Факультет

Студентам

Посетителям

Климат фанерозоя

Переходя к вопросу об изменении термического режима в течение фанерозоя, остановимся на факторах, которые влияли на климат за последние 570 млн. лет.

В исследованиях эволюции Солнца установлено, что в ходе этой эволюции диаметр Солнца уменьшается, а его излучение возрастает. Предполагается, что солнечная радиация возрастала приблизительно на 5 % за 1 млрд. лет. Так как при постоянном альбедо Земли средняя температура воздуха у ее поверхности повышается на 1,4 °С при увеличении солнечной постоянной на 1 %, можно заключить, что с начала и до конца фанерозоя средняя температура воздуха должна была повыситься примерно на 4°С. Это заключение не соответствует упомянутым выше палеоклиматическим данным.

Для объяснения теплых климатических условий прошлого необходимо учесть влияние на термический режим других факторов — изменения альбедо Земли и в особенности химического состава ее атмосферы.

В начале фанерозоя среднее альбедо системы Земля—атмосфера было меньше современного из-за большей площади океанов (альбедо которых меньше альбедо поверхности континентов) и из-за отсутствия полярных оледенений, которые заметно увеличивают альбедо Земли. Оценить альбедо поверхности континентов для раннего палеозоя, когда на суше не было растительного покрова, довольно трудно. Считая, что оно на протяжении всего фанерозоя соответствовало современному среднему значению альбедо поверхности суши, свободной от снежно-ледяного покрова, и принимая во внимание имеющиеся данные об изменении площади океана в фанерозое, можно найти, что в начале фанерозоя альбедо Земли было меньше современного на 0,018. Так как уменьшение альбедо Земли на 0,01 приводит к повышению средней температуры воздуха на 2 °С, такая разность значений альбедо соответствует повышению температуры воздуха приблизительно на 3,5 °С. Это почти полностью компенсирует понижение температуры, обусловленное меньшим значением солнечной постоянной в начале фанерозоя, но не объясняет причин гораздо более теплого климата на протяжении большей части фанерозоя по сравнению с современной эпохой.

Для выяснения вопроса о термическом режиме отдаленного прошлого существенное значение имеет учет эволюции химического состава атмосферы. В работе Сагана и Маллена было высказано предположение, что теплый климат докембрийского времени объяснялся наличием в древней атмосфере аммиака, который усиливал парниковый эффект в атмосфере. Эта гипотеза, однако, не получила поддержки, так как химический состав отложений того времени не соответствовал наличию аммиака в атмосферном воздухе. В работе автора предполагалось, что климатические условия прошлого существенно зависели от более высокого содержания углекислого газа в атмосферном воздухе по сравнению с современной эпохой. Это предположение было подтверждено в упомянутых выше исследованиях эволюции химического состава атмосферы в геологическом прошлом, из которых следовало, что на протяжении почти всего фанерозоя концентрация СO2 в атмосфере была значительно выше современной (близкой к 0,03%) и составляла 0,1—0,4%.

В соответствии с приведенными выше материалами было принято, что средняя температура нижнего слоя воздуха повышается на 2,5 °С при удвоении концентрации СO2 по сравнению с ее исходным значением, равным 0,03%. При более высоких концентрациях СO2 температура изменяется по логарифмическому закону, т. е. возрастает на 2,5 °С при каждом последующем удвоении концентрации СO2. Эта зависимость соответствует условиям постоянного альбедо системы Земля—атмосфера.

Учитывая данную зависимость, было найдено, что для концентрации СO2, равной 0,1—0,4 %, повышение температуры воздуха по сравнению с современной при прочих равных условиях составляет 4,5—9,5 °С. Этот результат хорошо согласуется сданными о термическом режиме для основной части фанерозоя.

Материалы расчета разностей средних температур воздуха у земной поверхности в прошлом и в современную эпоху, относящихся к различным периодам фанерозоя. В этом расчете принята во внимание зависимость от трех факторов: роста солнечного излучения, колебаний альбедо Земли и изменений массы углекислого газа в атмосферном воздухе. В таблице приведены значения концентрации СO2, разности солнечного излучения в прошлом и в современную эпоху ∆S, выраженные в долях от современной солнечной постоянной, разности альбедо Земли ∆а, выраженной в долях единицы. При определении ∆а учтены зависимость альбедо от колебаний площади океанов, а также влияние ледяных покровов на альбедо Земли для эпох пермо-карбонового и неогенового оледенений.

