Десятки миллионов лет назад климат был явно теплее, чем тот, в котором процветала наша цивилизация, и концентрация углекислого газа также была выше. Однако по прошествии веков температура поверхности Земли упала, и в конечном итоге в Антарктиде смог образоваться ледник. Каковы были причины этих изменений? Сегодня мы посмотрим на далекое прошлое Земли.
Давайте посмотрим на климат за последние 65 миллионов лет с момента вымирания динозавров. Циклы ледникового периода, которые мы знаем, являются областью последних 2-3 миллионов лет. Возвращаясь к прошлому, мы увидим, что раньше климат был намного теплее.
Средний плиоцен
Важным моментом в истории изменения климата Земли был средний плиоцен 3–3,5 миллиона лет назад, незадолго до образования ледникового покрова Гренландии, которая перестала быть "зеленым островом" и Земля вошла в уже известный ледниковый цикл.
Концентрация CO 2 в атмосфере была тогда близка к текущему уровню (около 400 ppm), поэтому этот период может быть ориентиром для климата при этой концентрации CO 2. Средняя температура в этот период была на 2–3 C выше, чем в доиндустриальную эпоху, при этом температура в тропиках была на 1–1,5 C выше, а на суше в полярных регионах на целых 10 С.
Особенно высокие температурные аномалии преобладали в Гренландии (не удивительно, тогда еще не было ледяного покрова!). Наземные палеоклиматические индикаторы с острова Эллесмер, расположенного в канадской Арктике, показывают среднегодовые температуры, близкие к нулю, то есть на несколько градусов выше, чем в голоцене; в то время как восстановленные температуры вегетационного периода (май-сентябрь) на 10-14 градусов выше нуля.
Из любопытства можно добавить, что в тайге, растущей на острове, жили верблюды, приспособленные к суровым условиям. Аналогичные результаты были получены для осадков озера Эль-Гыгытгын на северо-востоке России, которые показывают, что средние температуры в этом регионе Арктики были примерно на 8 C выше, чем в доиндустриальную эпоху, и за полярным кругом росли хвойные леса вместо тундровой растительности.
Отсутствие ледяного покрова в Гренландии и более высокие температуры, изменяющие точку баланса антарктического ледяного покрова (то есть размер, при котором накопление снега компенсирует потери льда), привели к тому, что в то время глобальный уровень моря был на 20-30 метров выше.
Климат, преобладающий в плиоцене, по сравнению с ситуацией начала эоцена, все еще можно считать довольно прохладным. В эоцене вообще не было ледяных щитов, а глобальный уровень моря был на 75 метров выше. В Антарктиде было намного теплее (опять же, причина в отсутствии ледяного покрова), а температура в арктических регионах превышала уровень 20-го века, характерный для Средиземноморья. Это большие изменения климата. Почему тогда было так тепло и почему с тех пор климат так сильно остыл?
Солнце постепенно светило все сильнее - с момента исчезновения динозавров 65 миллионов лет назад его мощность возросла на 0,65 процента, увеличивая возбуждение излучения примерно на 1,3 Вт / м2. Поскольку сила Солнца поднималась, оно должно нагреваться, пока температура падала. Таким образом, не было изменений в энергии, получаемой от солнца, которые были определяющим фактором для управления климатом.
Может ли другое расположение континентов быть причиной охлаждения климата?
65 миллионов лет — это не так много в масштабе планеты. Да, Атлантика расширилась, и Америка объединилась, но сами континенты существенно не изменили свое местоположение, особенно широты, которые важны для энергетического баланса Земли. Открытие или закрытие дорог для океанических течений может изменить распределение энергии между регионами Земли — кроме изменений альбедо (способствующих увеличению баланса массы Гренландского ледяного щита за счет увеличения количества снегопадов), однако это не вызывает значительного глобального радиационного воздействия. Предполагается, что изменение в распределении континентов в последние 65 миллионов лет, может привести к радиационным воздействием менее 1 Вт / м 2.
