Колебания климата Земли

О критических параллелях написано много работ. В процессе эволюции планеты отмечено, что экваториальные области опускаются, а полярные поднимаются. Где-то между ними должна проходить критическая параллель, разграничивающая их. Эту параллель нашли математики. Она проходит по широте 35 градусов 15 минут и 22 сек в обоих полушариях.

Дж. Дарвин, установил закон, по которому под действием приливных сил замедляется вращение планеты.

И вот это замедление (в наши дни сутки удлиняются примерно на 0,0 016 секунды за каждые 100 лет) приводит к тому, что сплюснутость Земли уменьшается, поэтому и поднимается из вод морских полярная суша.

А в районах экватора она, наоборот, большей частью опускается, в результате заболачиваются амазонские сельвы, джунгли Конго и Индии, размываются берега Малайского архипелага – все это имеет отношение к перестройке фигуры Земли. Французский ученый Ш. Морен в 1927 году пробовал подсчитать, сколько землетрясений приходится на каждую широту Земли. У него получилось, что максимумы землетрясений приходятся на тропический пояс и пояс между 30 и 40 градусами широты. При замедлении своего вращения планета как бы «худеет в талии». Тропический пояс – первая критическая параллель – испытывает сжатие. Именно поэтому здесь много землетрясений, а горы, разломы коры, которые есть на экваторе, имеют в основном меридиональное направление, поперечное силам сжатия.

При увеличении приплюснутости Земли и вещество мантии перетекает от экватора к полюсам. Кора планеты испытывает при этом сложные деформации, особенно сильные на критических параллелях.

М.В. Стовас провел такой расчет. Начиная с силурийского периода (больше 400 миллионов лет назад) площадь экваториального пояса Земли уменьшилась на 184 214 км². Экваториальный диаметр Земли уменьшился при этом на 6 километров. Все эти квадратные километры коры не могли исчезнуть бесследно. Они были «съедены» складками коры, поперечными горными цепями, поперечными же трещинами, в число которых М.В. Стовас включает те же Великие Африканские разломы. Одновременно увеличивался полярный диаметр планеты – почти на 12 километров за эти сотни миллионов лет.А обеполярные области планеты увеличились на 183 474 км².

Это почти равно тому, что Земля потеряла у экватора, но не совсем – 740 км² исчезло. Этого следовало ожидать: ведь планета приближалась по форме к шару, а поверхность шара – наименьшая при данном объеме.

Вблизи полярного круга, по широте 62 градуса, проходит еще одна критическая параллель Земли. Именно эта параллель более других приполярных широт удлиняется при уменьшении сплюснутости Земли. Здесь, отмечает М.В. Стовас, тоже происходит много землетрясений (примеры – Исландия, Аляска). Здесь земная кора трескается от растягивающих ее усилий. И эти трещины, разломы стремятся расположиться вдоль меридианов перпендикулярно критической широте.

Критическая параллель, разграничивающая область сжатия и область растяжений, совпадает с крупнейшей горной системой Земли – Гималаями, Памиром, Гиндукушем.

Она проходит в северном полушарии примерно через Сан-Франциско, Лиссабон, Сицилию, Калабрию, Ирак, Токио. Одно только это перечисление даже для неспециалиста прозвучит как напоминание о крупнейших сейсмических катастрофах в истории Земли. На эту же параллель ложится крупнейший подводный разлом коры Тихого океана – Муррей.

В южном полушарии эта исключительность 35-й параллели выражена менее ясно, но и там названия Консепсьона (Чили), Австралийских Альп, мрачных вулканических островов Тристан-да-Кунья, островов Новой Зеландии напоминают нам о разрушительных землетрясениях, повышенной вулканической активности, о незаконченных процессах горообразования.

Выдающийся советский геофизик Ф.Н. Красовский об этом сказал: «Земная кора в поясах между широтами 20 и 50 градусов должна обладать большей приспособленностью к изменениям фигуры Земли, обусловленным изменениями скорости вращения Земли, чем в остальных частях земного шара».