Величина ∆Т считалась равной сумме трех разностей температур, зависящих от изменений концентрации углекислого газа, солнечного излучения и альбедо в соответствии с указанными выше количественными связями.

На протяжении фанерозоя до эоцена включительно средняя температура у земной поверхности была на 5,4—10,6°С выше современной, т. е. составляла около 20,5—25,5 °С. Заметные понижения температуры произошли в олигоцене, плиоцене и при переходе от плиоцена к современной эпохе — в четвертичном периоде.

Результаты расчетов изменений температуры, можно сравнить с материалами многих эмпирических исследований климатов прошлого. Отметим, что для конца мезозойской эры и кайнозоя подобные сравнения уже были выполнены для расчетов температуры, основанных на учете колебаний концентрации углекислого газа, а также на учете изменений альбедо Земли. Эти сравнения показали близкое соответствие средних температур воздуха в геологическом прошлом, найденных совершенно независимыми методами.

Среднее для рассмотренных здесь интервалов времени расхождение между значениями ∆Т и ∆Т’ не превосходит 1 °С. Данные об изменении величины АТ во времени, можно сравнить с результатами определения палеотемператур для различных географических районов. Результаты такого сравнения для кайнозойской эры приведены выше.

При использовании материалов новейших эмпирических исследований климатов для всего фанерозоя, включая работы Н. А. Ясамапова и другие, можно установить, что они, как правило, находятся в хорошем качественном соответствии с данными.

Приведенные выше материалы позволяют предполагать, что колебания средней температуры воздуха в фанерозое в основном зависели от изменений концентрации углекислого газа и в меньшей степени — от изменений солнечного излучения и альбедо Земли.

Как указано выше, при повышении концентрации СO2 количество осадков, выпадающих на поверхность земного шара, возрастает. Так, в частности, уже давно установлено, что испарение с поверхности водоемов и поверхности суши в условиях достаточного увлажнения пропорционально радиационному балансу и в первом приближении равно величине этого баланса, деленной на теплоту парообразования.

Поскольку при увеличении концентрации углекислого газа радиационный баланс земной поверхности увеличивается, соответственно возрастают суммарное испарение и равная ему сумма осадков для Земли в целом. Эта зависимость может быть приближенно исследована на основе использования уравнения теплового баланса земной поверхности.

Наряду с этим установлено, что в отдельных районах земного шара при росте концентрации СO2 количество осадков может как возрасти, так и уменьшиться в соответствии с изменениями атмосферной циркуляции и других факторов.

В расчете режима осадков, так же как и при определении изменений температуры воздуха для условия значительного повышения количества углекислого газа в атмосфере, можно использовать два метода — детальные модели теории климата и палеоклиматические данные, относящиеся к эпохам с более высоким содержанием СO2 в атмосферном воздухе.

Представлены результаты определения разностей среднеширотных годовых сумм осадков, выпадающих на континентах северного полушария, для удвоенной концентрации СO2 и сумм осадков при доиндустриальном уровне количества углекислого газа. Кривая 1 основана на материалах исследования Манабе и Везеролда. Кривая 2 построена по данным В. М. Синицына для Евразии, которые относятся по его номенклатуре к позднему плиоцену. Кривая 3 соответствует средним широтным значениям, найденным по материалам исследований М. В. Муратовой и И. А. Суетовой, которые по палеоботаническим данным рассчитали годовые суммы осадков в десяти районах умеренных широт Евразии и Северной Америки для среднего плиоцена.

Как видно из рисунка, результаты всех трех исследований удовлетворительно согласуются. Все они указывают на рост сумм осадков в более высоких широтах и уменьшение осадков в более низких широтах.

Причина уменьшения количества осадков, по-видимому, связана с перемещением к северу субтропического пояса высокого давления, в пределах которого выпадает мало осадков. В более высоких широтах осадки возрастают под влиянием роста влагосодержания в более теплом атмосферном воздухе.

Изменения количества осадков, выпадавших на континенты в неогене, в основном зависели от характера атмосферных процессов. В более раннее время существенное значение для режима увлажнения континентов имело размещение движущихся континентов в отношении экватора и полюсов, что определяло их положение относительно устойчивых областей высокого и низкого давления. По-видимому, существовали эпохи (в частности, в перми и триасе), когда значительная часть поверхности континентов находилась в зоне высокого давления, что приводило к усилению аридизации континентов. Очевидно, однако, что при обусловленном более теплым климатом увеличении глобальной суммы осадков в фанерозое на континентах чаще встречались относительно более влажные условия.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: