атмосфера состояла только из инертного азота и следов благородных газов, а давление было около 1 атм. Никаких добавок химически активных газов (СО₂, СО, О₂, Н₂О или ОН) в доархейской (катархейской) атмосфере не наблюдалось, поскольку все они быстро поглощались реголитом (пористым грунтом) растущей Земли.

Рис. 3. Эволюция состава и давления земной атмосферы (штриховой линией отмечено атмосферное давление в предположении, что бактериального поглощения азота не существовало)

После начала дегазации Земли в раннем архее стало быстро нарастать парциальное давление углекислого газа СО₂, а затем и метана СH₄, который образовывался в результате восстановления СО₂ в присутствии H₂O на металлическом железе, имевшемся в первичном веществе молодой Земли. Атмосфера стала азотно-углекислотно-метановой и существенно восстановительной, что, безусловно, способствовало возникновению жизни. После диссоциации метана под влиянием жёсткого излучения Солнца, примерно через 200 млн лет после начала тектонической активности Земли (около 4 млрд лет назад), земная атмосфера превратилась в нейтральную углекислотно-азотную. Благодаря дегазации азота из мантии в позднем архее парциальное давление азота заметно повысилось. Вместе с тем парциальное давление СО₂ в конце архея стало снижаться, поскольку этот газ стал интенсивно связываться в карбонатных осадках. Наконец, начиная примерно с 3,5 млрд лет назад, после существенного подъёма средней температуры атмосферы, к её углекислотно-азотному составу прибавилось заметное количество паров воды.

После выделения земного ядра и образования слоя океанической коры современного типа (около 2,5 млрд лет назад) в результате резкого снижения тектонической активности Земли почти весь атмосферный углекислый газ оказался связанным в карбонатных породах Земли, а состав протерозойской атмосферы стал почти чисто азотным, лишь с небольшими примесями аргона и метана. Начиная со среднего протерозоя парциальное давление азота стало заметно снижаться в связи с жизнедеятельностью азотфиксирующих бактерий. Одновременно с этим в позднем рифее в атмосфере начал накапливаться кислород.

В фанерозое парциальное давление азота продолжало падать, хотя в палеозое и мезозое оно во многом компенсировалось ускоренной генерацией биогенного кислорода. После же широкого развития цветковых растений в конце мезозоя, главных «производителей» кислорода, его парциальное давление достигло своего стационарного значения около 230 мбар ( 173 мм. рт.ст.). После этого благодаря продолжающемуся биогенному снижению парциального давления азота, в кайнозое атмосферное давление вновь стало уменьшаться, что и привело, согласно выражениям (1), (2), к новому похолоданию.

Следует подчеркнуть положительную роль азотпотребляющих бактерий в создании благоприятных условий для развития высокоорганизованной жизни на Земле. Если бы таких бактерий не было, то сейчас атмосферное давление достигало бы приблизительно 2 атм, средняя температура Земли равнялась бы 54 о С (вместо 15 о С), а на экваторе превышала бы 70 о С, что намного выше температуры коагуляции большинства белков. Подходящие для высокоорганизованной жизни условия могли бы сохраняться только на вершинах гор, да и то в высоких широтах. Но в таких экстремальных условиях не мог бы накапливаться в достаточных количествах необходимый для жизни кислород. Фактически, если бы не происходило удаления азота из земной атмосферы, сейчас, как и в архее, Землю населяли бы только термофильные бактерии и, быть может, примитивные многоклеточные.

В далёком будущем нас ждёт резкое увеличение парциального давления кислорода в связи с его выделением в процессе формирования земного ядра. Сейчас образование вещества внешней оболочки земного ядра идёт по реакции: 2FeO Fe • FeO + O. Выделяющийся кислород под влиянием высокого давления вновь связывается с оксидами железа, формируя магнетитовую компоненту мантии: FeO + O Fe₃O₄ + 76,48 ккал/моль, этому способствует и высвобождающаяся энергия сжатия (объём молекулы магнетита меньше, чем молекулярного объёма FeO).

После полного окисления силикатного железа мантии до стехиометрии магнетита образование вещества земного ядра уже будет сопровождаться выделением свободного и ни с чем не связывающегося кислорода: 2Fe₃O₄ 3Fe • FeO + 5O. В результате, cпустя 600 млн лет, давление земной атмосферы должно быстро подняться выше 10 атм, вызвав тем самым на Земле сильнейший парниковый эффект: средние температуры значительно превысят 180 о С! После вскипания океанов давление поднимется ещё – до 270 атм, а температура – выше 600 о С (на Венере сейчас около 460 о С). Естественно, в таких условиях нечего и говорить о возможности сохранения не только высокоорганизованной, но и самой примитивной жизни.

Прецессионные циклы и ледниковые эпохи Земли

Помимо рассмотренных причин плавного похолодания климатов Земли в протерозое и фанерозое за счёт уменьшения атмосферного давления её приземные температуры, судя по выражению (2), существенно зависят и от величины угла прецессии Земли . Рассмотрим теперь более подробно и этот аспект проблемы изменений климатов Земли.

Возникновение прецессии вращающегося тела связано с отклонениями распределения его масс от полной осевой симметрии. На Земле такие отклонения симметрии прежде всего обусловлены расположением континентов и океанов на её поверхности, ледниковыми покровами континентов в высоких широтах [5]. Форма Земли весьма близко соответствует форме эллипсоида вращения жидкого тела, обладающего инерционным экваториальным вздутием. При этом экваториальный радиус Земли R_e = 6378,2 км превышает полярный радиус R_p = 6356,8 км на 21,4 км, что соответствует её сжатию = (R_e–R_p)/R_e = 1/298,3. Отсюда следует, что на экваторе Земли оказываются сосредоточены большие избыточные массы, способные гравитационно взаимодействовать с Луной и Солнцем. Причём такие взаимодействия стремятся повернуть Землю в сторону приближения экваториальной плоскости к плоскости эклиптики (рис. 4). Луна и Солнце одновременно притягивают обе стороны экваториального вздутия Земли, стремясь повернуть их в противоположные стороны. Но сила воздействия на ту часть вздутия, которая обращена к Луне (или к Солнцу), оказывается несколько большей, чем на противоположную.

Рис. 4. Схема влияния лунно-солнечного притяжения на экваториальное инерционное вздутие Земли, приводящее к приближению экваториальной плоскости Земли к плоскости обращения Луны вокруг Земли и к плоскости эклиптики, т.е. к снижению угла прецессии Земли (масштабы для наглядности искажены)

Определим массу экваториального вздутия Земли. Объём вздутия равен разности объёмов эллипсоида вращения Земли и вписанной в него сферы:

следовательно, масса вздутия m_взд = V_взд·взд 2 • 10 25 г, где _взд 2,8 г/см 3 – средняя плотность вздутия с учётом слоя океанической воды глубиной около 3–4 км и подстилающего слоя океанической коры. Эффективная же масса каждой из половин экваториального вздутия оказывается примерно в два раза меньше – порядка 1 • 10 24 г. Разность действующих на них сил лунного притяжения P_L = Р₁ – Р₂ достигает (с точностью до 2/)

Теперь, пользуясь теорией свободных гироскопов, можно определить среднюю скорость поворота оси вращения Земли вокруг линии пересечения экваториальной плоскости с плоскостью обращения Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца, определяемой простым уравнением , где I = 8,04 • 10 44 г • см 2 – момент инерции Земли; = 7,27 • 10 –5 рад/c – угловая скорость вращения Земли. Но , откуда находим зависимость угла прецессии от времени (рис. 5, кривая ). Теперь по выражению (2) легко найти и зависимость изменения приземной температуры от времени (рис. 5, кривая Т ).

