http://www.o8ode.ru/article/planetwa/
Таким образом, за последние 2,5 млрд. лет происходили следующие изменения климата на Земле. После теплой архейской эры наступил длительный период чередования теплых и холодных эпох, которые имели различную продолжительность. Это значит, что на Земле в этот период сменяли друг друга два различных устойчивых типа климата. Каждый из них длился десятки миллионов лет. Во время одного климата — теплого — суша и моря были безледными. Во время второго климата — холодного — часть суши и морей была покрыта ледовым панцирем. Ясно, что оба эти климата принципиально отличались друг от друга. Ледники шли от полюсов, то есть в широтном направлении. Поэтому во время оледенелого климата зональные климатические изменения были более резкими, чем во время теплого климата.
Эпохи оледенения были очень динамичными в плане изменения температуры, уровня воды в океане, движения ледников. Это сказывалось на биосфере, на растительном и животном мире. Теплые эпохи были значительно стабильнее. Изменение внешних условий происходило медленнее, средняя температура на поверхности Земли изменялась незначительно. Разница в значениях средней температуры на Земле в эпохи оледенения и в теплые эпохи составляла не так уж и много, всего 7—10°. Такая разница характерна для условий, когда ледники стягиваются около полюсов. Это в эпоху оледенения. Когда же ледники широко разрастались, то эта разница средних температур на Земле в теплые эпохи и эпохи оледенения достигала 20°. Мы сейчас живем в эпоху оледенения, когда ледники стянуты к полюсам. Средняя температура на поверхности Земли сейчас составляет 15 °С. В предыдущий теплый меловой период средняя температура у поверхности Земли была на 7° выше, то есть она составляла 22 *С. Десятки тысяч лет тому назад ледники разрастались до своих максимальных размеров. Тогда средняя температура у поверхности Земли была ниже современной примерно на 6—10°. Разница ее с такой температурой в теплый меловой период достигала 13—17°.
овременная климатическая система выглядит следующим образом. Атмосфера Земли имеет массу, равную 5,3 • 1021 г. Она состоит из молекулярных азота и кислорода, аргона, углекислого газа, неона, гелия и метана. Основная масса атмосферы сосредоточена в нижних слоях. Половина массы находится в толще высотой 5 км, 2/3 — в тропосфере, а в двухкилометровой толще находится 9/10 всей массы.
Основное влияние на климатические условия различных районов и всей Земли оказывают процессы в тропосфере. Это поглощение солнечной радиации, формирование потока теплового излучения в инфракрасной (длинноволновой) области спектра, общая циркуляция атмосферы, водообмен, который связан с образованием облаков и выпадением осадков.
Важны и химические реакции. Движение воздушных масс и развитие циркуляции в глобальном масштабе связано с тем, что на разных широтах (в тропическом поясе, полярных и умеренных широтах) земная атмосфера получает разное количество солнечной энергии. В тропиках идет отток теплого воздуха вверх от земной поверхности и по направлению к полюсам. В полярных районах из-за охлаждения воздуха он устремляется вниз к поверхности Земли и движется затем в сторону экватора. Из-за вращения Земли, которое приводит к тому, что в умеренных широтах воздух при движении от экватора поворачивает на запад. Так образуются циклоны и антициклоны. Они захватывают теплые массы воздуха на юге и холодные на севере и дальше продолжают движение, вращаясь против часовой стрелки (антициклоны) или по часовой стрелке (циклоны). Размер атмосферных вихрей составляет около 5000 км в поперечнике. Такими вихрями переносится тепло между полюсами и экватором.
Стратосфера также оказывает влияние на формирование климата. В стратосфере находится слой аэрозолей — мельчайших твердых и жидких частиц, которые изменяют поток солнечного излучения, частично поглощая и рассеивая его. В стратосфере находится и озонный слой. Что такое климат— знают все. Климат — это та же погода, усредненная за десятки лет. Когда говорят, что климат влажный, то это отнюдь не значит, что каждый день наблюдается влажная погода. Просто за десять — двадцать лет в данной местности преобладали влажные погоды.
