Гуров Валерий Александрович : другие произведения.

Вулканическая активность, как причина оледенений

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    В статье на основе общедоступных данных исследований делается попытка обоснования версии зависимости ледниковых периодов от интенсивности вулканической деятельности на Земле и дается краткий анализ возможных климатических изменений в ближайшем будущем.
  Биологическая жизнь на Земле сильно зависит от климатических условий на поверхности Земли. Ледниковые периоды снижают ее активность и продуктивность. "Самый последний геологический период - четвертичный, или антропоген, начавшийся около 2 млн лет назад, - почти целиком занимает так называемая плейстоценовая эпоха, более известная как "ледниковый период". В ходе ее по крайней мере четыре раза льды покрывали обширные области Евразии и Северной Америки. Последний из плейстоценовых ледников распался около 10 тыс. лет назад," [1] Человечество, являясь составной частью биоценоза Земли, также подвержено влиянию продолжительных по геологическому времени периодов оледенения. Длительность ледниковых периодов плейстоценовой эпохи примерно в 3-4 раза превышают длительность периодов потепления. Поэтому есть основание полагать, что цивилизация и возникает как эволюционный механизм биоорганической жизни, позволяющий противодействовать таким неблагоприятным воздействием.
  Есть много версий о причинах ледниковых периодов на Земле. С разной степенью правдоподобности. И даже попытки моделирования по некоторым из них. [1-7] Но среди множества гипотез нет ни одной версии, которая увязывала бы климатические изменения с нестабильностью плотности атмосферы Земли. Хотя, вроде бы, такая зависимость и лежит на поверхности. Ведь даже незначительное понижение атмосферного давления, скажем, связанное с подъемом на несколько километров, приводит к значительному падению температуры атмосферы. Но нет. Какое-то молчаливое убеждение, что плотность атмосферы изначально постоянна. А так ли?
  Согласно последним исследованиям в атмосфере Земли можно выделить несколько слоев, различающихся по температуре и плотности (рис. 1) [10].
   [];
  Рис.1 Изменение температуры слоев атмосферы по высоте
  
