История современного города Афины.

Древние Афины
История современных Афин

Климат древней Земли. Фанерозой и Четвертичный период. Древние климаты земли

Климат древней Земли. Фанерозой и Четвертичный период

Изменение климата в Фанерозое

Начало палеозоя характеризовалось теплым климатом. Основные массы суши были сосредоточены в тропических и умеренных широтах. Южный и Северный полюса омывались океаном, и это препятствовало образованию льда. Похолодание климата, приведшее к новому крупному оледенению, отмечено около 450 млн. лет назад в позднем ордовике. К этому времени на поверхности земного шара произошли значительные перемещения материковых плит: на западе существовали обособленные друг от друга древние аналоги Северной Америки и Евразии. На востоке материки объединились в суперконтинент Гондвана, в который входили Африка, Южная Америка, Индия, Антарктида и Австралия. Позднеордовикский Южный полюс находился на месте нынешней Сахары. Здесь развилось большое покровное оледенение. Во время этого оледенения ледниковые щиты достигали толщины 2 км.

К силуру, т.е. 440 млн. лет назад, средняя температура снова выросла примерно до 20°С. Это на 5°С выше современной температуры. Климат стал более теплым. Потепление продолжалось и в девоне (от 400 до 350 млн. лет назад), когда средняя температура Земли достигала 25°С. Во многих районах бурно развивалась растительность, климат был тропическим. Такие же условия сохранились и в карбоне. Однако, в течение каменноугольного периода происходило похолодание. Каменноугольные период, охватывающий интервал 350-285 млн. лет назад, был временем, когда образовался суперконтинент Пангея, простиравшийся от Северного до Южного полюсов. В начале Перми мощное покровное оледенение стало максимальным. Средняя температура упала до 8°С. Глубокое похолодание климата имело существенное влияние на развитие растительного и животного мира. К концу пермского периода вымерло 75% семейств земноводных и свыше 80% пресмыкающихся. Но определенные виды растений, наоборот, сумели приспособиться к холодному климату.

В начале триасового периода (230 млн. лет назад) все основные массивы суши были спаяны в единый суперконтинент – Пангею. Впоследствии в Юрском периоде Пангея стала распадаться. Открылся широкий пролив между южным суперконтинентом Гондваной и северным суперконтинентом Лавразией, часть которого оказалась затопленной. Гондвана раскололась на Южную Америку, Африку, Индию, Антарктиду и Австралию. В течение триасового периода происходило постепенное потепление. Юрский период характеризовался теплыми температурами на всем своем протяжении. Юрскому климату была свойственна широтная зональность. В Юрский период на Земле царствовали динозавры. В меловой период, т.е.135 млн. лет назад, климат оставался теплым, средняя температура была 25°С. В Западной Европе средние годовые температуры в Европе достигали 18-22°С. В целом меловой период был теплее современного, хотя широтная зональность была отчетливой даже в самые теплые века мела.

В конце мелового периода происходит великое вымирание морской и наземной мезозойской флоры и фауны – погибли аммониты, белемниты, динозавры и значительная часть морского планктона. Причиной этой природной катастрофы, вероятно, было относительно кратковременное похолодание, вызванное выбросом в атмосферу огpомного количества аэрозолей, которые уменьшили приток солнечной радиации к земной поверхности до значений, понизивших глобальную температуру на 2,9°С относительно предшествующего времени и температуру морской воды в полярных районах до 7 -8°С.

Oтносительно причины выброса аэрозолей в атмосферу существуют две точки зрения. Одни ученые считают, что выброс аэрозолей в атмосферу произошел в результате столкновения Земли с астероидом. Об этом свидетельствует прослойка в породах на границе между мезозоем и кайнозоем с повышенным содержанием иридия, который приносится на Землю из космоса. Другие связывают выброс аэрозолей в атмосферу с взрывным усилением в это время вулканизма, отмечая, что при извержениях наряду с пеплом и газами мог переноситься и иридий, который содержится в ультраосновных породах мантии. Как бы то ни было, но к концу мелового периода глобальная температура снова повысилась и превышала современную на 7-10°С.

Таким образом, на рубеже между мезозоем и кайнозоем климат Земли отличался мягкостью, был теплым и влажным, льдов в полярных районах не было, контраст между экватором и полюсами составлял 15-16°С, в то время как сейчас он меняется от 30°С летом до 60°С зимой.