Рис. 5. Изменение угла прецессии Земли () и обусловленной этим средней температуры поверхности Земли (T) со временем

Рис. 6. Воздействие притяжения избыточной массы ледниковых покровов Северного полушария на поворот оси вращения Земли. Это воздействие направлено на увеличение угла прецессии, в результате чего происходит быстрое (приблизительно за несколько тысяч лет) возвращение угла прецессии к своему исходному значению (около 24 о ), к потеплению климата, таянию и деградации ледниковых покровов и наступлению межледникового стадиала

Полученная оценка, безусловно, весьма приближённая, но позволяет оценить характерное время потепления климата и деградации оледенений. Оно оказалось порядка нескольких тысяч лет, что, по-видимому, и соответствует действительности. Так, по оценкам В.М.Котлякова [13], «распад гигантского плейстоценового оледенения в Северном полушарии произошёл геологически очень быстро – всего за несколько тысяч лет».

Учёт влияния прецессии орбиты Земли при её обращении вокруг Солнца (циклов Миланковича – с периодами главных гармоник около 40 тыс. [14] и 22 тыс. лет) приводит к температурным колебаниям около ±(2. 3) о С. На рис. 7 приведён результат расчёта средней температуры Земли позднего плейстоцена в сопоставлении с экспериментальными значениями изотопной температуры толщи антарктического льда на станции «Восток» [9]. Видна хорошая корреляция, хотя теоретические кривые более гладкие. Подобрав по сдвигу фаз слагающих климатических колебаний наилучшее совпадение теории с экспериментом (по керну ледникового покрова Антарктиды), можно провести прогноз изменений климата в будущем (рис. 8): нас ждёт только похолодание, быть может, даже наиболее значительное из всех предыдущих.

Рис. 7. Корреляция экспериментальных (кривая 1 ) и теоретических (кривая 2 ) температур в позднем плейстоцене. Теоретическая кривая 2 построена по выражениям (2), (4) и учитывает влияние Луны и Солнца, а также расположения континентов на прецессионные циклы Земли. Колебания температур вызваны прецессией Земли – кривая 3 (максимумы совмещены с экстремумами экспериментальных данных) и прецессией орбиты обращения Земли вокруг Солнца (циклы Миланковича – около 22 и 40 тыс. лет) – кривые 2 и 3. Последний всплеск изотопной температуры (около 20–10 тыс. лет назад) соответствовал 8 о С, а предыдущий (130–140 тыс. лет) – 10 о С

Рис. 8. Теоретический температурный прогноз климата на следующие 120 тыс. лет

Таким образом, в результате лунно-земных связей в плейстоцене периодически происходили медленные, но закономерные похолодания климата на 8–10 о С, продолжавшиеся в течение приблизительно 100–120 тыс. лет. После же образования мощных ледниковых покровов наступало быстрое, в течение нескольких тысяч лет, потепление всё на те же 8–10 о С и столь же быстрая деградация оледенений. Следовательно, лунно-земные связи в сочетании с оледенениями Земли, возбуждают существенно нелинейные автоколебательные климатические процессы, столь характерные для всего позднего плейстоцена. Отметим, что общее похолодание происходит благодаря жизнедеятельности азотпоглощающих бактерий, постоянно снижающих парциальное давление азота, а следовательно, и общее давление земной атмосферы в нарастающем режиме, начиная с рифея [5].

Влияние дрейфа континентов на климаты Земли

Судя по данным [15], около 100 млн лет назад, во время образования последнего суперконтинента, вегенеровской Пангеи, температуры на экваторе могли достигать 32 о С при положительных температурах на полюсах Земли. Таким условиям соответствовал угол прецессии 34 о [5]. Кроме того, определению углов прецессии в прошлые геологические эпохи помогают данные по реконструкциям предыдущих суперконтинентов и характеру их расколов в прошлые геологические эпохи Земли (рис. 9).

