Факультет

Студентам

Посетителям

Состав атмосферы в фанерозое

Современная атмосфера содержит сравнительно небольшое количество углекислого газа, концентрация которого приблизительно равна 0,03% (объемные проценты).

Как известно, углекислый газ оказывает значительное влияние на климат. Усиливая парниковый эффект атмосферы, он повышает температуру нижних слоев воздуха, что приводит к увеличению испарения с земной поверхности и росту количества атмосферных осадков. Уже давно высказывалось предположение, что в прошлом атмосфера содержала большее количество углекислого газа по сравнению с современной эпохой. Это предположение было подтверждено в исследовании автора, А. Б. Ронова и А. Л. Яншина, в котором по материалам о химическом составе осадочных пород были рассчитаны значения концентрации СO2 для всего фанерозоя.

Концентрация СO2 на протяжении фанерозоя изменялась более чем в десять раз, причем она была значительно выше современной. Сравнение кривых СO2 и v приводит к выводу об их заметном сходстве. Видно, что максимумы количества вулканогенных пород в большинстве случаев совпадают с повышениями концентрации углекислого газа. Это подтверждает известное представление о ведущей роли вулканической активности в балансе атмосферного углекислого газа.

Естественно поставить вопрос, как влияло на живые организмы изменение концентрации углекислого газа в геологическом прошлом.

В фанерозое существовала общая тенденция к увеличению кислорода в атмосфере, хотя этот рост был очень неравномерным. Первое значительное повышение количества кислорода произошло в девоне, причем его высокая концентрация была достигнута в конце девона — начале карбона. В пермском и особенно в триасовом периоде количество кислорода значительно уменьшилось. Второе резкое увеличение массы кислорода произошло в конце триаса-начале юры, с середины мелового периода эта масса уменьшалась, оставаясь, однако, до современной эпохи на довольно высоком уровне.

Можно думать, что колебания количества кислорода в основном зависели от изменений глобальной величины продуктивности автотрофных растений и от возможности образования отложений органического углерода, созданного в ходе процесса фотосинтеза. Так как в современных условиях суммарная для земного шара величина продуктивности фотосинтеза на три четверти составляется из продуктивности наземных растений и на одну четверть — из продуктивности океанов, следует предполагать, что первый максимум количества кислорода был следствием как роста концентрации углекислого газа, так и распространения в девоне растений на континентах. Высокий уровень концентрации СO2 в это время способствовал значительному повышению температуры воздуха и улучшению увлажнения континентов, на которых создались условия для захоронения больших количеств неокисленного углерода, что привело к росту количества кислорода в атмосфере. В дальнейшем количество атмосферного углекислого газа значительно уменьшалось — сначала во второй половине карбона, затем во второй половине перми и в начале триаса. Это привело к соответствующему понижению температуры воздуха и снижению количества осадков, выпадающих на континентах, что способствовало уменьшению отложения органического углерода и явилось причиной убывания массы атмосферного кислорода.

Второй максимум количества кислорода, вероятно, был связан с длительным, хотя и не очень большим повышением концентрации СО2 на протяжении мезозойской эры, а также с ростом продуктивности новых форм автотрофных растений.

Так как приведенные здесь данные об изменениях количества углекислого газа и кислорода в атмосфере получены в результате приближенных расчетов, в дальнейшем они должны быть уточнены. Можно думать, однако, что основные черты представленных закономерностей колебаний химического состава атмосферы в течение фанерозоя не будут изменены в последующих исследованиях. Для этого предположения есть следующие основания. Во-первых, как отмечено выше, найденные в расчете максимальные концентрации СО2 в большинстве случаев совпадают с эпохами повышенной вулканической активности. Во-вторых, данные об изменениях концентрации СO2 хорошо согласуются с эмпирическими материалами о колебаниях средней температуры воздуха, особенно для заключительной части фанерозоя, когда влияние на термический режим других климатообразующих факторов было сравнительно небольшим (этот вопрос подробнее обсуждается ниже). В третьих, найденная в расчетах средняя концентрация СO2 в фанерозое оказалась близкой к оптимуму этой концентрации для процесса фотосинтеза, что подтвердило представление о приспособлении автотрофных растений к химическому составу атмосферы, более богатой углекислым газом. В-четвертых, диапазон изменений концентрации СO2, найденный в расчетах, согласуется с предположениями о его величине, высказанными в геохимических исследованиях исходя из закономерностей формирования осадочных отложений.

Достоверность данных об изменениях концентрации O2 в атмосферном воздухе не обсуждалась столь детально. Одним из критериев реалистического характера полученных материалов о колебаниях количества кислорода в атмосфере являются представленные ниже результаты сопоставления этих материалов с изменениями живой природы. Наряду с этим возможна прямая проверка данных о количестве атмосферного кислорода в прошлом геохимическими методами, которая должна быть выполнена в ближайшем будущем.

Возвращаясь к вопросу о влиянии изменений химического состава атмосферы на растения и животных, отметим, что развитие растительности в фанерозое было тесно связано с изменениями химического состава атмосферы. Время широкого распространения растительности на континентах в девонском периоде соответствует самому крупному увеличению концентрации СO2 в атмосфере за всю историю фанерозоя. Увеличение концентрации углекислого газа примерно в три раза по сравнению с более ранним временем имело исключительное значение для развития наземной растительности. Это значение определялось, во-первых, непосредственным влиянием концентрации СО2 на продуктивность фотосинтеза. Можно думать, что увеличение продуктивности автотрофных растений облегчило их приспособление к ранее недоступным для них условиям поверхности континентов. Во-вторых, рост количества углекислого газа в атмосфере привел к существенному изменению климатических условий, в частности, к значительному повышению температуры воздуха и соответствующему возрастанию сумм осадков, выпадающих на земную поверхность. Все эти изменения климата благоприятствовали развитию растительного покрова на континентах.

Более сложный характер должно было иметь влияние роста количества атмосферного кислорода во второй половине девона. Хотя увеличение массы кислорода ограничивало увеличение продуктивности фотосинтеза из-за повышения расхода органического вещества на дыхание, следует, однако, думать, что во второй половине девона — начале карбона существовали исключительно благоприятные условия для развития растительности. В дальнейшем эти условия неоднократно ухудшались, в особенности в эпохи снижений средней температуры воздуха, когда развивалась аридизация значительной части поверхности континентов.

Эпохи аридизации оказали глубокое влияние на эволюцию растений, в ходе которой возникли новые прогрессивные группы, лучше приспособленные к условиям недостаточного увлажнения по сравнению с древними наземными флорами.

Колебания количества кислорода, должны были оказывать значительное влияние на жизнедеятельность животных. Следует отметить, что наибольшие значения содержания кислорода в атмосфере прошлого заметно меньше его количеств, оказывающих токсический эффект на организмы животных. В связи с этим рост массы кислорода при прочих равных условиях способствовал повышению метаболизма и усилению активности аэробных организмов.

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



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: