Студопедия.Орг Главная | Случайная страница | Контакты | Заказать  
 

Циклический характер климатических изменений



Изменение климата на планете связано с глобальными природными процессами, которые возникают в результате глобальных геологических катаклизмов, падений комет или же нестабильности орбиты Земли. Цикличность изменений климата обусловлена взаимосвязью атмосферы, гидросферы и литосферы между собой круговоротом веществ и энергии:

1) Активизация вулканической деятельности земной коры;

2) Образование пылевого облака в атмосфере из мелких твердых частиц, СО2, газов-восстановителей (H2, CH4). Пылевое облако изменяет прозрачность атмосферы, вызывает ее затемнение;

3) Уменьшается количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Интенсивность фотосинтеза снижается. Из-за недостатка энергии и питательных веществ отмирает часть растений и животных;

4) Образуются в большом количестве продукты разложения органической массы. Продукты разложения (SO2, Н2S, NO2, NO,СО2) закисляют пресную и морскую воду, изменяют ее теплоемкость. Насыщенная солями вода, обладая большей те­плоемкостью, получает дополнительное тепло из атмосферы.

5) Похолодание климата. Низкая температура катализирует взаимодействие газов-восстановителей с озоновым слоем Земли.

6) Через озоновые дыры увеличивается поток УФИ из космоса, что приводит к очередной гибели живых организмов и образованию продуктов разложения;

7) Большое количество СО2, образовавшегося в результате процессов разложения органической массы, из-за низкой интенсивности фотосинтеза не успевает связываться в органические вещества. Возникает парниковый эффект из-за повышенной концентрации CO2 в атмосфере.

8) Потепление климата. Виды растений и животных, сохранившиеся после катастрофических климатических изменений, в отсутствии межвидовой конкуренции активно эволюционируют (в основном за счет дивергенции). Возникает новое разнообразие видов, характерных для нового периода, для данных климатических условий.

Геохронология (греч. «гео» – земля; + греч. «хронос» – время, + греч. «логос» – учение).

Геохронология – это шкала геологического времени, показывающая последовательность и соподчинённость этапов развития земной коры и органического мира Земли. Геохронологическая шкала базируется на абсолютном летоисчислении в тыс. или млн. лет, опирающемся на знании скорости распада радиоактивных элементов. Используются уран-свинцовый, рубидий - строн­циевый, самарий – неодимовый, калий – аргоновый (U 235 - 238, Rb87, K40, Sm147) , а для последних 60 тыс. лет радиоуглеродный (С14 ) методы.

Геохронология – учение о хронологической последовательности формирования и возрасте горных пород, слагающих земную кору. Огромное значение в геохронологии имеет палеонтологический ме­тод, основанный на изучении захороненных в пластах горных пород окаменевших останков вымерших животных и растений. Геохронологическая шкала установлена в 1881 в Болонье на Международном геологическом конгрессе для фанерозоя.

Стратиграфическая шкала фанерозоя представляет: 3 эры, 12 периодов; каждый период делиться на 2 или 3 эпохи, а они в свою очередь на ярусы и зоны. Международной стратиграфической и геохронологической шкалы пока не существует для докембрийского периода. Российские ученые разделяют это время на катархей, архей, протерозой, а в целом они относятся к эону (эонотеме) криптозоя (докембрий).

Криптозой (катархей, архей, протерозой, венд – переходный 650-680 млн. лет назад). Криптозой (от греч. Kriptos – скрытый; zoe – жизнь).

Архей, эон (от греч. Archaios – изначальный, древний, aion – век, эпоха).

Протерозой, эон (от греч. Proteros – более ранний, zoe – жизнь).

Фанерозой (палеозой, мезозой, кайнозой).

Фанерозой (от греч. Phaneros – видимый, открытый, явный; zoe – жизнь).

Левин А.С. Введение в общую экологию, 1998:

<….>

Каменная летопись Земли как бы разделена на две части. В молодой части, которая широко распространена, заключены остатки и следы животных и растений. Эту часть геохронологической шкалы, по предложению американского ученого Ч. Шухерта, назвали фанерозоем, то есть временем очевидной жизни. Фанерозой делится на три геологические эры: палеозой, мезозой, кайнозой. Другая, более древняя и продолжительная, часть геохронологической истории названа криптозоем – временем скрытой жизни. Фанерозой – время явной жизни – занимает всего одну девятую часть длительной истории Земли, Начинается он около 570 миллионов лет назад, с этим временем связано появление скелетной фауны.