Рис. 9. Палеореконструкции положения континентов и океанов в проекции Ламберта: A – Моногея, 2,6 млрд лет назад (белым на континентах обозначен ледниковый покров); Б – распад Моногеи, 2,1 млрд лет назад; В – Мегагея Штилле, 1,8 млрд лет назад; Г – распад Мегагеи, 1,6 млрд лет назад; Д – Мезогея, 1,0 млрд лет назад; Е – раскол Мезогеи на Лавразию и Гондвану, 750 млн лет назад (белым на континентах обозначен ледниковый покров); Ж – Пангея Вегенера, 200 млн лет назад; З – современное расположение континентов и океанов [10]

Рис. 10. Вероятные изменения угла прецессии в моменты формирования суперконтинентов: I – Моногея; II – Мегагея; III – Мезогея; IV – Пангея (будущий суперконтинент Гипергея в рассматриваемом интервале времён сформироваться ещё не успеет). Избыточные массы Моногеи, Мегагеи и Мезогеи составляли соответственно 0,7; 0,8 и 0,9 от массы Пангеи

Рис. 11. Эволюция температуры Мирового океана, вызванная совместным действием изменения давления атмосферы и угла прецессии: на экваторе (1 ); в океанах, средняя (2 ); на полюсах Земли ( 4 ), пунктиром cправа над кривыми 1–3 показаны температуры в моменты межледниковых стадиалов. I и II – эры оледенений полярных океанических бассейнов

Рис. 12. Расчёт эволюции континентальных эр оледенений на Земле: температура континентов: 1 – на экваторе; 2 – средняя на поверхности континентов; 3 – на полюсах (пунктир – температура в моменты межледниковых стадиалов); I–V – эры оледенений континентов в полярных областях или на высокогориях. Внизу: эволюция оледенений по геологическим данным [17]: а – безледниковый этап, б – эпизодически ледниковый, в – периодически ледниковый (вертикалями показаны оледенения)

Видно, что каждой эпохе образования суперконтинентов соответствует повышение приземных температур. Так, во время формирования первого в истории Земли суперконтинента Моногеи (около 2,6 млрд лет назад), когда ещё существовала архейская плотная углекислотная атмосфера, средняя температура на уровне океана превышала +70 о С. Поскольку в архее средние уровни континентов были исключительно высокими и достигали 6 км [6], то и температуры на их поверхности были существенно более низкими и не превышали +20. 30 о С. При формировании Мегагеи Штилле (около 1,8 млрд лет) эти температуры приближались соответственно к +30 и +20 о С, при образовании Мезогеи (Родинии, около 1 млрд лет) они уже снизились до +30 и +25 о С, а при образовании Пангеи Вегенера (около 200 млн лет) уменьшились до +24 и +20 о С. В промежутках между эпохами формирования суперконтинентов средние температуры на уровне моря и на континентах снижались на 7–10 о С.

На рис. 12 вместе со средними температурами поверхности континентов и материков приведены геологические данные по распространению в истории Земли эр оледенений [17]. Как видно, после архея температура земной поверхность только снижалась, несмотря даже на возрастание светимости Солнца. Вначале, после накопления воды в Мировом океане и возникновения в раннем протерозое океанической коры современного типа, такое снижение температуры происходило благодаря связыванию углекислого газа в карбонатах, а затем (в протерозое и фанерозое) и благодаря жизнедеятельности азотфиксирующих бактерий. Похолодание земного климата даже более резкое, чем прежде, продолжится и в будущем.

Прежде всего обращает на себя внимание хорошая корреляция между теоретическими положениями эр оледенений и геологическими данными. Поэтому интересно рассмотреть причины возникновения выделенных ледниковых эр Земли. Начнём с древнейшей раннеархейской эры I. В это время, около 3,9–3,7 млрд лет назад, молодые морские бассейны и зародыши будущих континентальных щитов располагались только в сравнительно узком экваториальном поясе Земли. Поэтому моря тогда были тёплыми (от +3. 20 о С, см. рис. 11). Что же касается вершин молодых континентальных образований, возможно достигавших высот 3–4 км, то они, находясь на экваторе, несмотря на общее потепление климата попадали в зоны господства отрицательных температур (см. рис. 12). Возникавшие же на этих образованиях оледенения носили только локальный и горный характер, причём, возможно, настоящие ледники вообще не возникали, поскольку воды на Земле тогда ещё было очень мало. Поэтому, вероятно, никаких следов раннеархейского оледенения в геологической летописи и не осталось.

