Глава 10. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ АТМОСФЕРЫ НА ЗЕМЛЕ (1119272), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Азота на Земле для этого слишком мало, газы типа метана илиаммиака неустойчивы и быстро разлагаются под влиянием солнечного излучения (сполной потерей водорода), а свободного кислорода тогда вообще еще практически несуществовало, о чем говорят архейские осадки, отложившиеся в явно восстановительныхусловиях. Углекислого же газа на Земле более чем достаточно, поскольку общее давлениеСО2 (сейчас связанного в карбонатах, но когда-то находившегося в атмосфере) могло быдостигать 90−100 атм.Учитывая результаты расчетов эволюции давления и состава земной атмосферы,приведенные на рис. 10.6, и выражения (10.9) – (10.15), удалось рассчитатьпалеотемпературы для всей истории развития Земли (рис. 10.16).304Рис.
10.16. Эволюция температурного режима земной атмосферы: 1 – средняя приземная температура науровне океана; 2 – радиационная температура Земли; 3 – величина парникового эффекта; 4 – температураабсолютно черного тела на расстоянии Земли от Солнца (показывает эволюционное изменение светимостиСолнца)Как видно из графиков, в катархее, 4,6–4,0 млрд лет назад, земную поверхностьсковывал мороз со средней температурой около –6 °С.
Из-за разреженной атмосферы иотсутствия океанов климат того времени должен был характеризоваться довольноконтрастной широтной зональностью. Поэтому в катархее средние температуры наэкваторе, вероятно, достигали положительных значений, тогда как на географическихполюсах они могли опускаться до – 40 °С и ниже.Дегазация мантии началась только в архее, после чего появились и первые морскиебассейны, переросшие около 3,6 млрд лет назад в мелководный океан (см. рис.
9.5). Врезультате средняя приземная температура стала быстро повышаться. Однако в началеархея, около 3,9–3,8 млрд лет назад, средние температуры земной поверхности ещеоставались очень низкими. Но тогда уже появилась вода, хоть ее было еще мало. Поэтомув раннем архее могли возникнуть условия для образования первых в истории Землиледников, хотя они не могли быть покровными. По-видимому, из-за малой мощностипервых ледников и сильной денудации раннеархейских зародышей континентов, следовот этого первого оледенения просто не сохранилось.Около 3,4 млрд лет назад давление азотно-углекислотной атмосферы ужепревысило 2 атм, а средняя температура достигла +30 °С, тогда как широтная зональностьк этому времени стала менее контрастной.
Это значит, что в экваториальном поясе, вкотором тогда располагались океанические бассейны и молодые континентальныемассивы, температуры уже могли подниматься до +50 °С и даже несколько выше. Однаконаиболее значительное повышение давления углекислотно-азотной атмосферы и подъемсредней приземной температуры произошли только в конце позднего архея, около 2,9–2,6млрд лет назад. Давление атмосферы тогда достигло 6 атм, а средние температурыпревышали +50 °С.
В то же время сформировался и Мировой океан, распростершийся догеографических полюсов, тогда как все континентальные массивы в конце археясобрались на низких широтах и возле экватора (несколько позже они столкнулись,образовав первый в геологической истории Земли суперконтинент – Моногею). Поэтомуконтрастность климатической зональности в конце архея снизилась еще больше, нотемпературы на экваторе, по-видимому, все-таки могли достигать +60 °С.305Приведенные теоретические определения средних температур в архее подтвердилижаркий климат этой эпохи, но выполнены они были независимо от малонадежныхизотопно-кислородных определений палеотемператур архея по морским кремням.Резкое снижение давления углекислого газа на рубеже архея и протерозоя за счетего связывания в карбонатных осадках привело к столь же резкому похолоданию климата.Так, судя по расчетам, средние температуры земной поверхности примерно за 100 млн летснизились приблизительно с +54 °С (2,6 млрд лет назад) до +6 °С (около 2,5 млрд летназад) (см.
рис. 10.16). Климатической реакцией на это похолодание стало развитиенаиболее грандиозного за всю историю Земли Гуронского оледенения, охватившегобóльшую часть сформировавшегося тогда же суперконтинента Моногея (см. рис. 8.2). Новесь кажущийся парадокс ситуации состоял в том, что Моногея, как и все другиесуперконтиненты, должна была располагаться на экваторе, так как только в этом случаевращение Земли становилось устойчивым (Монин, 1988).Исходя из рассматриваемой здесь концепции глобальной эволюции Земли, Н.О.Сорохтин (2001) рассчитал происходившие в прошлом изменения среднего уровнястояния континентов и положения снеговой линии на экваторе (рис.
10.17). При этомоказалось, что в архее из-за высокой тектонической активности Земли и большихтепловых потоков плотная подкоровая литосфера под континентальными массивами былаочень тонкой (см. рис. 8.1). В результате средний уровень стояния континентов в археебыл аномально высоким – около 6 км. В раннем же протерозое после снижениятектонической активности Земли и возрастания мощности плотной подкоровойлитосферы этот уровень стал постепенно снижаться, но все-таки оставался достаточновысоким – около 4–2 км. Положение же снеговой линии на экваторе рассчитывалосьисходя из того, что у современной Земли она располагается на высоте около 5 км(Долгушин, Осипова, 1989), тогда как для других эпох ее положение принималосьпропорциональным средней температуре земной поверхности в данное время (см.