Пришло время взглянуть на изменения концентрации парниковых газов. Из такого далекого прошлого у нас есть палеоклиматические показатели только для углекислого газа, и необходимо оценить изменения концентрации других парниковых газов.
В эоцене концентрация углекислого газа увеличилась около 50 миллионов лет назад, достигнув максимума около 1000 ppm, а затем постепенно снижалась. В основном это было результатом изменений в углеродном балансе термостата (то есть разница между скоростью CO 2 для быстрого цикла углерода через вулканы и удаления этого газа процессами выветривания породы).
Определенное влияние могло бы также оказать удаление органического вещества в океанические отложения, где оно было захоронено и преобразовано в сырую нефть - такие процессы могли произойти 49 миллионов лет назад в Арктике, во время так называемого "эпизода Азоллы", длящегося около миллиона лет.
Подсчитано, что небольшие пресноводные папоротники (типа азоллы), падающие на дно, удалили 900-3500 ГтС из быстрого углеродного цикла, и на данный момент являются арктическими нефтяными месторождениями.
Это количество углерода, соответствующее эоценовым условиям (800–2000 ppm), уменьшение концентрации CO2 в атмосфере на 55–450 ppm. В долгосрочной перспективе влияние этого события на климат было нивелировано углеродным термостатом: уменьшение количества CO2 в атмосфере приводит к снижению скорости выветривания пород, в результате чего концентрация CO2 в атмосфере в горизонте миллионов лет возвращается к уровню равновесия. Аналогичным образом, за это время полностью нейтрализуется пульс углерода 900-3500 ГтС (для сравнения, количество выбросов CO2 от вулканов за миллион лет составляет около 80 000 ГтС).
Индийский субконтинент
Обратим внимание на индийский субконтинент, расположенный 65 миллионов лет назад к югу от экватора и движущийся на север с чрезвычайно высокой скоростью 20 см в год (типичная скорость континентальных плит на порядок ниже). Великие реки Азии в течение десятилетий сбрасывали значительные количества органического материала в Индийский океан, образуя богатые углеродом месторождения.
Высокая вулканическая активность, связанная с движением плиты индийского субконтинента через эту область, обусловила выброс накопленного в них углерода в атмосферу. Благодаря этому концентрация CO2 в атмосфере увеличилась, а вместе с ней и средняя температура планеты. Через миллионы лет (50 миллионов лет назад) индийский субконтинент столкнулся с Азией, подняв Гималаи и Тибет, и, таким образом, раскрыл большие поверхности выветрившихся силикатных пород. В то же время вулканическая активность ослабла, и тенденция снижения содержания углекислого газа в воздухе началась на протяжении миллионов лет.
По мере того, как количество СО 2 в атмосфере уменьшалось, парниковый эффект тоже уменьшался, а температура планеты понижалась. Когда концентрация диоксида углерода упала 34 миллиона лет назад до уровня 500-600 ppm, Антарктида начала покрываться ледяной шапкой, в течение нескольких миллионов лет проходя цикл ледниковых периодов, очень похожих на те, что были в последние 2 миллиона лет. Покрытие ледяного покрова Антарктики прекратило процессы выветривания, а падение глобальной температуры замедлило выветривание на других континентах. Этого было достаточно, чтобы стабилизировать концентрацию CO2 в атмосфере.
Охлаждение климата, вызванное снижением концентрации парниковых газов за последние несколько десятков миллионов лет, изменило облик планеты: от жаркого климата без ледяных покровов до больших ледяных покровов в обоих полушариях. Однако это большое изменение климата заняло много времени. По мере продвижения Индии на север через океан концентрация углекислого газа увеличивалась на 0,0001 ppm в год, или на 1 ppm за 10 000 лет. Потребовалось миллион лет, чтобы увеличить концентрацию углекислого газа на 100 ppm. В то время как 50-20 миллионов лет назад концентрация CO2 снизилась с 1000 до 300 ppm, снижение на 1 ppm продолжалось в среднем более 40 тысяч лет. Было много времени, чтобы пополнить океаны карбонат-ионами, эволюцией и миграцией, что позволило экосистемам адаптироваться к изменению климата.
