Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Выбрать дату в календареВыбрать дату в календаре

Страницы: 1
Космическая кухня климата Земли
Основным энергетическим источником всех геофизических процессов на поверхности Земли является энергия Солнца. Большая часть лучистой энергии Солнца поглощается Мировым океаном, занимающим 2/3 поверхности планеты. Энергетическая мощность солнечного потока в тысячи раз превосходит другие источники тепла, в том числе тепловой поток из недр Земли. Солнечная постоянная  S0=1367±14 Bm/M2 мало менялась на протяжении геологической истории. Мировой океан, аккумулирующий солнечную энергию, выступает в качестве постоянного источника тепла для земных процессов, образуя вместе с атмосферой (холодильник) тепловую машину, определяющую климатические и погодные условия на Земле. Это справедливо прежде всего для непродолжительных (десятки, сотни тысяч лет) исторических периодов. Длительные палеоклиматические эпохи похолоданий и потеплений контролируются и другими важными факторами развития Земли как  планеты Солнечной системы. С большой вероятностью можно предполагать изменение таких физических параметров как наклон земной оси к эклиптике, ускорение-замедление осевого вращения (ротационный режим) движения земных полюсов и другие (1,2).
Особенность нашей планеты состоит в наличии крупного космического спутника – Луны. Система Земля-Луна в сущности двойная планета, аналогов которой нет в настоящее время в Солнечной системе (есть гипотеза, что Меркурий мог быть «потерянным» спутником Венеры). Луна-Земля вращаются вокруг общего барицентра, находящегося на расстоянии 0,8R земного радиуса от центра Земли (R=6371км) Ю.Н.Авсюк обосновал (1) модель циклической эволюции системы Земля-Луна на протяжении фаперозоя, выражающейся в их периодическом расхождении и сближении в теоретическом интервале 20-80 R. Это сопровождалось ускорением-замедлением осевого вращения Земли (на фоне его общего замедления), изменением наклона земной оси (плоскости экватора). В настоящее время расстояние Земля-Луна равно 60 R, наклон земной оси 23027. Длительность циклов расхождения-сближения Земли и Луны примерно 200 млн. лет. Развитие циклов носит волновой, гармонический характер. Волны потеплений и похолоданий сменяют друг друга, являя череду палеоклиматических кризисов разной интенсивности. Инструментальные наблюдения за последнее столетие показали сложное движение Северного полюса, прецессии и нутации земной оси, влияющие на погодные условия. В развитие предложенной цикличности рассмотрим две гипотетические модели.
Модель1, (полярная). Земля и Луна находятся на максимально возможном сближении (меньше современного). Осевое вращение Земли замедляется под действием приливных сил Луны. Уменьшается наклон земной оси, приближаясь к перпендикулярному к эклиптике. В результате уменьшается солнечная радиация в полярных широтах. Годовая сезонность почти отсутствует. Под действием приливных сил происходит сгон океанических вод к экватору. На полюсах появляются обширные площади суши. В Экваториальной зоне повышается температура воздуха и морских вод, усиливается испарение. Влажные массы атмосферы устремляются к полюсам и оседают там в виде снега и льда. Образуются ледяные покровы, достигающие средних широт. Климат планеты аридный. Преобладают пустынные ландшафты. Климатическая зональность усиливается.
Маловероятно, чтобы Земля в своей истории имела очень малый наклон оси вращения, как например планета Венера (наклон оси 2,60) К модели 1 приближалась, вероятно, ситуация в пермотриасовом периоде (см. очерк «Великая засуха…) – суровое время существования биосферы, гибель растительного и животного мира палеозоя.
Развитие Земли по модели 1 отмечается в истории следами масштабных оледенений. Есть свидетельства крупных оледенений в протерозое. Наиболее известно глобальное «гондванское оледенение» (конец карбона - начало перми около 300 млн. лет назад). Великое оледенение в Кайнозое, начинается с эоцена, растягивается на сорок с лишним млн. лет, периодически прерываясь эпизодами потепления и таяния покровных и горных ледников. В периоды максимального оледенения уровень Мирового океана понижался на 60-100 м, увеличивая территорию суши.
Модель 2, (экваториальная), отвечает максимальному отдалению Земли и Луны друг от друга при сохранении вращения вокруг общего барицентра. Земная ось предельно наклоняется к плоскости эклиптики. Осевое вращение Земли ускоряется. Земные приливы минимизируются. Гидросфера довольно равномерно распределяется по земному шару с образованием обширных мелководных морей и других водоемов. Солнце достаточно равномерно обогревает всю поверхность планеты.