  Температура газа в термосфере на высотах, превышающих 200 км., достигает 2000 градусов. Поэтом и средне квадратичная скорость молекул в термосфере, вычисляемая по формуле
   [];
  почти втрое превышает их скорость у поверхности Земли и может достигать 1 км/сек. Но это средне квадратичное значение. А вообще-то имеет место быть Максвелловское распределение скоростей. И поэтому в термосфере при активном Солнце число молекул в единице объема, чьи скорости превосходят 8 км/сек, может достигать существенных величин. Молекулы термосферы под действием излучения Солнца находятся в ионизированном состоянии и обладая такими скоростями образуют на высотах свыше 500-1000 км. (в зависимости от солнечной активности) так называемую экзосферу Земли. Если учесть воздействие на атмосферу корпускулярного излучения Солнца; разгон ионизированных частиц в сильных магнитных полях, воздействующих на атмосферу Земли при солнечных вспышках; действие космических излучений - и все это помноженное на сотни тысяч и миллионы лет, величина массы атмосферы, испаряющейся с поверхности Земли, будет достаточно существенной, чтобы сказаться на величине атмосферного давления в тропосфере за такой период. И единственное, что спасает атмосферу Земли от марсианской истории - вулканическая активность Земли, как источник восполнения массы атмосферы.
   Есть все основания считать, что вулканическая активность 3,8 - 4 миллиарда лет назад существенно превосходила нынешнюю, так как структурная дифференциация мантии и сопровождавшая ее интенсивная дегазация происходили во всем ее объеме. Интенсивная вулканическая деятельность, сопровождавшая такую дегазацию, сформировала первичную атмосферу с плотностью, скорее всего, намного превышавшей плотность существующей атмосферы, что обусловило и высокий температурный фон. Это позволяет полагать, что атмосфера Земли на ранней стадии была больше похожа на атмосферу Венеры. Именно в таких условиях происходила кристаллизация верхнего, коркового слоя Земли, называемого гранитным слоем континентов. Поэтому плотность гранитного слоя, насыщенного газами древней атмосферы, почти в два раза меньше плотности базальтового слоя, сформировавшегося существенно позже.
  Но в этой гипотезе есть один изъян. Площадь гранитного слоя составляет лишь треть от поверхности Земли. Две трети - базальтовый слой океанов. Есть несколько гипотез, объясняющих этот феномен. Захват Землей внешнего тела ( гипотеза Томирдиаро - Соболева); выбивание астероидом крупного фрагмента Земли с последующим формированием из него Луны; особенностями остывания поверхности Земли с одновременной конденсацией водных паров в океанических впадинах, изменивших условия кристаллизации магмы. Из этих гипотез наиболее правдоподобной выглядит гипотеза выбивания фрагмента Земли, так как она объясняет резкое уменьшение плотности атмосферы, приведшее к существенному падению температурного фона и конденсации паров воды в океанических впадинах, а также раскол единой континентальной плиты на части и началу дрейфа литосферных плит по поверхности Земли с их последующим наползанием на формирующийся океанический базальтовый слой. Эта гипотеза в принципе может получить подтверждение, если в ходе инструментальных исследований выяснится уменьшение скорости дрейфа тектонических плит во времени.
  По любой из гипотез интенсивность вулканической деятельности на Земле в предшествующие Кайнозойской геологические эры была существенно выше, так как была связана с постепенным затуханием дегазационных процессов всей мантии Земли. Исходя из этого есть все основания считать, что и плотность атмосферы в те времена было значительно выше. Отсюда и средняя температура на поверхности Земли сохранялась по всем широтам более стабильно, приближаясь к тропической. От венерианского перегрева при этом спасала высокая влажность и облачность из-за повышенного испарения водных бассейнов. В пользу версии повышенного атмосферного давления говорит и распространенность на поверхности Земли гигантских животных на тот период. Чтобы такие гиганты могли существовать требовалась существенно более высокое парциальное давление кислорода в атмосфере Земли, чем сейчас, и более высокая средняя температура, чтобы скомпенсировать повышенную теплоотдачу поверхности их тел.
  Можно полагать, что Кайнозойской геологической эре соответствует завершение процесса дифференциации глубинных слоев мантии. Теперь идут преимущественно поверхностные процессы переплавки верхней мантии и пород земной коры, обусловленные движением и взаимодействием тектонических плит. Подтверждением этому является географическое расположение вулканов преимущественно в стыках тектонических плит. Там, где и происходит интенсивная дегазация пород коркового слоя Земли при их переплавке в верхних слоях мантии. Считая, что основной причиной вулканов в настоящей геологической эпохе является избыточное давление вулканических газов, выделяющихся в процессе переплавки пород коркового слоя Земли [11], имеем закономерное снижение интенсивности вулканической деятельности. А это, в свою очередь, приводит к постепенному падению плотности атмосферы у поверхности Земли из-за снижения компенсационного механизма восполнения массы атмосферы Земли.
  Именно в силу этой причины в четвертичный период Кайнозойской эры плотность атмосферы Земли достигла тех значений, когда даже ее незначительные локальные изменения порождают значительные климатические изменения. Нестабильность температурного режима, вызванного предельными значениями плотности, на больших временных отрезках, исчисляемых десятками тысяч лет, проявляет себя выраженным колебательным характером поверхностного температурного фона.
  Вот диаграмма осцилляций (колебаний) средних температур за последние пять миллионов лет, полученный на основе анализа ледяных кернов Антарктиды.
   [];
  Рис. 2 Диаграмма колебания изотопов кислорода, связанного с температурой, в ледяном керне станции "Восток".
  Очевидное изменение в характере осцилляций средних температур, отраженных на диаграмме, достаточно точно совпадает с принятой границей начала четвертичного периода. При этом, если до этой границы температурные осцилляции носят выраженный стохастический характер, то после этой границы они с очевидностью приобретают колебательный характер, с выраженным трендом в сторону понижения усредненных температур, а также с характерным увеличением амплитуды и периода таких колебаний. Такой вид диаграммы вполне соответствует гипотезе устойчивого снижения плотности атмосферы в четвертичном периоде.
  Есть и более детальная диаграмма изменений средней температуры за последние 450 тыс. лет (Фанерозой), полученная на тех же кернах Антарктиды (Рис. 3).
   [];
   Рис. 3 Колебания температуры (синий), содержания CO2 (зелёный) и пыли (красный) за последние 400 000 лет по данным анализа керна льда со станции Восток в Антарктиде [8].
  Анализируя диаграммы можно заметить синхронность изменения средней температуры атмосферы и плотности углекислого газа в ней, что, казалось бы, подтверждает теорию его парникового эффекта. Только вот незадача. Осцилляции плотности углекислого газа не опережают соответствующие температурные осцилляции, а слегка отстают. И это наводит на мысль, что причиной изменения плотности углекислого газа были изменения температурного фона и связанной с ним интенсивности биологических процессов на Земле. А не наоборот.
   А вот осцилляции концентрации пыли наоборот, предшествуют температурным всплескам. Причем, чем более продолжительным является период повышенной запыленности, тем продолжительнее температурный всплеск. Если считать, что повышенная пыльность связана с усилением вулканической активности (а это, пожалуй, единственная разумная причина повышенной пыльности на протяжении тысяч лет), то получаем подтверждение высказанной версии о влиянии вулканической активности на изменение атмосферного давления.
   Зная это, перейдем к более важному и интересному относительно ближайшего будущего для земной цивилизации в целом. Для этого сошлемся на другую диаграмму средней температуры в пределах последнего цикла оледенения, и диаграмму концентрации (парциальной плотности) кислорода (Рис.4)
   [];
  Рис. 4 Хронология климатических событий последнего ледникового периода [9].
  
