Теплица и ледник Земля - Greenhouse and icehouse Earth

Хронология пяти известных великих оледенений, показана синим цветом. Промежутки между ними обозначают тепличные условия.

На протяжении история Земли, климат планеты колеблется между двумя доминирующими климатическими состояниями: теплица Земля и ледник Земля.[1] Эти два климатических состояния длятся миллионы лет, и их не следует путать с ледниковый и межледниковый периоды, которые происходят только во время ледникового периода и, как правило, длятся менее 1 миллиона лет. Есть пять известных великих оледенений в истории климата Земли; основные факторы, влияющие на изменение палеоклимат считаются концентрацией атмосферных углекислый газ, изменения в Орбита Земли, долговременные изменения солнечная постоянная, и океанический, и орогенный изменения из-за динамика тектонических плит. Тепличные и ледниковые периоды глубоко сформировали эволюция жизни на Земле.

Теплица Земля

Обзор теплицы Земля

«Тепличная Земля» - это период, когда нет континентальных ледники что бы то ни было на планете, уровни углекислого газа и других парниковые газы (такие как водяной пар и метан ) высокие, и температура поверхности моря (SST) в диапазоне от 28 ° C (82,4 ° F) в тропики до 0 ° C (32 ° F) в полярные регионы.[2] Земля находилась в тепличном состоянии около 85% своей истории.[3]

Это состояние не следует путать с гипотетическим тепличная земля, который является необратимым переломным моментом, соответствующим продолжающемуся убегающий парниковый эффект на Венера.[4] В МГЭИК утверждает, что «неуправляемый парниковый эффект» - аналогичный [эффекту] Венеры - по-видимому, практически не имеет шансов быть вызванным антропогенный деятельность."[5]

Причины парниковой Земли

Существует несколько теорий о том, как может возникнуть тепличная Земля. Геологические данные показывают, что CO2 и других парниковых газов в это время в изобилии. Тектонические движения были чрезвычайно активны в более известные оранжерейные эпохи (например, 368 миллионов лет назад в Палеозой Эра). Потому что континентальный рифтинг (континентальные плиты удаляясь друг от друга) вулканический активность стала более заметной, производя больше CO2 и нагревает атмосферу Земли.[6] Земля чаще всего находится в тепличном состоянии на протяжении всех эпох, и Земля находилась в этом состоянии примерно 80% из последних 500 миллионов лет, что несколько затрудняет понимание прямых причин.[7]

Icehouse Earth

Смотрите также: Ледниковый период и Хронология оледенения

Обзор Icehouse Earth

"Земля-ледник" - это период, когда на Земле есть как минимум два кусочки льда, Арктика и Антарктика (на обоих полюса ); эти листы воском и ослабевают в течение более короткого времени, известного как ледниковые периоды (с другими ледяными покровами в дополнение к 2 полярным) и межледниковые периоды (без). Во время ледниковой Земли парниковые газы, как правило, менее распространены, а температуры во всем мире обычно ниже. Земля сейчас находится в стадии ледника,[8] который начался 34 млн лет с продолжающегося Поздний кайнозойский ледниковый период. В нем последний ледник, Вюрм, недавно завершившийся (110–12 тыс. лет назад), все еще имеет остатки неполярных ледниковых щитов (Альпы, Гималаи, Патагония). Скорее всего, вскоре за ним последует еще одно межледниковье, подобное предыдущему, Eemian (От 130 до 115 тыс. Лет назад), когда были леса на мысе Нордкап и гиппопотамы в реках Рейн и Темза, тогда ледниковые и межледниковые периоды такой же длины, как и недавние, будут продолжать чередоваться до конца двухполюсных ледниковых щитов, означает конец текущего Icehouse и начало следующей теплицы.

Причины ледниковой Земли

Причины возникновения ледникового состояния очень обсуждаются, потому что на самом деле мало что известно о переходах между тепличным и ледниковым климатом и о том, что могло вызвать изменение климата. Одним из важных аспектов, несомненно, является снижение CO.2 в атмосфере, возможно, из-за низкой вулканической активности.[9]