Климат, как и погода, поддаются измерению. Измеряют атмосферное давление, температуру и влажность воздуха, направление и скорость ветра, облачность, видимость, осадки (количество и вид), туманы и метели, грозы и другие явления, продолжительность солнечного сияния, температуру почвы, высоту и состояние снежного покрова и многое другое. Это мы перечислили составляющие части климата. Специалисты их так и называют — метеорологическими элементами.
Океан является гигантским аккумулятором тепла. Масса океанической воды в 258 раз больше массы атмосферного газа. Для того, чтобы повысить температуру атмосферного газа на 1 С, океанической воде надо отдать то же количество тепловой энергии, в результате которого температура воды уменьшится всего на одну тысячную долю градуса. Такие изменения температуры даже трудно измерить.
Мировой океан изучен слабо. Только недавно обнаружены очень важные особенности циркуляции воды в океане. Так, были обнаружены океанические вихри, подобные циклонам и антициклонам в атмосфере. Диаметр этих вихреобразных кольцевых структур достигает 100 километров. Свойства воды в пределах этих вихрей сильно отличаются от свойств воды окружающей их.
Обнаружены также поверхностные океанические движения воды. Установлено, что и на больших глубинах вода находится в движении. Гидросфера является очень подвижной средой, хотя по сравнению с атмосферным газом скорость движения здесь в десять—сто раз меньше. Средняя скорость океанических движений составляет несколько сантиметров в секунду, тогда как скорость ветра достигает нескольких (а то и десятков) метров в секунду. В верхних слоях атмосферы эти скорости достигают сотен метров в секунду.
Если климатическую систему сравнить с живым организмом, то можно сказать, что роль крови в нем выполняет вода. Она находится в любых фазовых состояниях (пар, жидкость, снег, лед). Вода является переносчиком массы и энергии в климатической системе. Климатическая система, по мнению специалистов, является в большинстве случаев системой саморегулирующейся. Это значит, что многие внешние и внутренние изменения (возмущения) гасятся, затухают.
Самым подвижным компонентом климатической системы является атмосфера. В ней происходят слабые и сильные движения воздуха, а также конвекция. В ней формируются циклоны и антициклоны, зарождаются торнадо и ураганы. В атмосфере дуют устойчивые и неустойчивые ветры, возникают атмосферные волны и с огромной скоростью, несутся струйные течения. Атмосфера является наименее инерционным компонентом климатической системы. Она влияет на изменение погоды за секунды, недели, месяцы и годы.
Очень подвижны воды Мирового океана. Поверхностные морские течения тесно связаны с движениями атмосферного газа. В Мировом океане имеются и другие системы течений — придонные, приливно-отливные. Происходят также погружения и подъемы глубинных вод. Эти движения вод называют апвелингом. Одна десятая площади поверхности океана занята этими движениями. На поверхности раздела вод с разной плотностью возникают внутренние волны.
.........................
Вторая группа гипотез ищет причину оледенений не в изменении потока солнечной энергии, которая достигает Земли, а в разной степени поглощения этой энергии Землей. Идея состоит в том, что почему-то время от времени в околоземном пространстве (в атмосфере Земли) создаются такие условия, при которых солнечная энергия утилизируется значительно хуже и температура существенно понижается. Причину такого изменения усвояемости энергии можно искать только в атмосфере, где происходит сортировка солнечной энергии: часть энергии атмосфера отсылает обратно в космос, часть пропускает к поверхности Земли нетронутой, а часть потребляет сама, прежде всего для собственного обогрева, а точнее нагрева. Но эта способность атмосферы зависит от ее состава, а состав атмосферы Земли за всю ее историю изменялся весьма радикально. Не все составляющие атмосферы играют одинаковую роль при перераспределения солнечной энергии. Важную роль в этом отношении играет углекислый газ СО2, хотя его абсолютное количество в атмосфере ничтожно мало — всего 0,03% объема.