Льды полярных морей исчезают. Климат планеты теплый, влажный. Смена времени года, дни и ночи, восходы и заходы Солнца носят необычный характер с точки зрения современного наблюдения. Любознательный читатель сам без труда разберется, сколь причудлив может быть окружающий мир на Земле, вращающейся «лежа на боку». Возможно, модель 2 обеспечила бы комфортные условия существования биосферы Земли. Маловероятно, что Земля в своей истории могла иметь столь большой наклон оси вращения, подобно планете Уран (наклон оси – 820). Специалисты по физике Земли полагают, что в своей 3,0-3,5 млрд. лет истории интервал наклона оси вращения колеблется в пределах 17-180 до 28-300. Тенденции в развитии модели 2 можно усмотреть в переломные для геологической истории кембрийский, девонский, юрско-меловой периоды. Последний такой эпизод приходится на верхний мел перед кайнозойским оледенением. В течение последнего вымирают богатейшая флора и фауна мезозоя. Есть некоторые основания полагать, что современный период (антропоген) – это начало нового глобального цикла по модели 2. По расчетам разных глобальных климатических моделей (ГКМ) к 2100 году ожидается повышение средней глобальной температуры на 1,5-1,80С. Количество осадков, вероятно увеличится во внетропических широтах Северного полушария и в Антарктиде зимой. Ожидается дальнейшее сокращение снежного и ледяного покрова в Северном полушарии. К 2100г. ожидается повышение среднего уровня Мирового океана на 14-80 см. Природные условия будут благоприятны. От человечества зависит, станут ли следующие тысячелетия расцветом жизни на Земле.

Литература
1. Авсюк Ю.Н. Эволюция системы Земля-Луна и ее место среди проблем нелинейной геодинамики. Геотектоника, 1993, №1.
2. Авсюк Ю.Н. Приливные силы и природные процессы, М.1996.
3. Метеорология и климатология. М, МГУ. 2004.
4. Основы океанологии. М,2008.
Земная ось кривая?, «Вместе они поднялись на торос и в бинокль попытались отыс¬кать такое важное место, как земная ось! Представления эс¬кимосов были забавными, однако для них эта мысль была исклю-чительно волнующей. Я попытался объяснить им, что полюс невидим для глаз и что
Упрощенно мы представляем земную ось (ось вращения Земли) как прямую, вокруг которой происходит суточное вращение Земли, которая проходит через центр Земли и пересекает земную поверхность в географических полюсах. Одновременно это полярный диаметр земного шара, равный 12713,554 км. Такие знания мы получаем в школе, и они достаточны для общего представления о нашей планете, о природных явлениях окружающего мира, таких как движение Солнца, смена дня и ночи, наличие климатических поясов и т.п. Наши предки, как известно, не имели представлений о шарообразности Земли и ее вращении. В древности Солнце вращалось вокруг Земли, а «ось вращения» была там, где находились боги или владыка того или иного царства древнего мира.
С возникновением и распространением гелиоцентрической системы мира (на это ушли сотни лет только в Европе) земная ось нашла, наконец, свое место на северном и  южном полюсах. Появились даже желающие увидеть ее и потрогать собственными руками. Неудивительно также, что  распространилось убеждение о земной оси, как о чем-то незыблемом, вечном, как о «стержне» на котором держится земной шар. Еще и в XIX в. наука не имела надежных сведений о составе и устройстве земных недр. Земля представлялась «твердой, как сталь» и рассматривалась как твердое, упругое небесное тело, безупречно и точно следующее законам небесной механики. Но все оказалось сложнее. Исследования в области физики Земли, строения и составе земных недр, астрономические данные показали следующее:
1. Земля не является идеальным шаром. Она скорее «грушевидная» (геоид), близкая к эллипсоиду вращения с полярным сжатием реальной поверхности 1/298,257. На полюсах (особенно на Южном полюсе) имеются «вмятины» земной коры.
2. Скорость вращения Земли не является строго постоянной, стабильной. Наблюдаются как короткопериодические замедления – ускорения вращения, так и вековые замедления вращения Земли порядка 2,1 миллисекунды в столетие. Современные сутки на пару часов длиннее, чем один миллиард лет назад (Сидоренков.2002).
3. Положение географических полюсов не является фиксированным в пространстве. Они описывают спиралевидные перемещения (прецессии, нутации). Северный полюс двигается по сложной ломаной линии в сторону Северной Америки со скоростью около 10 см./год (см. рис). Меридианы неодинаковы по длине в разных местах земного шара.