Другими важными проблемами являются движение тектонических плит и открытие и закрытие океанических ворот.[10] Кажется, что они играют решающую роль в ледниковой Земле, потому что они могут приносить прохладную воду из очень глубоких водоворотов, что может помочь в создании ледяных щитов или тепловой изоляции областей. Примеры этого - открытие Тасманские ворота 36,5 миллиона лет назад Австралия и Антарктида и который, как полагают, вызвал Кайнозойский ледник,[11] и создание Прохождение Дрейка 32,8 миллиона лет назад в результате отделения Южная Америка и Антарктида,[12] хотя другие ученые полагали, что это произошло только около 23 миллионов лет назад.[11] Закрытие Панамский перешеек и Индонезийский морской путь примерно 3 или 4 миллиона лет назад, возможно, были основной причиной нашего нынешнего состояния ледника.[10] Для климата ледника тектоническая активность также создает горы, которые образуются в результате столкновения одной континентальной плиты с другой и продолжения движения вперед. Раскрытый свежий почвы вести себя как скрубберы диоксида углерода, который может значительно повлиять на количество этого парникового газа в атмосфере. Примером этого является столкновение между Индийский субконтинент и Азиатский континент, создавший Гималаи около 50 миллионов лет назад.

Ледники и межледниковья

Основные статьи: Ледниковый период и Межледниковый

В государствах ледника есть "ледниковый " и "межледниковый "периоды, которые вызывают образование или отступление ледяных щитов. Причинами этих ледниковых и межледниковых периодов в основном являются колебания в движении Земли вокруг солнце.[13] Астрономические компоненты, открытые сербским геофизиком Милутин Миланкович и теперь известен как Циклы Миланковича, включить осевой наклон Земли, орбитальный эксцентриситет (или форма орбита ) и прецессия (или колебание) Вращение Земли. Наклон оси имеет тенденцию колебаться от 21,5 ° до 24,5 ° и обратно каждые 41 000 лет по вертикальной оси. Это изменение фактически влияет на сезонность на земле, поскольку более или менее солнечная радиация чаще попадает в определенные области планеты при более высоком наклоне, в то время как меньший наклон создает более равномерный набор сезонов во всем мире. Эти изменения можно увидеть в ледяных кернах, которые также содержат информацию, показывающую, что во время ледникового периода (при максимальной протяженности ледяных щитов) в атмосфере был более низкий уровень углекислого газа. Это может быть вызвано увеличением или перераспределением кислота /база баланс с бикарбонат и карбонат ионы это касается щелочность. В ледниковом периоде только 20% времени приходится на межледниковые или более теплые времена.[13] Моделирование предполагает, что нынешнее состояние межледникового климата сохранится еще как минимум 100000 лет из-за CO
2 выбросы - в том числе полная дегляциация Северного полушария.[14]

Земля снежка

Основная статья: Снежок Земля

А "снежный ком земли «является полной противоположностью тепличной Земли, в которой земная поверхность полностью заморожена; однако, снежная земля технически не имеет континентальных ледяных щитов, как во время ледникового состояния».Кембрийский «Ледниковый период» был назван хозяином такого мира, и в 1964 году ученый В. Брайан Харланд вызвал его открытие признаков ледников в низкие широты (Харланд и Рудвик). Это стало проблемой для Харланда из-за мысли о «Парадоксе беглого снежка» (своего рода Эффект снежного кома ) что, как только Земля войдет в путь превращения Земли в снежный ком, она никогда не сможет покинуть это состояние. Однако в 1992 г. Йозеф Киршвинк [де ] поднял решение парадокса. Поскольку в то время континенты располагались в низких и средних широтах, в океане было меньше воды для поглощения большего количества солнечной энергии, падающей на тропики, и в то же время увеличивалось количество осадков из-за большей площади суши, подверженной более сильному солнечному воздействию. энергия могла вызвать химическое выветривание (удаление CO2 из атмосферы). Оба эти условия могли вызвать значительное падение CO.2 уровни атмосферы, приводящие к похолоданию, увеличению альбедо льда (отражательной способности льда падающей солнечной радиации), дальнейшему увеличению глобального похолодания (положительная обратная связь). Это могло быть механизмом перехода в состояние Земли Снежка. Киршвинк объяснил, что выход из состояния Земли-снежного кома может быть снова связан с углекислым газом. Возможное объяснение состоит в том, что во время Snowball Earth вулканическая активность не прекращалась, накапливая атмосферный CO.2. В то же время глобальный ледяной покров предотвратит химическое выветривание (в частности, гидролиз), ответственное за удаление CO.2 из атмосферы. CO2 поэтому накапливался в атмосфере. Как только в атмосфере накапливается CO2 достигнет порога, температура поднимется настолько, чтобы ледяные щиты начали таять. Это, в свою очередь, уменьшило бы эффект альбедо льда, что, в свою очередь, еще больше уменьшило бы ледяной покров, выйдя из состояния Земли Снежный ком. В конце Snowball Earth, перед восстановлением равновесного «термостата» между вулканической активностью и медленно возобновляющимся химическим выветриванием, CO2 в атмосфере накопилось достаточно, чтобы температура достигла пика до 60 ° Цельсия, прежде чем в конечном итоге стабилизировалась. Примерно в тот же геологический период Земли-Снежка (обсуждается, было ли оно вызвано Землей-Снежком или причиной появления Земли-Снежка) происходило Великое событие оксигенации (GOE). Событие, известное как Кембрийский взрыв последовало, что дало начало многоканальный жизнь.[15] Однако некоторые биологи утверждают, что полного снежного кома на Земле с тех пор не могло произойти. фотосинтетический жизнь не выжила бы под многометровым льдом без Солнечный лучик. Однако было замечено, что солнечный свет проникает сквозь метровый лед в Антарктиде.[нужна цитата ]. Большинство ученых[нужна цитата ] сегодня верят, что «твердая» Земля-снежок, полностью покрытая льдом, вероятно, невозможна. Однако "шарообразная земля" с точками раскрытия возле экватор, возможно.