В раннем протерозое возникли настоящие океаны, правда, пока ещё не очень глубокие, в среднем до 1 км [6], тогда как уровни стояния поверхностей континентов оставались сравнительно высокими – в среднем 2–4 км. Однако давление атмосферы в это время резко понизилось с 4,5–5 атм в архее до 1,6 атм в раннем протерозое, что и привело к столь же резкому похолоданию высокогорных регионов Мегагеи, вызвав тем самым оледенения на их поверхности. В начале раннепротерозойской эры оледенений (Гуронское оледенение, группа III), ледниковые покровы могли развиваться только на высоких и средних широтах. Однако после распада первого в истории Земли суперконтинента Моногеи, когда её «осколки» оказались разбросанными по всей поверхности Земли (см. рис. 10, А, Б) в середине и конце третьей эры оледенений (2,4–2,1 млрд лет назад), ледниковые покровы могли возникать уже на многих материковых массивах, оказавшихся к этому времени в высоких широтах. Действительно, ледниковые отложения этого возраста, свидетельствующие о покровном характере оледенений, сейчас известны практически на всех континентах, причём возраст оледенений приблизительно одинаков.

Как следует из расчётов, во временном интервале 2–1 млрд лет назад отрицательных среднегодовых температур на континентах нигде не существовало, поэтому не должно было быть и континентальных оледенений. Действительно, по свидетельству Н.М.Чумакова [17], следов оледенений в ту эпоху не обнаружено. Это был продолжительный безледниковый период в развитии Земли.

В позднем протерозое и палеозое началась новая, четвёртая эра континентальных оледенений, связанная с заметным похолоданием в это время земного климата (группа IV). В результате на расположенных возле полюсов континентах (см. рис. 9, Е) господствовали устойчивые отрицательные среднегодовые температуры, на них неизбежно должны были возникать ледниковые покровы. Если площадь оказывалась значительной, то сказывалось альбедо снежной поверхности оледенений, и в зависимости от высоты ледникового покрова средние температуры над ними снижались до –65 о С. Интересно отметить, что, несмотря на достаточно суровые условия континентальных оледенений, устойчивых морских оледенений типа современного Северного Ледовитого океана, тогда по-видимому, ещё не происходило, поскольку полярные участки океанов и морей характеризовались небольшими неотрицательными среднегодовыми температурами (см. рис. 11).

В середине кайнозоя (около 40 млн лет) назад началась последняя, пятая эра оледенений с развитием ледниковых эпох наиболее обширных ледяных покровов Земли. Эта эра продолжится и в будущем, но будет последней в истории Земли (группа V). Одновременно возникли и первые в истории Земли обширные морские оледенения Северного Ледовитого океана, а также части Южного океана (шельфовые ледниковые покровы морей Росса и Уэдделла), что в свою очередь привело к значительному понижению температуры придонных вод океанов c +16 о С до +2 о С в настоящее время.

Как же тогда объясняется тёплый климатический промежуток конца мезозоя, возникший между двумя суровыми ледниковыми эрами палеозойской и позднекайнозойской? Его происхождение связано с действием двух факторов: образованием Пангеи и усиленной генерацией кислорода. Образование Пангеи, как мы уже отмечали, привело к увеличению угла прецессии до 34 о и, как следствие, к потеплению климата почти на 10 о С. Второй фактор – временная компенсация снижения парциального давления азота за счёт генерации биогенного кислорода.

Таким образом, изложенная здесь теория показывает, что в формировании климатов Земли существенную роль играли живые организмы. Особенно сильное влияние на глобальный климат Земли в позднем протерозое и фанерозое оказали азотфиксирующие бактерии, жизнедеятельность которых более чем на половину снизила парциальное давление азота в земной атмосфере, что привело к значительному похолоданию и возникновению в высоких и умеренных широтах континентальных оледенений протерозоя и фанерозоя. Генерация же фитопланктоном и наземными растениями биогенного кислорода в фанерозое не только способствовала расцвету высокоорганизованной жизни на Земле, но также частично компенсировало и снижение парциального давления азота, что способствовало потеплению климата в конце мезозоя. Однако после раскола Пангеи и центробежного раздвижения её фрагментов-материков, а также достижения предельного (равновесного) уровня давления кислорода около 0,231 атм (23,4 кПа), начались новое снижение атмосферного давления и новая эра похолодания с чередой ледниковых эпох. Ледниковые эры Земли должны перестать возникать только приблизительно через 600 млн лет, в будущем, о чём мы уже говорили выше.