Кайнозойская эра, которая началась 65 млн. лет назад, вначале характеризовалась теплым климатом. В палеоцене сохранялись высокие температуры: средняя глобальная температура в это время превышала современную примерно на 8-9°С, средняя годовая температура на широте Лондона (51° с.ш.), например, была не менее 21°С (сейчас она равна 10°С), средний меридиональный градиент экватор - полюс был равен 15-17°С, т.е. примерно в два раза меньше, чем летом нашего времени.

Затем начиная с позднего эоцена (примерно 44 млн. лет назад) началось устойчивое ступенеобразное понижение глобальной температуры. Уже к середине олигоцена (30-35 млн. лет назад) температура поверхности воды в экваториальных широтах Тихого океана понизилась до 17-18°С, а придонных вод - до 5°С. В миоцене начиная с 23 млн. лет назад началось потепление, которое достигло пика в период между 19 и 15 млн. лет назад. Оно охватило все континенты. Средние годовые температуры, например в Центральной Европе, не опускались ниже 18-20°С, а годовые суммы осадков составляли не менее 1000 мм, в Западной Сибири среднегодовая температура воздуха не опускалась ниже 10-12°С.

Новое резкое падение температуры началось с середины миоцена, примерно 15 млн. лет назад. К концу этого периода температура придонных вод составляла 2°С. Она характеризует климатические условия в полярных широтах земного шара, поскольку придонные воды - это опустившиеся в полярных районах воды и растекшиеся затем по дну без изменения своей температуры

Примерно в это время началось оледенение Антарктиды сначала в горах, а 15 млн. лет назад и на всем материке. Современная температура придонных вод в полярной области равна -l°С, а в районе экватора 1-2°С. Таким образом, тенденция к понижению температуры в течение кайнозойской эры от палеоцена к плиоцену, наблюдавшаяся в полярных районах, характеризует также условия на всем земном шаре. Причем, если до раннего плиоцена не обнаруживается больших колебаний средней температуры Земли, то, начиная со среднего плиоцена, фиксируются значительные колебания средних температур с амплитудой, достигающей 10°С в течение периодов, длящихся несколько десятков тысяч лет.

Так, в начале плиоцена 5,0 млн. лет назад началось потепление, вызвавшее таяние ледникового щита Антарктиды и горных ледников Северного полушария. Это привело к мощной глобальной трансгрессии (4,7-4,4 млн. лет назад), поднявшей уровень мирового океана на 100 м. Однако около 3,3-3,2 млн. лет назад началось новое глобальное похолодание, которое характеризовалось резким возрастанием нестабильности климата. Похолодание привело к появлению ледниковых щитов в Северном полушарии, в частности к возникновению первого покровного оледенения в Северной Америке (2,8-2,4 млн. лет назад), распространившегося до Великих озер, к росту континентальных ледниковых щитов в Антарктиде и резкому падению уровня Мирового океана. Понижение уровня океана привело к обнажению больших участков суши и, таким образом, к увеличению континентального климата, а также изменило условия водообмена между различными бассейнами и, вероятно, привело к потере связи между Тихим, Индийским и Атлантическим океанами в тропических широтах. Появление мощного ледникового покрова в Антарктиде привело к увеличению альбедо и уменьшению солнечной радиации, получаемой Землей, к охлаждению вод циркумполярного течения вокруг Антарктиды и, следовательно, понижению температуры придонных вод всего Мирового океана.

Изменение климата в Четвертичный период

Плейстоцен (продолжительность 1,5±0,5 млн. лет) в течение долгого времени был синонимом названия «ледниковый период», поскольку считалось, что оледенение в Северном полушарии началось только в плейстоцене. Но оледенение в Южном полушарии началось в миоцене 15 млн. лет назад, а в Северном полушарии ледовые щиты появились 3 млн. лет назад. В течение плейстоцена происходила смена похолоданий климата и межледниковий.

Плейстоцен начинается оледенением Гюнц 1,2-1,0 млн. лет назад. Южная граница гюнцского оледенения достигла 56° с.ш. В Европе и 40° с.ш. в Америке. Гюнц закончился гюнц-миндельским потеплением 1,0-0,76 млн. лет назад.

В Северо-Западной Европе во время этого межледниковья были распростанены широколиственные леса, средняя годовая температура равнялась 9°С.