Как же могут проявить себя ротационные изменения фигуры Земли в ритмах нашего мира? Ритмы мелкого порядка как бы заложены в самом режиме вращения Земли. Сутки в течение столетий, то равномерно удлиняются, то сокращаются. Иногда скачком, по непонятной причине, скорость вращения Земли возрастает. Так было в 1910-1913 годах. За четыре года сутки сократились на 0,0 044 секунды.

Скорость вращения неравномерна и в течение суток, а также в течение года – из-за воздействия Луны и Солнца. В марте скорость вращения Земли минимальна, а в августе - максимальна.

Да и вековое замедление вращения Земли под тормозящим действием Луны и Солнца идет неравномерно (как мы уже знаем, приливные силы не отличаются постоянством). С 1681 по 1954 год сутки удлинялись в среднем на 0,0 004 442 секунды в год. А с 1887 по 1954 год – на 0,001 645 секунды. То есть скорость торможения Земли возросла, чуть ли не в 4 раза!

Это мелкая рябь ритмов. А крупные циклы могут проявлять себя, даже если удлинение суток шло с постоянной скоростью.

Рис. 7.3.4. Мировая рифтовая система (Б. К. Хейзен, Р.М. Деменицкая):

1 – границы срединно-океанических хребтов; 2 – положение рифтовой зоны; 3 – зоны сдвигов; 4 – асейсмические хребты; 5 – линии вулканов.

В 1910 году Л.С. Лейбензон высчитал, что земная кора деформируется не все время по мере перестройки фигуры планеты, а рывками, когда напряжение, растягивающее или сжимающее, превысит предел прочности коры. На рис. 7.3.4. приводится мировая рифтовая система.

По подсчетам Л.С. Лейбензона, земная кора континентов должна трескаться на больших протяжениях тогда, когда сутки изменятся не менее чем на 11 минут. И если современное замедление вращения Земли (сутки увеличиваются за 100 тысяч лет на1,6-2,4 секунды) было в прошлом таким же, то земная кора лопается, подстраиваясь под изменения фигуры Земли, каждые 30-40 миллионов лет. Возмущения эксцентриситета орбиты Земли за 1000 лет приведены на рис. 7.3.5.

тыс. лет

Рис 7.3.5. Возмущенные значения эксцентриситета орбиты Земли.

Именно такими по продолжительности были горообразовательные циклы, входившие в «большие» горообразовательные эпохи. По мнению академика Д.В. Наливкина, таких подчиненных ритмов горообразования было в альпийскую горообразовательную эпоху шесть, в герцинскую – пять, в каледонскую – тоже пять.

Все небесные тела вращаются, все они – круглые. Значит, у всех можно искать критические параллели. Пятна на Солнце зарождаются именно у 35-й солнечной параллели. Известно, что наше дневное светило и некоторые крупные планеты вращаются с неодинаковой скоростью разными своими широтами. Самое быстрое вращение на экваторе. Ближе к полюсу скорость вращения широты падает, но падение это не постепенное. Скачком скорость меняется все на той же 35-й параллели.

Земля твердая. Но у нее есть атмосфера, которая проявляет склонность вращаться так же, как фотосфера Солнца, гигантские атмосферы Сатурна и Юпитера: быстрее у экватора, медленнее у полюсов.

И тут линией раздела служит 35-я параллель. Их называют «ревущими сороковыми широтами». Теплые, поверхностные течения мирового океана и встречные им холодные течения (рис. 7.3.6.), при смене форм атмосферной циркуляции, являются причиной возникновения тайфунов.

Рис. 7.3.6.. Схема поверхностных течений в Мировом океане

Многие поколения моряков и метеорологов выделяют их в обоих полушариях, на широтах 20-25°, так как здесь самая высокая циклоническая активность земной атмосферы.

Тропические циклоны, возникая над океанами на широте 20-25⁰ в северном и южном полушариях, развивают свою силу на широте 35⁰ (рис. 7.3.7.).

Рис. 7.3.7. Районы зарождения и основные пути движения тропических циклонов.

