| Меню сайта |
 |
|
|
 |
| Форма входа |
|
|
|
|
| Поиск |
|
|
|
|
| Наш опрос |
|
|
|
|
| Друзья сайта |
|
|
|
|
| Статистика |
|
|
|
|
|
| Приветствую Вас, Гость · RSS |
19.04.2024, 15:24 |
|
Коротко о палеоклимате
|
|
| Relict | Дата: Суббота, 21.01.2012, 23:29 | Сообщение # 1 |
 Генералиссимус
Группа: Администраторы
Сообщений: 2525
Статус: Offline
| Криоэры и термоэры
Современная климатическая картина с крупными полярными шапками из снега и льда - скорее исключение, чем правило в геологической истории. Хотя в истории эволюции Земли отмечались неоднократные эпохи похолодания с образованием обширных ледяных шапок в приполюсных районах.
Как мы помним, в период каменноугольно-пермского оледенения значительная часть Гондваны была покрыта толстым слоем льда, периодическое таяние и накопление которого оказало существенную роль на образование угольных пластов во всем мире.
В верхнепалеозойских слоях всех гондванских материков найдены ледниковые отложения - тиллиты (которые, кстати, послужили одним из отправных пунктов в построениях Вегенера). Следы оледенений найдены и в одновозрастных отложениях Сибири. А вот за изъятием этого отрезка времени (поздний карбон - ранняя пермь) и современности климат в высоких широтах был если и не жарким, то во всяком случае безморозным: в раннем карбоне и Европы, и Шпицбергена, и Сибири найдены толстые, явно многолетние стволы древовидных плаунов, а в эоценовых отложениях острова Элсмир (Канадский архипелаг) - крокодилы.
Периоды существования такого контрастного климата с холодными полюсами, как в позднем палеозое и позднем кайнозое, называют криоэрами ("криос" - по-гречески холод), а выровненного по всей Земле (как в мезозое) - соответственно, термоэрами.
Общее количество тепла, получаемое Землей от Солнца, считается достаточно постоянным во все времена; здесь существует своя циклика, но расстояние-то между ними неизменно. Следовательно, дело в основном в распределении этого тепла по поверхности планеты, прежде всего - в характере и интенсивности теплопереноса от экватора к полюсам.
Поскольку планета шарообразна, солнечные лучи всегда будут, при прочих равных, нагревать ее экватор сильнее, чем полюса, образуя так называемый экваториально-полярный температурный градиент. Любой градиент стремится к выравниванию, в данном случае - за счет постоянного теплообмена между низкими и высокими широтами.
Теплообмен этот осуществляется посредством конвекции в обеих подвижных оболочках Земли - гидросфере и атмосфере.
Конвекция в гидросфере - это теплые морские течения, которые обогревают высокоширотные области точно так же, как водяное отопление - ваши квартиры. Движущей силой конвекционных токов являются возникающие в среде архимедовы силы плавучести: когда часть вещества "тонет" или "всплывает", этот объем - в силу связности среды - замещается веществом, поступающим из другой ее точки. В нашем случае токи в Мировом океане могут возникать за счет того, что "тонет" либо холодная вода в высоких широтах (термическая циркуляция), либо избыточно осолоненная (в результате испарения) вода на экваторе (галинная циркуляция). При термической циркуляции вода движется от экватора по поверхности, а от полюсов - по дну, а при галинной наоборот.
Говоря о конвекции в атмосфере, необходимо учитывать, что здесь тепло переносится главным образом водяным паром: тепловая энергия, затраченная на испарение воды, выделяется там, где этот пар, перенесенный воздушными течениями, превратится обратно в жидкость - то есть выпадет в виде осадков. Атмосфера каждого из полушарий распадается на три широтных сегмента - конвективные ячейки: экваториальная, умеренных широт и приполярная. В каждой из ячеек существует относительно замкнутая воздушная циркуляция, причем направления циркуляции в граничащих между собой ячейках противоположны - в точности, как в цепи шестеренок. В одной половине ячейки доминируют восходящие токи, во второй - нисходящие; соответственно, влага, испаряющаяся в первой половине, выпадает главным образом во второй. Например, в экваториальной ячейке Северного полушария ток направлен от севера к югу, так что в южной ее половине возникают влажные тропические леса, а в северной - засушливые саванны.