Далее наступило классическое оледенение Альп – миндель - примерно 790-580 тыс. лет назад. По некоторым данным в эту эпоху наблюдалась максимальная площадь ледяного покрова. В Западной Европе скандинавский ледовый щит распространялся далеко на юг, захватив Англию. На территории России во время Окского оледенения южный край ледника достигал устья Камы. Далее последовало Миндель-Рисское межледниковье (580-350 тыс. лет назад). В Европе температура воздуха летом была выше на 2-3° С выше, чем в современный период. Виноград распространился на Британские острова, Данию и Польшу. В центре России в это время росли широколиственные леса: граб, липа, тис, грецкий орех. Были также и хвойные леса. Миндель-рисское межледниковье является одним из самых теплых времен плейстоцена.

Вслед за этим межледниковьем наступило новое похолодание – Рисский ледниковый период (350-150 тыс. лет назад). Последнее оледенение, названное на территории Западной Европы Вюрм-Висла, в нашей стране – валдайским и зырянским, а в Северной Америке – висконсинским, началось 115 тыс. лет назад. В Евразии началось образование и накопление льда над Скандинавским нагорьем. Распространение ледникового покрова на Западную Европу привело к исчезновению лесов в Англии, Нидерландах, Германии и на северо-западе современной России. Уровень Мирового океана понизился примерно на 60 м ниже современного положения.

В позднем Вюрме – с 25 тыс. лет назад до 10 тыс. лет назад – продолжалось похолодание климата и наступление ледникового покрова, который достиг максимального за весь вюрмский период размера 21 тыс. лет назад. Уровень поверхности Мирового океана был на 85 м ниже современного.

В центре субтропических антициклональных круговоротов температура повышалась. В среднем для Земного шара температура поверхностных вод Мирового океана была на 2,3°С ниже, чем в настоящее время. Расчеты показали, что климат эпохи оледенения в континентальных областях, не покрытых льдами, был существенно холоднее. В Восточной Европе температура была на 10-15°С ниже современной. В среднем для Земли воздух был на 5°С холоднее современного, а климат суше.

Позже началось отступание Скандинавского и Северо-Американского ледниковых щитов.

biofile.ru

Климат древней Земли - 26 Августа 2012 | Земля

26.08.2012 Австрийские ученые заключили, что лето как относительно четко выделенное время года, появилось на Земле не раньше, чем 13 тысяч лет назад.

Выводы исследователей пока не опубликованы в рецензируемом научном журнале. Кратко содержание работы пересказывает агентство "Синьхуа".

Авторы нового исследования изучали донные отложения в австрийском озере Ланге, образцы которых были подняты с глубин от 3,4 до 4,4 метра. Соответственно, возраст отложений составлял от 19 тысяч до 13 тысяч лет. Ученые анализировали состав растений, в том числе водорослей, останки которых сохранились в озере. По характеру растительности исследователи могут восстановить климат прошлого. Так, кустарники, травы и многие водоросли способны выдерживать холодный климат и резкие перепады температур, а деревьям нужна более стабильная и теплая погода.

По итогам своей работы авторы заключили, что после окончания последнего ледникового периода около 20 тысяч лет назад на Земле постепенно стало теплеть. Около 17 тысяч лет назад среднегодовые температуры резко упали и этот локальный минимум длился около 2,5 тысяч лет. Приблизительно 14,5 тысяч лет назад климат вновь стал более теплым.

Во время такой "эпохи нестабильности" четко выраженного лета не было. Температура воды в озере в холодные периоды не поднималась выше 10 градусов Цельсия, а в теплые поднималась всего до 18 градусов.

Ученые предполагают, что атмосферная температура также была нестабильной.

Климат древней Земли до сих пор остается предметом споров ученых. О температурном режиме планеты в прошлом исследователи могут судить только по косвенным признакам, поэтому в трактовках разных коллективов часто встречаются противоречия. Однако почти все ученые согласны, что в прошлом планета пережила несколько периодов глобального потепления и глобального похолодания.

NewsMe.com.ua

earth-chronicles.ru

Характеристика климатической системы древней Земли

Реферат

"Характеристика климатической системы древней Земли"

Для понимания причин изменения климата исключительно важно знать его эволюцию на протяжении всей истории развития нашей планеты, которая оценивается периодом примерно в 4,6 млрд. лет. Наибольший интерес представляет климат эпохи, получивший название "голоцен". Он начался 15-18 тыс. лет назад и продолжается по настоящее время. Именно с ним связано развитие современной цивилизации.