Углекислый газ в атмосфере работает как пленка на теплице по принципу: впускать, но не выпускать. В результате пблизительно 30% приходящего солнечного излучения отражается от верхних слоев атмосферы и уходит назад в космос, но большая часть проходит сквозь атмосферу и нагревает поверхность Земли. Нагретая поверхность испускает инфракрасное излучение. Некоторые газы, входящие в состав атмосферы в относительно небольших количествах (0,1%) способны задерживать инфракрасное излучение. Их называют парниковыми газами, а само явление – парниковым эффектом.
Парниковые газы присутствовали в атмосфере почти на всем протяжении истории Земли, их баланс поддерживался за счет естественного круговорота в природе. В отсутствие парниковых газов температура воздуха у поверхности Земли была бы примерно на 30-33°С ниже, чем сейчас. До начала эпохи промышленного развития концентрация диоксида углерода в атмосфере была равна 280ppm (частиц на миллион), а теперь она увеличилась на 30% и достигла 368ppm.
Если естественный парниковый эффект поддерживал атмосферу Земли в состоянии теплового баланса, благоприятного для существования животных и растений, то антропогенное увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере нарушает естественный тепловой баланс планеты за счет усиления парникового эффекта, и как следствие, вызывает глобальное потепление.
Приходящие к поверхности Земли солнечные лучи проходят атмосферу беспрепятственно. Это свет. Конечно, часть его рассеивается из-за мутности атмосферы. Световая энергия частично поглощается и нагревает Землю. Часть солнечной энергии отражается земной поверхностью (сушей и водной поверхностью) обратно в атмосферу и далее в космос. Нагретая Земля, как и любое нагретое тело, начинает излучать. Но получив световую энергию, она излучает тепловую. Это инфракрасное, или ультрафиолетовое излучение. Это излучение, уходящее от Земли, и задерживает диоксид углерода СО2. Если бы СО2, в атмосфере не оказалось, то средняя температура на поверхности очень существенно снизилась бы. При этом на Земле наступили бы условия эпохи оледенения.
.......................
Основная масса углекислого газа находится в океане. Его там в 50 раз больше, чем в атмосфере. Поставляет углекислый газ в атмосферу и биосфера. Но самое большое его количество скрыто в земной коре. Он вырывается оттуда время от времени вместе с вулканическими извержениями. Ясно, что в настоящее время установилось некоторое, хотя и весьма хрупкое, равновесие между всеми источниками углекислого газа. Если такое равновесие нарушается, то количество СО2 в атмосфере должно измениться со всеми вытекающими отсюда последствиями.
................................
Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60 % парникового эффекта. Благодаря большому дипольному моменту молекул, вода также поглощает микроволновое излучение, на чём основан принцип действия микроволновой печи.
..................................
При атмосферном давлении вода замерзает (превращается в лёд) при температуре в 0 °C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100 °C. При снижении давления температура плавления воды медленно растёт, а температура кипения — падает.
...............................
______________________
http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cac...D1%82&cd=4&hl=ru&ct=clnk&gl=ru
Захоронение СО2 на дне океана в карбонатных породах происходит за многие десятки и сотни миллионов лет. Плиты наибольшего размера до места субдукции старой коры со слоем отложений максимальной толщины движутся 200-300 миллионов лет. Если жизнь в океане процветает, то накопление отложений на дне океана будет велико. Когда этот слой через 200 миллионов лет будет подныривать под другую плиту, вулканы будут выбрасывать соответственно большее количество СО2. Однако жизнь расцветает по своим закономерностям и, в частности, стремиться к максимальному размножению. Следовательно, увеличивающаяся растительность сможет съесть всю углекислоту за соответственно меньше время. Тогда количество отложений СО2 в океане уменьшается, и через 200-300 миллионов лет вулканы начинают выбрасывать меньше углекислоты. В результате наступает похолодание и возникают ледники. Таким образом, жизнь на Земле, прежде всего в океане, сама по себе является причиной оледенения, возникающего с периодом 200-300 миллионов лет. Именно такую периодичность давно заметили геологи. Кстати заметим, что перед каждым потепление увеличивается активность вулканов. Самое древнее оледенение было 2,6 миллиарда лет тому назад. Оно произошло через 300 миллионов лет после возникновения жизни на Земле в виде сине-зеленых водорослей. Оледенение развивалось в низких широтах на первом большом континенте, которому дали название Монгея. По нашему мнению, главной причиной монгойского оледенения явилось уменьшение концентрации СО2 в атмосфере из-за жизнедеятельности первых растений. Последующие оледенения происходили только в высоких широтах.