Эти же «ревущие сороковые» медленно, но неотвратимо действуют в твердой коре Земли. Многие ученые – В. Шардетский, Р. Ревель, Б. Мунк – находят и в земной коре признаки неравной скорости вращения на разных широтах. Это проявляется в медленном поворачивании гигантских блоков земной коры, расположенных вблизи все той же 35-й параллели. Индия, по некоторым данным, медленно вращается против часовой стрелки, а Австралия – по часовой! Так пульсирует, или, если осторожнее, может пульсировать, Земля, вся в целом или отдельными своими частями, закономерно и ритмично, вздымая цепи гор, раздвигая материки.

Приливы на Земле не постоянны и раз в 1850 лет они бывают особенно сильными: Луна, Земля и Солнце оказываются в позиции, особо благоприятной для приливов.

Внутренние приливные волны поднимают в океанах нижние холодные горизонты к поверхности воды. На огромных пространствах охлаждаются воды полярных и умеренных широт. Увеличиваются белые полярные шапки Земли, переходят в контрнаступление горные ледники. Это означает, что значительная часть влаги переходит из океанов на материки и в полярные льды. Земля «худеет в талии» и начинает вращаться быстрее.

Подсчитано, что если за какое-нибудь лето лед, покрывающий одну только Антарктиду, подтает и потеряет в своей многокилометровой толщине всего лишь 1,2 сантиметра, то уровень мирового океана повысится на 1,2 миллиметра. Такое «похудение» ледникового щита Антарктиды и тем более ничтожное повышение уровня моря измерить практически невозможно. Но если подобное лето повторится 100 раз, то за один только век земные сутки удлинятся на 18 секунд!

Скорость вращения Земли в век значительного похолодания климата заметно возрастает. Возрастают и центробежные силы, сплющивающие Землю у полюсов. Часть её массы перетекает к экватору. Но если в твердой земле это происходит далеко не сразу, с расстановкой и инерцией, то водная поверхность «геоида» перестраивается быстро. К экватору перетекает масса воды. В морях умеренных и северных широт берега как бы поднимаются из пучины, обнажается морское дно. В периоды потеплений, в сухие века, когда скорость вращения земли падает идет обратный процесс: морские воды текут на север.

Возможно, именно так можно объяснить приключения храма Сераписа и современное наступление Черного моря на его берега, особенно северные. Здесь уровень воды повышается в 2-3 раза быстрее, чем в Мировом океане. Здесь, не без помощи человека, съедаются километры пляжей, обваливаются в море подмытые прибоем высокие берега.

Реки тоже «чувствуют» глубокое «внутреннее влечение» к северу, когда начинает быстро падать скорость вращения Земли. Если река течет на юг, то эта встречная сила как бы подпруживает её. Течение реки замедляется, русло искривляется, появляются старицы, протоки, дельта расчленяет её устье. Там медленно текущая вода нагромождает наносы. Пример – дельты Волги и Днепра.

Мы живем, подчиняясь космическим ритмам. День – ночь. Зима – лето. Приливы – отливы. И вот оказывается, приливное взаимодействие трех космических тел – Солнца, Земли и Луны – может проявить себя не только в полусуточном приливном дыхании нашей планеты.

Каждый день на водную и твердую оболочку Земли действует не та приливная сила, что действовала вчера. В течение месяца все три светила дважды бывают примерно на одной линии. Такие положения тел астрономы именуют сизигиями. В эти моменты складываются гравитационные возмущения от Солнца и Луны, и тогда бывают большие приливы. И дважды за тот же месяц Солнце и Луна действуют на Землю под прямым углом. Это моменты квадратур, во время которых приливное действие Солнца как бы вычитается из лунного. Приливы в это время наименьшие. Но и это еще не все. Раз в месяц Луна подходит к Земле максимально близко в своем беге по эллиптической орбите. Прилив в это время усиливается – на 40%! А к Солнцу Земля бывает ближе всего зимой – тогда увеличивается солнечная приливная сила. Зависит приливная сила и от многих других вещей – например, она больше, если Луна и Солнце проходят точно над экватором Земли. Но главное – взаимодействие всех этих причин.

Еще древние халдеи выделяли «сверхгод» или период Сарос. Он составляет 18,6 года. Через такой промежуток времени плоскости вращения Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца совпадают на некоторый срок, и на Земле происходит сразу несколько подряд солнечных и лунных затмений, то есть полных сизигий. Значит, раз в 18,6 года приливы на Земле особенно сильны. Но есть, оказывается, и периоды еще более сильных приливов. Раз в 1800-1900 лет Земля, Луна и Солнце входят в полосу «сверхсароса». Все три тела часто попадают в точное «сизигийное» положение, одновременно и Земля оказывается ближе к Солнцу, а Луна – к Земле.