Изменения климата Земли зависят от взаимодействия основных компонентов климатической системы: наиболее подвижной и ответственной за условия существования жизни - атмосферы, менее подвижных - океана и криосферы, т.е. воды в замерзшем состоянии (континентального и морского льда, снега), а также поверхности суши и биосферы, включающей растительный, животный мир и самого человека.

Весьма характерно, и это является, по-видимому, особенностью климата нашей планеты, что биосфера, влияя на другие компоненты климатической системы, в свою очередь полностью зависит от них. Из-за сложности взаимодействия компонентов климатической системы современные исследования эволюции и истории климата основываются не только на анализе эмпирических данных, но и на физических, физико-химических, астрофизических и математических методах анализа, на изучении биохимических циклов, протекающих в климатической системе с учетом сложных обратных связей.

Лишь в середине текущего столетия наука начала переходить от стадии статистического описания хронологии климата к стадии его объяснения на основе физических теорий.

К настоящему времени известно несколько десятков определений понятия "климат". Сам термин, буквально означающий "наклонение солнечных лучей", был предложен древнегреческим астрономом Гиппархом (190-150 гг. до н.э.). Затем это понятие развивалось древнегреческими учеными.

Примерно до конца XVIII в. господствовало мнение, что климат определяется высотой Солнца над горизонтом. Согласно этому представлению, существовало девять климатов. Первый охватывал полосу в 12° шириной к северу и югу от экватора, остальные климаты разделялись кругами широт через 5°30'. Все, что было севернее 50° с.ш., относилось к девятому климату, в то время считавшемуся необитаемым. Южное полушарие, о котором тогда ничего не было известно, вообще ни к какому климату не причислялось.

В дальнейшем было принято другое деление. Земля делилась на 36 климатов по обе стороны от экватора. Район вблизи экватора, где разность между самым продолжительным и коротким днем в году составляла менее 1 часа, относился к первому климату. Там, где эта разность была 1-2 часа, - ко второму и т.д. до 24-го климата. Кроме того, между полюсом и полярным кругом размещалось еще 12 климатов. Там, где Солнце не заходит до одного, полутора, двух, двух с половиной месяцев, полагали 26-29-й климаты вплоть до 36-го у полюса, где Солнце не заходит шесть месяцев.

В скором времени люди, однако, убедились, что средние условия погоды в этих так называемых одинаковых климатических зонах разные, и начали искать тому объяснение. Появились новые определения климата. Наиболее полное было дано А. Гумбольдтом, который считал, что слово "климат" прежде всего обозначает "специфическое свойство атмосферы, которое зависит от непрерывного совместного действия подвижной поверхности моря, изборожденной течениями противоположных температур, излучающей тепло суши, которая определяет громадное разнообразие в отношении своей орографии, окраски и состояния покрова". Это определение, однако, продержалось недолго. С 70-х гг. XIX в. климат трактуется уже "как общее состояние погоды в определенном месте или в определенной стране, или, точнее говоря, совокупность средних величин и свойств всех метеорологических элементов есть не что иное, как то, что называют климатом какого-либо места".

В 20-30-х и в конце 40-х - начале 50-х гг. нашего столетия вновь разгорелись дискуссии по климату. Лишь в 70-х гг. было предложено определение понятия климата как совокупности статистических свойств климатической системы за достаточно длительный, но ограниченный промежуток времени. Большинство исследователей сходятся на том, что период осреднения должен быть от нескольких лет до 10 и даже 30 лет. Имеются серьезные основания относить к климату все то, что не может быть выражено в терминах погоды, особенно в части прогноза. Под погодой при этом понимается совокупность значений метеорологических элементов в любой точке трехмерного пространства в любой момент времени. В такой трактовке существует предел предсказуемости погоды, который оценивается двумя-тремя неделями. За пределами предсказуемости можно, по-видимому, говорить не о прогнозе погоды, а о прогнозе осредненных характеристик, т.е. о климатических прогнозах.

Для оценки изменений климата в прошлом и прогноза его изменений в будущем важное значение имеет изучение условий формирования крупных климатических аномалий, которые в основном и определяют экстремальные климатические условия жизни на Земле.

Хорошо известно, что для существования жизни необходимо наличие жидкой воды и атмосферы с определенным химическим составом и массой. При этом необходимым условием является протекание ряда биохимических циклов в круговороте воды, углекислого газа (углерода), кислорода, азота, фосфора, серы, поддерживаемых солнечным излучением.