Возраст Земли определить удалось на рубеже XIX и XX веков. Открытие радиоактивности дало возможность узнать возраст Земли и Солнечной системы. На основании радиоактивного распада урана, содержащегося во многих минералах и горных породах, и превраще­ния его в свинец были составлены шкалы абсолютного летоисчисле­ния нашей планеты. Радиогеохронологический метод быстро совер­шенствовался. Теперь для определения возраста горных пород ис­пользуется не только урановый, но и калий-аргоновый, рубидиево-стронциевый, свинцовый, самарий-неодимовый, радиоуглеродный методы. На основании многолетних исследований российских и зарубежных ученых удалось установить начало и продолжительность каждого геологического периода. Древнейшие горные породы были найдены в Карелии, на Украине, в Сибири, Канаде, Гренландии, в Африке и Австралии. Всем им более 3,5 миллиардов лет. Но, как оказалось, это вовсе не предел. Недавно обнаружены горные породы в Сибири, которые образовались 3,8-4,0 миллиарда, а в Австралии даже 4,2 миллиарда лет назад. Все эти данные позволили определить и общий возраст нашей планеты – немного более 4,6 миллиарда лет.

Возникла идея определить возраст метеоритов. Оказалось, что каменные метеориты – почти ровесники самым древним породам на Земле, их возраст составляет 4,2 миллиарда лет.

1. В истории развития земной поверхности холодной планеты Земля главенствующая роль принадлежит палеоклимату. Он отражает состояние сложной динамической системы, в которую входят атмосфера, гидросфера, литосфера и биосфера, то есть основные ее составляющие части, отличающиеся достаточной стабильностью. Энергетической составляющей этой динамической системы является энергия Солнца, составляющая 174 триллиона киловатт в год, в том числе 45% тепловой энергии (на 1см2 - 8,368Дж тепла).

Палеоклимат на Земле возник лишь тогда, когда появились атмосфера и гидросфера. Палеоклимат всегда, во все времена оказывал огромное воздействие на земную поверхность. Развитие органического мира, изменения рельефа, процессы эрозии, выветривания, накопления и переноса осадочного материала, его преобразования, формирования многих месторождений полезных ископаемых – все это связано с влиянием палеоклимата и зависит от него самого непосредственным образом.

Очевидно, первоначально атмосферу составляли космические газы. Такие летучие газы, как неон и ксенон, встречаются в атмосфере Земли крайне редко по сравнению с космической смесью. На этом основании большинство ученых полагает, что первоначальная атмосфера, по всей вероятности, рассеялась. Молекулярный вес воды равен 18, то есть он меньше атомного веса неона, и, следовательно, если бы вода находилась в атмосфере во взвешенном состоянии, ее тоже унесло бы прочь. Первичная атмосфера была бескислородной. Она состояла из смеси водяного пара, водорода, метана, аммиака и паров сильных кислот. Позднее, около 3,5 миллиардов лет назад, атмосфера стала азотно-аммиачно-углеродной. Количество углекислого газа в ней достигло 60%. Свободный кислород, выделяемый из недр Земли, очевидно, затрачивался на окисление метана, сероводорода и аммиака атмосферы и на окисление металлов земной коры.

На основании анализа развития органического мира биогенные накопления кислорода в гидросфере совершались в 3,7-3,5 миллиарда лет назад, а свободный кислород в атмосфере появился около 2 миллиардов лет назад. Свободный кислород в газовой фазе появился на Земле в раннем докембрии в результате дегазации базальтовой магмы (точка Пастера – 1%О2) также как и другие газы. Он продолжает поступать и ныне из земных недр.

Магма является первым мощным источником в природе, который определяет количество и качество его в атмосфере совместно с появившимся несколько позднее фотосинтетическим кислородом. Исследования установили, что максимальное уменьшение или увеличение содержания кислорода в любой геологической эпохе по отноше­нию к предшествующей или будущей не превышало 10% и в основ­ном колебалось в пределах 4-5%. Кислородный состав современной атмосферы – результат фотосинтеза и дегазации глубинных океаниче­ских вод, где активным поставщиком его являются рифтовые зоны. Кислород – самый распространенный элемент на планете Земля. В атмосфере и в земной коре он составляет 49% по массе. Литосфера заключает 47,0%, океаническая вода 85,82%, а живое вещество 65% по массе.