4. В ретроспективе геологической истории фанерозоя периодически менялся наклон земной оси к эклиптике. Менялось расстояние Земля-Луна, вызывая изменения силы лунных приливов.
5. Земля имеет оболочечное строение, неоднородное по составу и плотности земных масс. Сферические оболочки Земли не строго центрированы относительно друг друга. Земное ядро под влиянием приливных вил Луны перемещается, не занимая фиксированного положения в центре планеты. Отклонения наиболее значительны в новолуния и полнолуния (Авсюк, 1996).
6. Земля не является абсолютно твердым телом. Форма реальной Земли отвечает модели гидростатически уравновешенной жидкой вращающейся планеты (Сидоренков, 2002; Жарков и др., 1980)
Эти и другие данные говорят о том, что ни у земных полюсов, ни у центра Земли нет строго фиксированного положения, позволяющего рассматривать их как точки на эвклидовой прямой. Есть и другие свидетельства того, что внутри земного шара нет тектонического устройства, в котором однозначно определяется положение земной оси вращения.
На протяжении геологической истории полюса и центр Земли, другие точки на поверхности Земли и в ее недрах постоянно перемещались в пространстве, меняя, в том числе положение земной оси, ее геометрию. Можно сказать, имело место множество земных осей, возникавших и исчезнувших в геологическом времени. В совокупности они могли бы выглядеть как динамичный пучок осей, расходящийся к полюсам. Каждая индивидуальная ось (мгновенная ось) не совсем прямая, а несколько «кривоватая», возможно винтообразная. Но это не есть кривизна в эвклидовом смысле. Кривизна осей подобна меридианам и параллелям земного шара – неэвклидовым геодезическим линиям на поверхности Земли. Кривизна есть одна из характеристик пространства времени Земли как космического объекта. В этом меняющемся пространстве времени нет ничего раз навсегда данного, вечного.
Великая засуха триасового периода, Великая засуха в геологической истории Земли
Ваше замечание справедливо. Оно относится к арктическим водным бассейнам с повышенным содержанием растворенного СО2 и кислорода, что ограничивает осаждение карбонатов. В водах жарких широт содержание СО2 мало, стимулируется накопление хлоридов натрия и калия, соленосное осадконакопление. Особенность триасового периода в сухом, резко зональном климате. Мало атмосферных осадков. Обширные территории степей, полупустынь и пустынь. Полная противоположность  - следующий юрский период.
Великая засуха триасового периода, Великая засуха в геологической истории Земли
Ваш вопрос закономерен. К сожалению, ответ не столько сложен, сколько обширен по объему текста. Цикличное климатическое развитие Земли связано с циклами расхождения – сближения в системе Земля-Луна, замедления – ускорения осевого вращения Земли, уменьшения – увеличения наклона земной оси к эклиптике. Модель предложена Ю.Н. Авсюком (институт физики Земли РАН). Краткое описание в журнале «Геотектоника», 1993, № 1, с. 13-22 «Эволюция системы Земля – Луна…». Цель моего сообщения не описание модели, а в выводах из нее. Очень интересен вариант с максимальным наклоном земной оси – шикарный климатический период.
Великая засуха триасового периода, Великая засуха в геологической истории Земли
Известный исследователь угольных месторождений А.И. Егоров в своей замечательной монографии «Глобальная эволюция торфоугленакопления» (1992), характеризуя климат триасового периода, назвал его «жарким» и непродуктивным для угленакопления. Угольные формации занимают ничтожную долю площадей отложений и малую часть объема всех осадочных формаций триасового периода. Такого же мнения придерживаются и другие последователи (5.6). В геологической литературе за триасом закрепилось звание «периода великой засухи». Одновременно указывается на контрастный, зональный климатический ландшафт триаса (7). Несмотря на увеличение площади суши в триасе (до 140 млн. кВ. км) по сравнению периодами перми (120 млн. кВ. км) и карбона (70млн. кВ. км) растительность занимала ограниченные пространства вдоль рек и побережий морей. Огромные территории занимали в триасе пустыни аридных климатических зон. На триас приходится завершение палеофитной эпохи растительности, вымирание большинства видов наземных и морских животных и насекомых (2).