  Корреляция между значениями температуры и давления одной и другой диаграмм очевидна. Но диаграмма парциального давления кислорода носит более сглаженный характер и позволяет заметить одну особенность. А именно, что кривая последнего периода потепления весьма схожа с кривой предыдущего периода потепления, в том числе и по своей протяженности. А вот сие и означает, что компенсационное воздействие вулканической активности на атмосферное давление для настоящего времени близко к завершению.
  В последнее время появился ряд работ [12], в которых выбросы газов в атмосферу в ходе деятельности человека считаются сопоставимыми с вулканическими выбросами, что в принципе может существенно повлиять на параметры рассмотренного теплового режима атмосферы Земли и отодвинуть сроки наступления ледникового периода. Но достоверность таких выводов невелика в силу крайне приближенных оценок величины природных газовых выбросов в атмосферу Земли. Поэтому есть основание полагать, что уже в ближайшие сотни лет может произойти спад средней плотности атмосферы у поверхности Земли и начнется вхождение в новый ледниковый период.
  Известна еще одна реконструкция температурных изменений поверхностного слоя атмосферы за последние 12 тыс. лет (т.е. в пределах последнего температурного всплеска из рис. 3) на основе данных по концентрации изотопа кислорода, но уже по керну Гренландского ледяного щита.
  
   [];
  Рис. 5 Реконструкция средней температуры по керну Гренландского ледяного щита.
  На диаграмме:
  (7) 10400 лет до настоящего времени (1950 год), или 8400 лет до нашей эры - минимум.
  9000 лет назад (7000 лет до н.э.) - максимум.
  (5) 8200 л.н. (6200 лет до н.э.) - минимум.
  7800 л.н. (5800 лет до н.э.) - максимум.
  7200 л.н. (5200 лет до н.э.) - минимум.
  6800 л.н. (4800 лет до н.э.) - максимум.
  (не столь значительные экстремумы)
  (3) 4600 л.н. (2600 лет до н.э.) - минимум.
  3300 л.н. (1300 лет до н.э.) - максимум. Коллапс бронзового века. [Из-за засухи?]
  2200 л.н. (200 лет до н.э.) - максимум.
  (1) 1300 л.н. (700-е года н.э.) - минимум.
  400 лет назад (1600-е года н.э.) - минимум. Максимальное похолодание в эпоху малого ледникового периода (МЛП).
  Осцилляции на диаграмме довольно точно совпадают с известными историческими событиями на Евроазиатском континенте. Так температурный максимум 7800 лет назад вполне соответствует началу современной цивилизации. (По Византийскому календарю сейчас 7520 год от сотворения мира). Нарастание средней температуры после 2600 г. до н.э. соответствует расцвету древнеегипетской цивилизации. Температурный максимум в пределах 1300 г. до н.э. - исход евреев из Древнего Египта, значительные подвижки этносов на территории Ближнего Востока. 700 годы н.э. - из-за значительного похолодания великое переселение народов в Восточной и Западной Европе. И, наконец, минимум 400 лет назад - сильнейшее похолодание в Европе, массовые эпидемии, голод. Из-за похолодания прекратила существование Мангазея, первая попытка освоения русскими Восточной Сибири.
  После МЛП началось плавное нарастание средней температуры, сменившееся достаточно резким ростом за последние 100 лет (0,8град). Но в целом такой рост остается весьма далеким от предшествующих максимальных значений, однако он уже дал повод, чтобы вовсю трубить о глобальном потеплении. Ой ли? Антропологическое воздействие деятельности человека на атмосферу состоит в основном в локальных изменениях ее состава, но никак ни объема; да еще в существенной энергетической подпитке, за счет выбросов в атмосферу достаточно больших потоков тепла. Однако, такая подпитка, наряду с влиянием на рост средней температуры, еще в большей мере отразится на динамике атмосферных процессов, хотя бы в силу крайней неравномерности выбросов тепла, технологической пыли и углекислого газа. В добавок, судя по диаграмме на рис. 5, средняя климатическая температура в последние 2000 лет приобрела тренд сползания к многотысячелетнему периоду очередного похолодания, то бишь, к наступлению нового ледникового периода. А раз так, то недалеко то время, когда нарастание средней климатической температуры сменит знак. В какой-то мере такой разворот процесса провоцирует и все возрастающие технические возможности воздействия на температурный режим в термосфере. Однако, все, что касается термосферы, крайне мало исследовано. Да и сама термосфера сравнительно недавно была введена в поле научных исследований.
  Все изложенное выше относится к физике явления. И физика такова, что она очень сильно влияет на эволюцию биологической жизни на Земле. Ледниковые периоды становятся все суровей и длительность их возрастает. Возрастающая длительность ледниковых периодов очень сильно сокращает ареалы с благоприятными условиями для высокоорганизованной биологической жизни. Это приводит к значительному снижению популяции видов и ужесточению межвидовой борьбы за сокращающиеся биоресурсы. А вот в короткие периоды потепления доминантные виды взрывообразно наращивают свою популяцию, входя в симбиоз с другими, коим также обеспечивают благоприятные условия для размножения. Ограничением для размножения доминантной популяции является ограниченность природных ресурсов, вовлекаемых в жизнедеятельность вида. Как правило, это ограничение еще на этапе благоприятных климатических условий приводит к внутривидовым конфликтам, которые и являются диалектическим ограничителем роста популяции. Зато при наступлении очередного ледникового периода эта внутривидовая борьба, достигнув совершенства, может сыграть с ней злую шутку, поставив популяцию на грань самоистребления. Затем, за время ледникового периода в борьбе за выживание на историческую арену выходит следующий вид и все повторяется.
  Вот так климатическая периодичность порождает биологическую периодичность в развитии видов. Но есть и определенная закономерность в такой эволюции видов. В условиях ужесточения условий биологической эволюции природа сделала ставку не на возможности приспособления, а на развитие способностей воздействия на природу. Вот на пути такой эволюции и появился Homo sapiens. И в этой связи не так уж нелепо выглядит предположение, что неандертальцы, доминировавшие в прошлый ледниковый период, могли на предыдущем пике потепления построить на Земле цивилизацию, подобную нашей. Но затем, с наступлением очередного ледникового периода, внутривидовая борьба достигла такого ожесточения, что неандертальцы, как цивилизованный вид истребили себя, оставив только разрозненные группы, которые со временем одичали, и в столкновениях с появившимися 50 тыс. лет назад кроманьонцами были частично истреблены, а частично ассимилированы в новый вид, образовав смешанные потомства. В пользу такой гипотезы говорят многочисленные артефакты древности, которые ну никак не могли быть созданы нашими предками. Кстати, мозг неандертальцев по объему превосходил мозг кроманьонцев.
  А теперь, вот, кроманьонцы достигли вершины доминирования. Повторим судьбу неандертальцев? Успеет ли к этому времени научно-технический прогресс выйти на уровень глобального противостояния грядущему очередному ледниковому периоду или под давлением неблагоприятных климатических условий разросшееся население начнет разборки за выживание?
  