Кислород, как известно, необходим для процессов окисления и дыхания. В результате разложения молекулы кислорода под действием солнечного излучения и последующей реакции тройного соударения в атмосфере образуется трехатомное соединение кислорода - газ озон. Последний поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение и, таким образом, несмотря на очень низкое его содержание (2,5-3 мм, а в высоких широтах - 4 мм ртутного столба), защищает от гибели биосферу.

В связи с этим воздействие на озоновый слой, которое начало осуществляться в результате деятельности человека, крайне нежелательное явление.

Вода - прекрасный растворитель. Она способна легко разогреваться и отлично поглощать тепловое (инфракрасное) излучение. Оставаясь в жидком состоянии в широком диапазоне температур, вода может превращаться в водяной пар и замерзшую форму в виде льда и снега. Любая из этих крайних форм не пригодна для обеспечения нормальных условий существования человека, для которого температура "комфорта" лежит в довольно узком диапазоне порядка 20-25°С.

Вода состоит из двух наиболее распространенных химических элементов - водорода и кислорода. Под действием ультрафиолетового излучения молекулы воды распадаются, что приводит к образованию кислорода, способного формировать другие соединения, включающие аминокислоты. Последние являются теми строительными "кирпичиками", которые так необходимы для жизни.

Углероду, также широко распространенному химическому элементу не только на нашей планете, но и во Вселенной, присуща уникальная способность образовывать большое количество различных сложных соединений. Он необходим для существования саморазвивающихся систем, которые мы называем живыми.

Углеродный цикл в системе "атмосфера - океан - биосфера" - один из важнейших биохимических циклов. В результате фотосинтеза из каждой грамм-молекулы углекислого газа, поглощаемого растениями из атмосферы, образуется одна грамм-молекула кислорода и одна грамм-молекула углерода. Таким путем образовался весь кислород нашей атмосферы. Значительная же часть имевшегося в первичной атмосфере углерода перешла в биосферу, образовав запасы органического топлива, и в океан, где она находится в виде как растворенного углерода, так и главным образом карбонатных осадков. Механизм превращения углекислого газа из первичной атмосферы в органический углерод был очень длительным.

В настоящее время человек, добывая и усиленно сжигая химическое топливо, возвращает накопленный углерод в атмосферу, откуда он частично поглощается биосферой (главным образом океаном). В результате хозяйственной деятельности этот биохимический цикл заметно нарушен. Достаточно сказать, что природе нужно было около одного миллиона лет, чтобы накопить то количество углерода в виде органического топлива, которое сжигается в настоящее время в течение всего лишь одного года.

Азотный цикл достаточно сложен и включает фиксацию азота в различных соединениях, необходимых для поддержания жизни. Этот цикл в первичной атмосфере Земли был прежде всего связан с преобразованием аммиака. В результате окисления 4 грамм-молекул аммиака и 3 грамм-молекул кислорода образуется 6 грамм-молекул водяного пара и 2 грамм-молекулы азота. Эти два газа - азот и кислород - и определяют основной состав нашей атмосферы, сформировавшейся в течение длительной истории развития Земли.

Ни один из указанных газов не обладает активными радиационными свойствами, т.е. они пропускают как коротковолновое солнечное излучение с максимумом излучения в видимой области спектра, так и уходящее длинноволновое (инфракрасное) излучение с максимумом в области 12-15 мкм. Однако начавшийся процесс сжигания топлива, ядерные взрывы и т.п. приводят к образованию окислов азота, которые являются радиационно активными газовыми примесями и поглощают как солнечное, так и инфракрасное тепловое излучение системы "Земля - атмосфера", меняя ее радиационный баланс.

Имеются и другие биохимические циклы, важные для поддержания жизни на Земле и участвующие в эволюции различных компонентов климатической системы. К ним относятся фосфорный цикл, важный прежде всего для эволюции биосферы, и серный цикл, который приобрел первостепенное значение в последние десятилетия. В атмосферу в результате антропогенного воздействия стало поступать большое количество серы и ее соединений, что резко нарушило естественный серный цикл. Так как серные соединения (серная кислота прежде всего) являются токсичными для биосферы, изучение серного цикла важно для понимания эволюции климата и отдельных компонентов климатической системы в условиях антропогенного воздействия.

mirznanii.com