Недавние исследования, возможно, снова усложнили идею Земли как снежного кома. В октябре 2011 года группа французских исследователей объявила, что углекислый газ во время последней предполагаемой "снежной земли", возможно, был ниже, чем первоначально заявлено, что затрудняет выяснение того, как Земля смогла выйти из своего состояния и сможет ли она были снежком или снежным комом.[16]

Переходы

Причины

В эоцен, который произошел между 53 и 49 миллионами лет назад, был самым теплым температурным периодом на Земле за 100 миллионов лет.[17] Однако к концу эоцена эта «супер-теплица» со временем превратилась в ледник. Считается, что снижение CO2 вызвало это изменение, хотя возможно, что положительные отзывы способствовал охлаждению.

Лучшее, что у нас есть для перехода от ледникового периода к тепличному, когда эта растительная жизнь существовала во время Пермский период период это произошло около 300 миллионов лет назад. 40 миллионов лет назад произошел крупный переход, в результате которого Земля превратилась из влажной ледяной планеты, где тропические леса покрыли тропики в жаркое, сухое и ветреное место, где мало кто мог выжить. Профессор Изабель П. Монтаньес из Калифорнийский университет в Дэвисе, который исследовал этот период времени, обнаружил, что климат «крайне нестабилен» и «отмечен понижениями и повышениями содержания углекислого газа».[18]

Воздействия

Переход от эоцена к олигоцену, последний переход, произошел примерно 34 миллиона лет назад, что привело к быстрому снижению глобальной температуры, оледенению Антарктиды и серии событий вымирания биотических растений. Самым драматическим событием смены видов, связанным с этим периодом времени, является Гранд Купюр, период, когда европейские виды млекопитающих, живущие на деревьях и поедающие листья, сменились мигрирующими видами из Азии.[19]

Исследование

Наука о палеоклиматология пытается понять историю тепличных и ледниковых условий на протяжении геологического времени. Через изучение ледяные керны, дендрохронология, океан и озеро отложения (варва ), палинология, (палеоботаника ), изотоп анализ (например, Радиометрическое датирование и анализ стабильных изотопов) и др. климатические прокси, ученые могут создавать модели прошлого Земли энергетические бюджеты и, как следствие, климат. Одно исследование показало, что уровни углекислого газа в атмосфере во время Пермский период возраст колебался между 250 частей на миллион (что близко к современным уровням) до 2000 частей на миллион.[18] Исследования озерных отложений позволяют предположить, что «теплица» или «супер-теплица» эоцен находился в "постоянном Эль-Ниньо состояние "после потепления на 10 ° C в глубоководных районах океана и высоких температур поверхности в высоких широтах, Тихий океан Эль-Ниньо-Южное колебание.[20] Была предложена теория Палеоцен – эоцен термический максимум от внезапного уменьшения изотопного состава углерода в глобальном пуле неорганического углерода на 2,5 частей на миллион.[21] Гипотеза, выдвинутая для этого снижения изотопов, заключалась в увеличении гидраты метана, спусковой крючок для которого остается загадкой. Это увеличение метан в атмосфере, который является мощным, но недолговечным парниковым газом, повысил глобальную температуру на 6 ° C с помощью менее мощного углекислого газа.[нужна цитата ]

Список периодов ледника и теплицы

  • Парниковый период длился от 4,6 до 2,4 миллиарда лет назад.
  • Гуронское оледенение - ледниковый период, который длился с 2,4 миллиарда лет назад до 2,1 миллиарда лет назад.
  • Парниковый период длился от 2,1 до 720 миллионов лет назад.
  • Криогенный - ледниковый период, который длился от 720 до 635 миллионов лет назад, временами вся Земля замерзала
  • Тепличный период длился с 635 миллионов лет назад до 450 миллионов лет назад.
  • Андо-Сахарское оледенение - ледниковый период, который длился с 450 до 420 миллионов лет назад
  • Тепличный период длился с 420 миллионов лет назад до 360 миллионов лет назад.
  • Поздний палеозойский ледниковый период - ледниковый период, который длился от 360 до 260 миллионов лет назад
  • Тепличный период длился с 260 миллионов лет назад до 33,9 миллиона лет назад.
  • Поздний кайнозойский ледниковый период - текущий ледниковый период, начавшийся 33,9 миллиона лет назад.