Таким образом, главными причинами изменения климатов Земли являются вариации солнечной активности, изменения угла прецессии Земли и постепенное снижение атмосферного давления благодаря жизнедеятельности азотфиксирующих бактерий.

1. Arrhenius S. On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of the ground. – Phil. Mag., 1896, 41.

2. Глобальное потепление: Доклад Гринпис. – М.: Изд-во МГУ.

3. Парниковый эффект, изменение климата и экосистемы. – Л.: Гидрометеоиздат.

4. Сорохтин О.Г. Парниковый эффект: миф и реальность. – Вестник РАЕН, 2001, т. 1, № 1.

5. Сорохтин О.Г. Эволюция и прогноз изменений глобального климата Земли. – М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2006.

6. Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Развитие Земли. – М.: Издательство МГУ, 2002.

7. Мохов И.И., Безверхний В.А., Карпенко А.А. Циклы Миланковича и эволюция характеристик климатического режима и состава атмосферы по данным ледяных кернов с антарктической станции «Восток»: Материалы гляциологических исследований, 2003, т. 95.

8. Fischer H., Wahlen M., Smith J., Mastroianni D. & Deck B. Ice core records of atmospheric CO₂ around the last three glacial terminations. – Science, 1999, 283.

9. Котляков В.М. Гляциология Антарктиды. – М.: Наука, 2000.

10. Robinson A.B., Baliunas S.L., Soon W., Robinson Z.W. Environmental effects of increased atmospheric carbon dioxide. 1998 [info@oism.org; info@marshall.org]

11. Landscheidt T. New Little Ice Age Instead of Global Warming? – Energy and Environment, 2003, 14, p. 327–350.

12. Абдусаматов Х.И. О долговременных скоординированных вариациях активности светимости, радиуса Солнца и климата: Труды международной конференции «Климатические и экологические аспекты солнечной активности». – СПб, 2003.

13. Котляков В.М. В мире снега и льда. – М.: Наука, 2002.

14. Миланкович М. Математическая климатология и астрономическая теория колебаний климата. – М.–Л.: ГОНТИ, 1939.

15. Чумаков Н.М. Климатическая зональность и климат мелового перода: В кн. «Климат в эпохи крупных биосферных перестроек». – М.: Наука, 2004.

16. Сорохтин О.Г. Глобальная эволюция Земли. – Вестник РАЕН, 2004, т. 4, № 4.

17. Чумаков Н.М. Ледниковый и безледниковый климат в докембрии: В кн. «Климат в эпохи крупных биосферных перестроек». – М.: Наука, 2004.

* См. также статью О.Г.Сорохтина «Адиабатическая теория парникового эффекта» в № 11/05. – Ред.

** Температурные колебания определялись по отношению содержания обычного водорода в кернах, взятых из ледникового покрова Антарктиды, к его тяжёлому изотопу дейтерию. Экспериментально доказано, что вначале испаряется «лёгкая» вода Н₂О, а затем только «тяжёлая» (HDO и D₂O). Поэтому в атмосферных осадках концентрация «тяжёлой» воды обычно более низкая. Чем теплее вода в океанах, тем меньше отношение D/H в атмосферных осадках. Обычно изотопные отношения атомов измеряются в промилле (‰) – тысячных долях. Отрицательные значения D в ледниковом покрове говорят о недостатке дейтерия по сравнению с его распространённостью в океанических водах. Лёд антарктического покрова формировался только из атмосферных осадков, что и позволило определить температурные режимы океанов в прошлые геологические эпохи.

Источник