  
  
  Список литературы:
  1. Жуков Б. Ледниковая периодичность. "Что нового в науке и технике", ? 4, 2007 // [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.den-za-dnem.ru/page.php?article=402
  2. [Электронный ресурс] Причины ледниковых периодов. Сайт "Природа Земли". - Режим доступа: zooeco.com/eco-mlek/eco-mlek393-7-2.html
  3. Имбри Дж., Имбри К.П. Тайны ледниковых эпох: Пер. с англ. / Под ред. Г.А. Авсюка .- М.: Прогресс, 1988. - 264 с.
  4. Смульский И.И. Основные положения и новые результаты астрономической теории изменения климата / Институт криосферы Земли СО РАН. - Тюмень, 2014. - 30 с
  5. [Электронный ресурс] Сайт "Земля. Хроника жизни". История ледниковых периодов. 2017 -
  Режим доступа: http://earth-chronicles.ru/news/2017-09-01-107837
  6. Котляков В.М. Тайны ледников. Человечество и ледниковый период - М.: "Знание", 1965
  7. Котляков В. М. ЛЕДНИКОВЫЙ ПЕРИОД // Большая российская энциклопедия. [Электронная версия. 2017] Режим доступа: https://bigenc.ru/geography/text/2137065
  8. [Электронный ресурс] Режим доступа: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vostok_Petit_data.svg?uselang=ru
  9. File: Approximate chronology of Heinrich events vs Dansgaard-Oeschger events and Antarctic Isotope Maxima.png -Материал из Wikimedia Commons, 2015 - [Электронный ресурс] Режим доступа: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Approximate_chronology_of_Heinrich_events_vs_Dansgaard-Oeschger_events_and_Antarctic_Isotope_Maxima.png?uselang=ru
  10. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/sostav-atmosfery.html
  11. Ритман А. Вулканы и их деятельность. - М.: "Мир", 1963 - 437с.
  12. Vicky Hards. Volcanic Contributions to the Global Carbon Cycle / British geological survey - Keyworth, Nottingham, 2005 - vol. 20
 Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"