в ячейке же умеренных широт, где направление тока обратное, пустыни возникают на юге, а субтропические и широколиственные леса - на севере. Другим фактором атмосферной конвекции (главным образом широтным) являются муссоны - сезонные ветры постоянного направления, дующие с океана на континент или обратно. С муссонами связано, среди прочего, чередование сухого сезона и сезона дождей в тропических широтах, где температура весь год постоянна.
|
| |
| |
| Relict | Дата: Суббота, 21.01.2012, 23:31 | Сообщение # 2 |
|
Генералиссимус
Группа: Администраторы
Сообщений: 2525
Статус: Offline
| 
Так вот, возвращаясь к крио- и термоэрам, ныне (как, видимо, и вообще в криоэрах) основной приток тепла в высокие широты осуществляется мощными теплыми течениями вроде Гольфстрима. При этом возникает температурная аномалия: океан в районе 60-х широт существенно (почти на 20 градусов!) теплее, чем следовало бы из соображений геометрии планеты. Однако это обстоятельство имеет и оборотную сторону: на материке развивается мощный зимний антициклон (область высокого давления) с температурами на 20 градусов ниже, чем следовало бы. Из антициклона "вытекает" холодный сухой воздух, тогда как встречный ток теплого воздуха лишь "приподнимает верхушку" антициклона - то есть тепловая энергия расходуется на механическую работу против силы тяжести. В итоге континентальные антициклоны работают как мощные всепланетные холодильники (влияние Сибирского антициклона ощущается далеко на юге и приводит к холодным зимам не только в Приморье, но и в Китае, и даже во Вьетнаме), которые ослабляют муссоны и не дают им продвинуться сколь-нибудь далеко в полярном направлении. Теплые воды отводятся из экваториальной зоны столь быстро, что практически не успевают осолониться за счет испарения, так что галинная составляющая океанской циркуляции по сравнению с термической пренебрежимо мала; в атмосфере существуют упомянутые выше три ячейки. Ситуация может быть кратко охарактеризована так: "Водный теплоперенос - теплые океаны - холодные материки".
В термоэры (в частности, в мезозое) ситуация, судя по всему, была принципиально иной. Во-первых, приполярные области были очень теплыми (исходя из состава их фауны и флоры), что требует куда более интенсивного, чем ныне, теплопереноса от экватора к полюсу. Во-вторых, в тогдашней экваториальной зоне (где ныне находятся дождевые тропические леса) растительность была явно ксерофильной и возникали эвапориты - отложения, являющиеся показателем аридных (пустынных) условий.
При отсутствии полярных шапок температура океанической воды не падает до температуры максимальной плотности и не происходит полного опускания поверхностных вод. Компенсирующие такое погружение мощные теплые течения не возникают; теплая вода из экваториальной зоны практически не отводится, она осолоняется за счет испарения и погружается на дно - галинная циркуляция здесь резко доминирует над термической. Поверхностные слои океанов в умеренных широтах относительно холодны, и температурного контраста между океанами и материками не возникает. Не возникает и зимнего антициклона, так что ничто теперь не мешает муссону переносить теплый воздух и водяной пар чуть ли не до самого полюса.
Если в криоэрах в каждом из полушарий существуют три атмосферные ячейки и единственная (термическая) океанская, то в термоэрах ситуация, похоже, была как бы зеркальной. В атмосфере существует единственная ячейка, в которой происходит прямой перенос тепла и влаги из приэкваториальных областей в приполярные. В гидросфере, напротив, существуют две ячейки, причем в экваториальной ячейке циркуляция идет по галинному типу, а в высокоширотной - по термическому.
Данную ситуацию (ее, по аналогии с предыдущей, можно охарактеризовать как "Атмосферный теплоперенос - холодные океаны - теплые материки") отличает высокая выравненность климата по всей планете: температурный градиент как между низкими и высокими широтами, так и между океанами и материками много слабее нынешнего. Климат на большей части Земли был близок к субтропическому и теплоумеренному средиземноморского типа. Следует особо подчеркнуть, что результатом этой выравненности был не только более сильный (по сравнению с нынешним) обогрев приполярных областей, но и некоторое охлаждение областей экваториальных; иными словами, в мезозое, судя по всему, отсутствовал не только бореальный климат (как в тундре и тайге), но и тропический климат современного типа!
|
| |
| |
| Relict | Дата: Суббота, 21.01.2012, 23:34 | Сообщение # 3 |
|
Генералиссимус
Группа: Администраторы
Сообщений: 2525
Статус: Offline
| Океан и колебания климата
Таким образом, определяя современную климатическую систему как криоэру, рассмотрим, каким образом взаимодействие океана и атмосферы определяют климат на планете.