рис.10.16).В результате оказалось, что положение экваториальной снеговой линиипересекается со средней высотой стояния континентов только в раннем архее и в раннемпротерозое, именно в то время, когда древние континентальные массивы и самиконтиненты находились на экваторе и в низких широтах. Следовательно экваториальныеоледенения могли существовать только в самом начале архея около 3,9–3,8 млрд летназад, и в раннем протерозое, приблизительно с 2,5 до 2,2 млрд лет назад. Во всеостальные эпохи оледенений на экваторе быть не могло. И действительно, всепоследующие континентальные оледенения были только высокоширотными.Рис. 10.17.
Эволюция средней высоты стояния континентов над уровнем океана (1) и положение снеговойлинии (Т = 0) на экваторе (2), по работе (Сорохтин, Сорохтин, 1997), с изменениями306О возможном экваториальном оледенении начала архея мы уже говорили. Что жекасается раннепротерозойского Гуронского оледенения (то же экваториального), то оно,по-видимому, было наиболее грандиозным в геологической истории Земли и оставилонеизгладимые следы своего существования в виде тиллитов, тиллоидов и ледниковойштриховки скал (бараньих лбов) практически на всех древних континентальных щитах(Чумаков, 1978), соединенных тогда в единый суперконтинент – Моногею (см. рис.
8.2).Судя по данным Н.М. Чумакова, это оледенение продолжалось в период с 2,5 доприблизительно 2,2–2,0 млрд лет назад. Впрочем, в середине раннего протерозоя, около2,3 млрд лет назад, уже начались расколы Моногеи и центробежный дрейф ее фрагментов,поэтому часть обособившихся материков ко времени 2,2–2,0 млрд лет назад могла ужепереместиться в более высокие широты (см. рис. 8.3). Все же остальные оледенения,возникавшие на южных и северных материках в конце протерозоя и в первой половинепалеозоя, а также кайнозойские оледенения Антарктиды, Гренландии, Канады и Евразиибыли только высокоширотными.В течение большей части протерозоя атмосфера Земли оставалась существенноазотной (см. рис. 10.6), при этом ее давление со временем слабо падало (за счетсвязывания азота в органическом веществе и погребения его в осадочных толщах).
Однакона температурном режиме земной тропосферы это снижение давления почти несказывалось, поскольку компенсировалось слабым повышением солнечной активности от1,14⋅106 кал/см2⋅с 2,4 млрд лет назад до ее современного значения 1,37⋅106 кал/см2⋅с.Поэтому температурный режим протерозоя оставался равномерно прохладным сосредними температурами земной поверхности около +10…+11 °С. Парциальное жедавление углекислого газа тогда, вероятно, не поднимались выше 0,5–0,6 мбар, а давлениекислорода, по-видимому, только около 1,1 млрд лет назад достигло уровня 1 мбар.
Врезультате снижения общего давления атмосферы, а также благодаря дрейфу частиконтинентов Гондваны и Лавразии в высокие широты в позднем рифее, венде, в раннем исреднем палеозое наблюдалась новая эпоха оледенений.С наступлением фанерозоя и особенно в конце палеозоя давление земнойатмосферы вновь начало подниматься за счет усиленной генерации кислорода и достиглосвоего относительного максимума около 200 млн лет назад (см. рис. 10.6).
Этому жевремени соответствует и наиболее теплый период мезозоя со средней приземнойтемпературой около +16,2 °С. По-видимому, в это же время в связи с широкимраспространением цветковых растений парциальное давление кислорода достиглоравновесного значения, после чего суммарное давление земной атмосферы вновь сталоснижаться. Климатической реакцией на это событие стало постепенное снижение среднейповерхностной температуры Земли с +16,2 °С в мезозое до +14,8 °С в настоящее время(см. рис. 10.16). Такое казалось бы, совсем незначительное похолодание, за десятки исотни миллионов лет достигает заметной величины.
В это же время происходил распадпоследнего суперконтинента – вегенеровской Пангеи. В результате часть изобособившихся материков (Антарктида, северные районы Евразии и Северной Америки,включая Гренландию) попала в высокие широты, после чего произошло наступлениеновой, ледниковой эпохи: возникновение в середине кайнозоя покровного оледененияАнтарктиды, а в четвертичное время – периодических оледенений на континентахСеверная Америка, Европа и Азия.
Если наши предположения о постепенном изъятииазота из атмосферы Земли и его захоронении в земной коре справедливы, а принятое намисодержание органического азота в осадках отвечает действительности, то, даже несмотряна постепенное повышение солнечной активности, медленное похолодание климатапродолжится и в будущем, до достижения нового равновесного состояния прохладногоклимата. Но этот новый климатический уровень, определяемый метаболизмомазотпоглощающих микроорганизмов, может оказаться не очень благоприятным дляпроцветания на Земле высших форм жизни.30710.6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