Современные условия

В настоящее время Земля находится в состоянии ледяного климата. Около 34 миллионов лет назад ледяные щиты начали формироваться в Антарктида; ледяные щиты в Арктический не начали формироваться до 2 миллионов лет назад.[8] Некоторые процессы, которые могли привести к нашему нынешнему леднику, могут быть связаны с развитием Гималайских гор и открытием Прохождение Дрейка между Южная Америка и Антарктида, но моделирование климата показывает, что раннее открытие пролива Дрейка сыграло лишь ограниченную роль, в то время как более позднее сужение Тетиса и центральноамериканского морского пути более важно для объяснения наблюдаемого кайнозойского похолодания.[22] Ученые пытались сравнить прошлые переходы между ледником и теплицей и наоборот, чтобы понять, куда сейчас движется наша планета.

Без человеческого влияния на концентрацию парниковых газов Земля двигалась бы к ледниковый период. Прогнозируемые изменения в орбитальное форсирование предполагают, что в отсутствие рукотворных глобальное потепление, следующий ледниковый период начнется, по крайней мере, через 50 000 лет[23] (увидеть Циклы Миланковича ), но из-за продолжающихся антропогенных выбросов парниковых газов Земля движется к парниковому периоду Земли.[8] Постоянный лед на самом деле - редкое явление в истории Земли, возникающее только по совпадению с эффектом ледника, который затронул около 20% истории Земли.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Издательство Дорлинг Киндерсли (2007). Лур, Джеймс Ф. (ред.). Земля (Издание 2007 г.). Dk Publishing. ISBN  978-0-7566-3332-5.
  2. ^ Прайс, Грегори; Пол Дж. Вальдес; Брюс В. Селлвуд (1998). «Сравнение смоделированного GCM« тепличного »и« ледникового климата мелового периода: последствия для записи отложений ». Палеогеография, палеоклиматология, палеоэкология. 142 (3–4): 123–138. Bibcode:1998ПП ... 142..123П. Дои:10.1016 / s0031-0182 (98) 00061-3.
  3. ^ Джейн Фрэнсис, Ричард Корфилд и Кэрри Лир (14 февраля 2013 г.). BBC Radio 4 - В наше время, ледниковые периоды. BBC (радио). Получено 2019-10-16.
  4. ^ Штеффен, Уилл; Рокстрём, Йохан; Ричардсон, Кэтрин; Лентон, Тимоти М .; Фольке, Карл; Ливерман, Диана; Саммерхейз, Колин П .; Барноски, Энтони Д .; Корнелл, Сара Э .; Распятие, Мишель; Донж, Джонатан Ф .; Фетцер, Инго; Лейд, Стивен Дж .; Шеффер, Мартен; Винкельманн, Рикарда; Шелльнхубер, Ганс Иоахим (6 августа 2018 г.). «Траектории земной системы в антропоцене». Труды Национальной академии наук. 115 (33): 8252–8259. Bibcode:2018ПНАС..115.8252С. Дои:10.1073 / pnas.1810141115. ISSN  0027-8424. ЧВК  6099852. PMID  30082409.CS1 maint: ref = harv (ссылка на сайт)
  5. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2018-11-09. Получено 2018-11-02.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  6. ^ Норрис, Ричард Д .; Карен Л. Байс; Элизабет А. Магно; Пол А. Уилсон (2002). «Покачивание тропического термостата в теплице мелового периода». Геология. 30 (4): 299–302. Bibcode:2002Гео .... 30..299N. Дои:10.1130 / 0091-7613 (2002) 030 <0299: JTTTIT> 2.0.CO; 2.
  7. ^ Спайсер, Роберт А .; Ричард М. Корфилд (1992). "Обзор земного и морского климата в меловом периоде с последствиями для моделирования" тепличной Земли "'". Геологический журнал. 129 (2): 169–180. Bibcode:1992ГеоМ..129..169С. Дои:10,1017 / с0016756800008268.