Многие ученые считают, что во время формирования Земли вода входила в состав ряда сложных соединений, например, гидроокислов силикатов. Потом по мере остывания твердых пород вода высвобождалась. Происходило это в течение первого миллиарда лет истории Земли. В соответствии с теорией тектоники плит с мезозоя началось и продолжается расширение планеты (океанические рифтовые зоны) и, очевидно, образование океанов (одна из версий). По сравнению с остальными планетами Солнечной системы только Земля имеет та­кую температуру поверхности, которая позволяет воде существовать во всех трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Только на Земле идут дожди, только здесь есть океаны. Строго говоря, речь идет об одном Мировом океане, поскольку Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый и Южный – названия условные, данные единому массиву соленой воды, над которым, подобно островам, поднимаются континенты. Это огромная, находящаяся в бесконечном движении масса жидкости – колыбель жизни на Земле, один из основных факторов, поддерживающих ее существование. Являясь огромным накопителем тепла, он определяет климат, выравни­вает экстремальные температуры, которые в противном случае пре­вратили бы Землю в выжженные и вымерзшие пустыни. Одно время считалось, что соленость современного Мирового океана объясняется притоком солей, выветриваемых из пород и смываемых в океан реками. Из этого следовало бы заключить, что соленость Мирового океана неуклонно возрастает. Однако исследования показали, что океан, по всей вероятности, приобрел свои современные характеристики примерно 1,5-2 миллиарда лет назад, другими словами, океаническая система находится в устойчивом состоянии по крайней мере 1 миллиард лет и ее химический состав неизменен.

В последние годы благодаря достижениям геохимии и палеобиологии абсолютные значения температур древних эпох с большой степенью достоверности определяются, основываясь на соотношении изотопов кислорода или кальция и магния в раковинах морских беспозвоночных, обитавших в древних морях.

На протяжении фанерозоя климат Земли много раз существенно изменялся. Были эпохи существенного потепления и эпохи резкого похолодания. Глобальные похолодания и крупные материковые оледенения происходили в позднем ордовикском (450 - 435 миллионов лет назад), в позднем карбоновом (300 - 280 миллионов лет назад) и в четвертичном периодах (1,8 миллиона лет – 10000 лет назад). Гео­физики Института физики Земли им. О.Ю.Шмидта предполагают, что такая цикличность (200 - 250 миллионов лет) связана с воздействием Луны. Она, приближаясь на 8% обычного расстояния, вызывала мощные геологические и, возможно, палеоклиматические изменения на планете Земля.

В остальные периоды фанерозоя климат на Земле был теплым, временами даже становился очень жарким. Средние температуры, как правило, превышали 20 градусов Цельсия (современная средняя температура для всего земного шара немного более 15 градусов Цельсия). Разница между средними температурами полюсов и экватора была небольшая и вызывала только слабую циклоническую деятельность атмосферы. Наиболее засушливыми эпохами были первая половина кембрийского периода, девонский и пермский периоды, первая половина триаса и позднеюрская эпоха. Абсолютное господство принадлежало пустынным и полупустынным ландшафтам, морям с повышенной соленостью, где в это время скапливались отложения солей, гипса. В каждом изменении климата есть свои причинно-следственные связи.

2.Сравнительно недавно установлено, что в распределении тепла и влаги на земной поверхности немаловажную роль играют прозрач­ность атмосферы, а также содержание в ней углекислого газа и водя­ного пара.

Концентрация углекислого газа в атмосфере на протяжении последних 600 миллионов лет неуклонно падала, но это происходило весьма неравномерно. Характерно, что последнее оледенение коррелируется с глобальным процессом снижения углекислоты. Примерно 70 миллионов лет назад начал ускоряться процесс уменьшения углекислоты в атмосфере, и ныне он составляет 0,03%. В отдельные промежутки времени количество углекислого газа в атмосфере было примерно таким же, как сейчас, а иногда повышалось почти в 15 раз. Так, например, в кембрии, девоне и раннем карбоне количество углекислого газа в атмосфере составляло 0,4%, а в конце ордовика, в позднем карбоне не превышало 0,05%.

Чернышева Ф.А.Биология с основами экологии, 2005:

<….>





Дата публикования: 2014-11-19; Прочитано: 116 | Нарушение авторского права страницы | Заказать написание работы



studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2017 год. (0.006 с)...Наверх