Безусловно, общий ход исторических событий определяется внутренними причинами – экономическими, политическими и социальными, но обстоятельства внешние, географические и даже астрономические, могли иногда вмешиваться в этот общий ход, спрямляя или усугубляя иные зигзаги истории. Все это относится и к 1850-летним природным ритмам. Учение советского географа А.В. Шнитникова об этих ритмах сейчас уже пользуется широкой известностью в научном мире и уважительным признанием многих географов.

Со времени последнего большого похолодания горные ледники повсеместно отступают. Но отступают не плавно (тогда конечная морена ледника тянулась бы непрерывной полосой от самой нижней точки, достигнутой когда-то ледяным языком, до теперешнего его положения), а как бы «гляциологическими квантами».

Конечных морен, четких, ясно очерченных, на пути очень многих ледников обычно восемь в Японии и в Альпах, на Кавказе и Тянь-Шане и во многих других местах. Это значит, что за последние 15 тысяч лет, то есть за период голоцена – восемь раз ледники прекращали отход и даже наступали. Тут-то и накапливались отдельные конечные морены. Затем ледник снова отходил и оставлял следующую морену – зарубку на память. Восемь циклов за 15 тысяч лет. Так нащупывалась связь между климатическими ритмами и периодами сверх приливных эпох.

Связь между климатическими ритмами и периодами сверх приливных эпох объясняется сменой сезонных и вековых типов атмосферной циркуляции. Вековые изменения в зональной циркуляции атмосферы соответствуют существенным изменениям свободной энергии имеющейся в тропосфере. Именно зональный тип циркуляции атмосферы (в отличие от меридианального) формирует периоды сверх приливных эпох. Как сезонные, так и вековые изменения широт, на которых господствуют западные потоки, обычно следуют за смещениями границ снежного и ледяного покровов.

В смене климатических ритмов большое значение имеет расположение полюса динамической системы тропосферы (циркум полярного вихря). В эпоху, когда циркум полярный вихрь расположен над территорией северной Аляски над северо-американским континентом устанавливается режим влажной и прохладной погоды. В это же время над северо-азиатским материком преобладают зональные ветры и перенос сухих горячих воздушных масс с юго-запада на северо-восток. Установление влажной и довольно прохладной погоды над Гренландией способствует формированию ледников. В эпохи, когда циркумполярный вихрь расположен над Таймыром, над Аляской и Гренландией устанавливает режим теплой и сухой погоды. Это обуславливает таяние ледников и образование айсбергов.

Смена положений центра гидродинамики над полюсами обуславливает различия в формировании погодных условий над отдельными частями северного и южного полушарий. В вопросе о потеплении или похолодании климата на Планете определяющую роль играет количество солнечной энергии, поступающей через тропосферу к земной поверхности.

При потеплении температуры повышается, прежде всего, у полюсов, затем этот процесс распространяет по полушарию с запада на восток к экватору. Соответственно, тают ледники, разливаются реки, повышается уровень Мирового океана.

При похолодании температура воздуха у полюсов снижается. Ледяные покровы в горах растут, уровень Мирового океана понижается.

Тестовые задания к главе 7.

1.Какой из ритмов Галактики оказывает наибольшее влияние на солнечную активность

1) Полное обращение солнечной системы вокруг галактического ядра (созвездие стрелец) – 176 млн. лет;

2) Полупериод обращения солнечной системы вокруг галактического ядра – 88 млн. лет;

3) Период равный четверти галактического года – 44 млн.лет.

2.Какой из ритмов солнечной активности оказывает наибольшее воздействие на геомагнитное поле Земли:

1) 5-6 лет; 2) 11-12; 3) 22-24.

3.Какой из земных ритмов оказывает наибольшее влияние на изменение климата:

1) Прецессия – 26 тыс. лет.; 2) Эклиптика – 40 тыс.лет;

3) Эксцентриситет – 92 тыс. лет.