  8. ^ а б c Монтанез, Изабель; Г.С. Сореган (март 2006 г.). «Непостоянный климат Земли: уроки, извлеченные из глубоких ледниковых периодов». Geotimes. 51: 24–27.
  9. ^ Моннин, Э .; Indermühle, A .; Dällenbach, A .; Flückiger, J .; Stauffer, B .; Stocker, T. F .; Raynaud, D .; Барнола, Ж.-М. (2001). «Концентрации CO2 в атмосфере после окончания последнего ледникового периода». Наука. 291 (5501): 112–114. Bibcode:2001Научный ... 291..112М. Дои:10.1126 / science.291.5501.112. PMID  11141559.
  10. ^ а б Смит, Алан Дж .; Кевин Т. Пикеринг (2003). «Океанические шлюзы как критический фактор для зарождения ледниковой Земли». Журнал геологического общества. 160 (3): 337–340. Bibcode:2003JGSoc.160..337S. Дои:10.1144/0016-764902-115. S2CID  127653725.
  11. ^ а б Exon, N .; Дж. Кеннет; М. Мэлоун (2000). «Открытие Тасманийских ворот повлияло на палеоклимат кайнозоя: результаты этапа 189». ДЖОИДЕС. 26: 11–17.
  12. ^ Latimer, J.C .; Г. М. Филипелли (2002). «Терригенные ресурсы от эоцена до миоцена и экспортная продукция; геохимические данные из участка 190 ODP Leg 177». Палеогеография, палеоклиматология, палеоэкология. 182 (3–4): 151–164. Bibcode:2002ППП ... 182..151Л. Дои:10.1016 / с0031-0182 (01) 00493-х.
  13. ^ а б Broecker, Wallace S .; Джордж Х. Дентон (январь 1990 г.). «Что движет ледниковыми циклами». Scientific American. 262: 49–56. Bibcode:1990SciAm.262a..49B. Дои:10.1038 / scientificamerican0190-48.
  14. ^ А. Ганопольский; Р. Винкельманн; Х. Дж. Шелльнхубер (2016). «Критическая зависимость инсоляции и CO2 для диагностики образования ледников в прошлом и будущем». Природа. 529 (7585): 200–203. Bibcode:2016Натура.529..200G. Дои:10.1038 / природа16494. PMID  26762457. S2CID  4466220.
  15. ^ Maruyama, S .; М. Сантош (2008). "Модели на Земле снежного кома и кембрийский взрыв: синопсис". Исследования Гондваны. 14 (1–2): 22–32. Bibcode:2008ГондР..14 ... 22М. Дои:10.1016 / j.gr.2008.01.004.
  16. ^ CNRS, Делегация Парижа Мишель-Анж. "Гипотеза Snowball Earth оспорена". ScienceDaily. Получено 24 ноября 2011.
  17. ^ Герат, Анурадха К. «От теплицы до ледника». Astrobio. Получено 28 октября 2011.
  18. ^ а б Калифорнийский университет в Дэвисе. "Неровный переход от ледяного домика к теплице". ScienceDaily. Получено 4 ноября 2011.
  19. ^ Протеро, Д. Р. (1994-01-01). «Вымирание позднего эоцена-олигоцена». Ежегодный обзор наук о Земле и планетах. 22 (1): 145–165. Bibcode:1994AREPS..22..145P. Дои:10.1146 / annurev.ea.22.050194.001045.
  20. ^ Хубер, Мэтью; Родриго Кабальеро (7 февраля 2003 г.). "Эль-Ниньо в эоцене: свидетельства устойчивой тропической динамики в" теплице"". Наука. 299 (5608): 877–881. Bibcode:2003Наука ... 299..877H. Дои:10.1126 / science.1078766. PMID  12574626. S2CID  19838005.
  21. ^ Хиггинс, Джон А .; Дэниел П. Шраг (2006). «За пределами метана: к теории палеоцен-эоценового теплового максимума». Письма по науке о Земле и планетах. 245 (3–4): 523–537. Bibcode:2006E и PSL.245..523H. Дои:10.1016 / j.epsl.2006.03.009.
  22. ^ Чжан, Чжунши и Нисанчиоглу, Керим и Флэтёй, Ф. и Бентсен, М., Бетке, И. и Ван, Х .. (2009). Играло ли открытие пролива Дрейка значительную роль в кайнозойском похолодании?
  23. ^ Бергер А., Лутр М. Ф. (август 2002 г.). «Климат. Впереди исключительно длинное межледниковье?». Наука. 297 (5585): 1287–8. Дои:10.1126 / science.1076120. PMID  12193773. S2CID  128923481.