Человечество живет в ледниковую геологическую эпоху, которая началась примерно 3 миллиона лет назад. В ледниковую эпоху климат становится весьма не устойчивым, благодаря упомянутых выше сильных обратных связей. Именно этот период характерен быстрыми колебаниями температуры и площади оледенения. В периода потепления растительность буквально пожирает СО2, парниковый эффект уменьшается и начинается оледенение. Затем растительность угнетается, и концентрация СО2 восстанавливается за счет постоянного действия вулканов. Жизнь снова расцветает. Период этих колебаний составляет порядка 10000-100000 лет. Эти короткие периодические автоколебания возникают только во время оледенения, так как причиной периодического оледенения является сама жизнь в океане и на суше. Длительные ледниковые эпохи возникают с периодом порядка 200-300 миллионов лет вследствие движения океанических плит и отложения продуктов жизнедеятельности в океане в виде карбонатных пород. Короткие периодические автоколебания климата внутри ледниковой эпохи с периодом порядка 10000-100000 лет возникает вследствие сильных обратных связей в результате поглощения СО2 из атмосферы растениями. В принципе возможно новое большое оледенение на Земле, а в далеком будущем неизбежно полное оледенение Земли после прекращения движения океанических плит.
http://wap.co2.borda.ru/?1-5-0-00000003-000-0-0-1171223215
Альбедо и атмосферные аэрозоли.
На тепловое состояние Земли влияет доля сразу же отраженной солнечной лучистой энергии, так как она не поглощается земной поверхностью, а значит не нагревает ее. Эту долю отраженной энергии называют альбедо. Для Земли в целом альбедо составляет 0,39. Т.е. поглощается Землей, участвует в нагреве и впоследствии переизлучается часть потока солнечной энергии, приходящего к Земле, равная 1-0,39=0,61 (за единицу взят полный поток солнечной энергии, приходящий к Земле). В формировании отражающей способности Земли участвует как атмосфера, так и сама поверхность ее.
Альбедо поверхности меняется в очень широких пределах, от почти нулевого у сажи, влажного чернозема, до почти полного, близкого к единице, у снега. Открытая вода, если только лучи света не идут под малым углом к водной поверхности, тоже имеет весьма малое альбедо. В атмосфере основное влияние на отражение солнечного излучения оказывают прежде всего облака (вообще, вода в атмосфере играет двойственную роль – в виде густых аэрозолей, густых облаков, особенно вблизи поверхности она оказывает мощный антипарниковый, отражающий эффект, но в виде простого водяного пара и слабых, разреженных облаков, особенно в высоких слоях атмосферы, оказывает наоборот, парниковый эффект).
Также весьма заметное влияние оказывают другие атмосферные аэрозоли, прежде всего сульфатные. Поведение облачности при изменении климата как раз один из наименее понятных аспектов проблемы в настоящее время, и это вносит существенную неопределенность в существующие предположения о будущих характеристиках потепления климата. Однако существуют предположения, что общий рост облачности будет весьма слабым при потеплении, и кроме того, наиболее сильный рост будет наблюдаться у разреженных слабых облаков в высоких слоях атмосферы – а они как раз играют больше парниковую роль, чем антипарниковую, так как достаточно проницаемы для солнечного света, но очень плохо проницаемы для инфракрасного.