4.Приливные волны, прокатываясь дважды в сутки вокруг всей Земли в сторону, противоположную ее вращению:

1) тормозят её вращение; 2) ускоряют её вращение;

3) не влияют на скорость её вращения.

5.Приливные силы Луны и Солнца из века в век:

1) укорачивают земные сутки;

2) периодически удлиняют земные сутки;

3) не влияют на продолжительность суток.

Глава 8

Климат Земли. Причины природных колебаний климата Земли (астрономические, геолого-географические). Палеоклиматическая реконструкция климата и долгосрочный прогноз его изменчивости.

Климат Земли – один из наиболее динамичных компонентов географической оболочки, так как он является выражением физического состояния очень изменчивых во времени и пространстве нижних слоев тропосферы. Климат Земли это – характерный для нее в многолетнем аспекте режим погоды, обусловленный солнечной радиацией, характером подстилающей поверхности и связанной с ними циркуляцией атмосферы.

В ходе геологической истории Земли климат формировался в результате неравномерного освещения её солнечной энергией, возникновением атмосферной циркуляции и необратимых изменений взаимодействия подстилающей поверхности с атмосферой. Большую роль при этом играли процессы вулканизма.

В эпохи активной вулканической деятельности в атмосфере увеличивалось количество кислотных дымов и пыли, а в эпоху ослабления вулканической деятельности усиливалась «солнечность» климатов Земли, так как соответственно возрастал приток к земной поверхности прямой солнечной радиации. Усложнялись структуры и рельеф земной коры. При этом контрасты рельефа обострялись: горы, возникавшие в течение каждого последующего цикла горообразования, были выше гор предыдущего цикла, океаническое дно углублялось.

Оба фактора (атмосферная циркуляция и рельефные контрасты) обеспечивали обострение термического режима и усиление различий в увлажнении прибрежных и внутриконтинентальных районов. Этот процесс усугублялся уменьшением притока внутриземного тепла и прогрессировавшей дифференциацией наземного растительного покрова, игравшего определенную климатообразующую роль.

Колебания климата оказали в свое время большое влияние на отложение таких ископаемых как, соль и гипс, каменный уголь, а также на растительность и животный мир прошлых эпох и на их постепенную эволюцию. Последняя стадия эволюции климата была связана с суровыми условиями жизни в последнюю ледниковую эпоху.

В каждую геологическую эпоху сочетание климатообразующих факторов было своеобразным, не похожим на другие эпохи, поэтому климаты геологического прошлого неповторимы.

Ярче всего выражена другая закономерность, сопровождавшая направленную эволюцию климатов, – ритмические (циклические) их изменения. История земных климатов еще в большей мере, чем история земной коры и рельефа, дает убедительный пример цикличности, относительной (но не абсолютной) периодичности. В ходе геологической истории повторялись эпохи обширных материковых оледенении (рифей, поздний палеозой, антропоген) и эпохи господства теплых гумидных климатов (кембрий, ранний карбон, ранняя юра, эоцен и др.), эпохи резкого обострения климатической зональности и эпохи относительного ослабления её.

В геологические эпохи происходили изменения температуры в приземных слоях атмосферы, на поверхности земли и в океанах. Причины этих изменений разнообразны. От изменений солнечного излучения до изменений геоморфологии суши, движений моря, астрономических движений Земли и флуктуаций атмосферной и океанической циркуляций.

Эти изменения температуры носили циклический характер, поскольку рано или поздно восстанавливались условия, сходные с первоначальными.

В число главных общепланетарных климатических событий в истории Земли входит:

1.Главные эпохи оледенения, разделенные интервалами от 100 до 300 млн. лет;

2.Температурные циклы, наблюдавшиеся в неледниковые эпохи и продолжавшиеся от нескольких до многих миллионов лет;

3.Повторяющиеся температурные циклы в эпоху плейстоцена, длительностью в десятки тысяч лет.

Геологические данные об этих изменениях температуры основаны на множестве наблюдений и измерений, собранных в различных областях науки, включая палеонтологию, палеоботанику, геоморфологию, геохимию и почвоведение.

Дата добавления: 2014-11-29