Прежде всего, заметим, что Мировой океан покрывает 70% всей поверхности Земли, содержит в 90 тыс. раз больше жидкости, чем атмосфера и получает 78% всех осадков Земли. Можно легко согласиться с утверждением Артура Кларка «Как неуместно назвали эту планету Земля, если совершенно очевидно это Океан».
Какова же относительная роль океана и атмосферы в транспорте тепла? Для ответа на этот вопрос нам нужно вспомнить, что плотность воды в 800 раз больше плотности воздуха, а удельная теплоемкость в 4 раза. Легко подсчитать, что запас тепла всего лишь в трехметровом слое океана равен теплоемкости всей атмосферы. Однако, скорость преобразования энергии в атмосфере во много раз превышает скорость ее трансформации в океане. В системе океан-атмосфера океан служит инерционной средой, медленно накапливающей изменения. Атмосфера же представляет собой нестационарную часть, глобальная долгопериодная устойчивость которой поддерживается океаном.
Мировой океан имеет неоднородности глобального масштаба в распределении температуры и солености. Так, Атлантический и тихий океаны имеют в средних широтах северного полушария одинаковую протяженность по широте, но средняя температура всей толщи вод Атлантики теплее на 1.3o С, а средняя соленость выше на 0.5‰. За счет этих различий в температуре и солености уровень северной части Тихого океана почти на 1 м выше уровня Северной Атлантики. Таким образом, в целом теплая и соленая Северная Атлантика на поверхности холоднее, а в глубинных слоях в среднем теплее холодной и пресной северной части Тихого океана. Эта аномалия связана с существенным преобладанием испарения над осадками в Северной Атлантике, разница между которыми составляет 24 тыс. км3 в год.
Области морей и океанов, характеризующиеся высоким испарением, производят интенсивный энергообмен с атмосферой. Северная Атлантика и является такой энергоактивной областью глобального значения: занимая 11% площади поверхности Мирового океана, она отдает в атмосферу 19% всего тепла, поступающего на Землю. Тепловой баланс Северной Атлантики отрицательный, этот бассейн отдает тепло в атмосферу. Если бы сюда не поступала тепловая энергия из других частей Мирового океана через Южную Атлантику, то температура ее поверхностных вод постоянно понижалась. Благодаря свободному водообмену океанов вокруг Антарктиды меридиональный перенос тепла направлен в Южной Атлантике не от экватора к Южному полюсу, а от высоких широт к экватору!
Вот почему климат Европы столь благоприятен для жизни человека: его "греет" дополнительное тепло, переносимое в Атлантику из других океанов. И любое нарушение в функционировании межокеанской тепловой машины сразу же скажется на климате Европы.
Отмеченные выше различия в свойствах отдельных бассейнов приводят к выводу о существовании межокеанского обмена свойствами. Появился даже термин глобальный океанический конвейер (см. Рис). Устойчивая работа такого теплового океанского конвейера может давать сбои, когда в области традиционного образования глубинных вод не возникают необходимые условия для развития процессов глубокой конвекции (погружения поверхностных вод в глубь океана). При этом должна произойти перестройка всей циркуляции Мирового океана, поскольку поверхностному теплому потоку уже нет возможности беспрепятственно проникать далеко на север: без опускания холодных вод для него там нет свободного пространства.
Таким образом, замедление или даже полная остановка конвейера могут привести к глобальным климатическим изменениям с очень серьезными последствиями для жителей Земли. Международные научные круги в последние годы интенсивно обсуждают возможность резкого изменения климата в течение нескольких десятилетий когда, подобно выключателю света в комнате, криоэра может мгновенно (по геологическим меркам) смениться термоэрой. Недаром глобальный океанический конвейер называют «ахиллесовой пятой климатической системы Земли».
При описании крио-термоэр использованы материалы публикации К. Еськова ИСТОРИЯ ЗЕМЛИ И ЖИЗНИ НА НЕЙ
а также иллюстрация из работы Abrupt Climate Change: Should We Be Worried? by Robert B. Gagosian
|
| |
| |
| Relict | Дата: Воскресенье, 19.06.2016, 19:45 | Сообщение # 4 |
|
Генералиссимус
Группа: Администраторы
Сообщений: 2525
Статус: Offline
| Геохимия и генезис девонский песчаников северо-запада Русской платформы http://mydisser.com/en/catalog/view/200/209/1644.html
|
| |
| |
|