В пермо-карбоновый этап развития, предшествовавший триасу, Земля в своем осевом вращении стабилизировалась на отклонение экватора от эклиптики около 15-17º, что соответствует наклону земной ост около 73-75º, т.е. близко к условно вертикальному. Такой наклон оси соответствует максимальному сближению Земли и Луны на расстояние до 58-60 земных радиусов R. При таком сближении максимально замедляется осевое вращение Земли из-за приливных взаимодействий. Приливы и циркуляция океанических вод и атмосферы в экваториальной зоне достигают большой интенсивности. Временной интервал событий отвечает верхнему карбону – нижнему триасу, примерно на протяжении 50 млн. лет. Эти космические события имели последствия.
1. Замедление вращения Земли привело к некоторому уменьшению полярного сжатия геоида (эллипсоида вращения) с соответствующими глобальными деформациями земной коры: сжатием в экваториальной зоне и расширением в высоких широтах.
2. Малый наклон земной оси вызвал снижение потока солнечного тепла к полюсам, охлаждению полярных областей. В низких широтах, в экваториальной зоне, напротив, возросла интенсивность солнечной радиации, увеличились приземные температуры, установился очень жаркий климат.
3. В результате сближения с Луной возросла сила приливов. Произошел сгон океанических вод от полюсов к экватору. В высоких широтах увеличились площади суши (регрессия). Аналогичные процессы произошли в атмосфере с увеличением ее мощности на экваторе.
4. Значительное повышение температуры земной поверхности и атмосферы в экваториальной зоне резко усилило испарение вод Мирового океана. Усилилась атмосферная конвекция и адвекция. Огромные объемы теплого влажного воздуха перемещалась в высокие широты, где формировались полярные шапки и ледовые щиты, достигшие средних широт. Свидетельством тому стали реликты масштабного (глобального) гондванского пермокарбонового оледенения.
5. Огромные объемы пресной воды законсервировались в ледниковых полярных щитах. На земном шаре установился контрастный аридный климат: холодный в высоких широтах и жаркий в экваториальной зоне Большие площади заняли холодные и жаркие пустыни. Формируются красноцветны и эвапориты.
6. В покрывных ледниках вместе с пресной водой консервируются значительные объемы свободного кислорода. Бескислородная атмосферная обстановка седиментации благоприятствует накоплению черных сланцев. Бескислородная атмосфера приводит к вымиранию животного мира палеозоя.
7. Аридный климат уничтожил растительность верхнего палеозоя. Кислород перестал воспроизводиться, в то время как объемы СО2 возрастали. Несмотря на высокое содержание СО2 в атмосфере, карбонатный седиментогенез ограничен дефицитом кальция и магния в речных стоках.
Описанная ситуация продолжается вплоть до среднего триаса. Примерно во второй половине перми начинается цикличное расхождение Земли и Луны, достигающее максимума в средине юрского периода 66 R. Ускоряется осевое вращение Земли, возрастает сжатие геоида с обратными к предыдущим деформациями земной коры. Наклон земной оси увеличивается до 60-65º с соответствующим обогревом полярных областей и таянием ледниковых покровов. Уровень Мирового океана поднимается, повсеместно происходят трансгрессии моря, многочисленные несогласия в триасовых формациях, столь характерные для этого периода. Начинается мезофитная эра растительности и возрождение животного мира. Впереди времена динозавров.
Сходные космические и геологические события происходили на рубеже протерозоя и кембрия, а также в девоне. Эпизоды того же геологического содержания можно отметить в кайнозое на примере Великого неоген-четвертичного оледенения (начало 3,3-3,2 млн. лет назад).
Небесно-механические циклы в системе Земля-Луна-Солнце, на которых основывается изложенная концепция геологических событий, имеет волновой гармонический характер развития во времени. Развитие геологических событий следует этому же порядку (3).


Литература
1. Авсюк Ю.Н. Эволюция системы Земля-Луна и ее место среди проблем нелинейной геодинамики. Геотектоника, 1993, №1.
2. Егоров А.И. Глобальная эволюция торфо-угленакопления. Ростов-на-Дону, 1997.
3. Кичигин Л.Н. Гелиолицентрические принципы глобального тектогенеза. Ростов-на-Дону, 2013.
4. Кичигин Л.Н. Тектонические условия траппового магматизма. Ростов-на-Дону, 2013.
5. Потапов И.И. Геотектоника – философия геологии. Ростов-на-Дону, 1996.
6. Ронов А.Б., Хаин В.Е. История осадконакопления в среднем и верхнем палеозое в связи с герцинским этапом развития земной коры. Советская геология, Сб. 58, 1957.
7. Синицын В.М. Палеогеография Азии. М., 1962.
Страницы: 1