Глава 10. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ АТМОСФЕРЫ НА ЗЕМЛЕ (1119272), страница 9
Текст из файла (страница 9)
1999. № 4. С. 3–12)В приведенных на рис. 10.13 графиках температурных колебаний климата,определенных по керну ледникового покрова Антарктиды, кривая температурныхколебаний явно опережает соответствующие им изменения концентраций углекислогогаза. Судя по этим данным, температурные колебания действительно являютсяпервичными, а изменения содержания углекислого газа в атмосфере – лишь следствиеэтих колебаний.Объясняется это отрицательной температурной зависимостью растворимостиуглекислого газа в океанических водах и законом Генри, устанавливающим динамическоеравновесие между концентрацией газа в атмосфере и его содержанием в гидросфере.Сейчас в водах океанов растворено углекислого газа приблизительно в 57–60 раз больше,чем его содержится в атмосфере.
Если же за счет изменения температуры океаническихвод содержание СО2 в Мировом океане изменится, то установится новое равновесие, прикотором часть углекислого газа перейдет из океана в атмосферу или, наоборот, изатмосферы в океан. Но поскольку его растворимость в воде заметно уменьшается с ростомтемпературы, то всегда потеплениям климата будет соответствовать увеличениеконцентрации углекислого газа в атмосфере, а похолоданиям − ее снижение. Интересноотметить, что задержка изменений концентрации СО2 по сравнению с изменениями298температуры на графиках приблизительно соответствует времени полного перемешиваниявод Мирового океана (порядка нескольких тысяч лет).То же относится и к “теплому” меловому периоду.
Так, по нашим оценкам(Сорохтин, Ушаков, 1991), в атмосфере мелового периода, когда средняя температура водМирового океана была приблизительно на 15 °С выше современной, парциальноедавление углекислого газа в земной атмосфере превышало его современный уровеньприблизительно в 1,7–2 раза.
Однако такое повышение содержания углекислого газа ватмосфере мелового периода являлось естественным следствием климатическихизменений того времени, а не его причиной. Истинная причина теплого климата меловогопериода была связана, по-видимому, с некоторым повышением давления атмосферы вмезозое (за счет усиления генерации кислорода после появления и широкогораспространения цветковых растений) и с дрейфом континентов. В результатебольшинство материков тогда располагалось только в низких и умеренных широтах, атеплые океанические течения проникали глубоко в высокие широты, согревая своимиводами берега наиболее приближенных к полюсам континентов (например, Антарктиды).Поэтому средняя температура Земли в меловом периоде была приблизительно на 2,5−3 °Свыше современной, а климат − более равномерным, без ледяных шапок на полюсах.10.4.
Естественное происхождение так называемых озоновых “дыр”Хотелось бы отметить близкую по ситуации к парниковому эффекту проблемупроисхождения озоновых “дыр” в полярных и умеренных широтах. Известно, что встратосфере под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца кислород частичнопреобразуется в трехатомный газ − озон, задерживающий и поглощающий жесткоесолнечное излучение. Поэтому возникающий в стратосфере озоновый слой фактическиявляется защитным щитом от губительного для всего живого солнечного ультрафиолета.Разрушение этого слоя, естественно, представляет собой большую опасность для жизни наЗемле.
Отсюда понятно большое внимание, уделяемое учеными изучению озонового слояЗемли и проблеме озоновых “дыр” в стратосфере.Под озоновыми “дырами” обычно понимаются участки стратосферы в полярных иумеренных широтах с пониженной приблизительно на 20−30%, концентрацией озона.Обычно они возникают в зимне-весенние периоды над местами стояния устойчивыхантициклонов, например в Антарктиде или над Якутией.
Связано это с тем, что зимойрезко уменьшается солнечная инсоляция, а в полярных широтах она и вовсе пропадает, анад антициклоническими областями происходит подъем воздушных масс и ихперетекание в стратосферу, в результате озоновый слой над ними как бы развеивается.Летом, как правило, озоновые “дыры” резко сокращаются по площади или пропадаютполностью.Паника с озоновыми “дырами” возникла только после того, как в конце 50-х годовнаучились и стали количественно измерять содержание озона в атмосфере, а до того жилиспокойно и ни о чем не беспокоились. Впервые озоновую “дыру” обнаружили вАнтарктиде, как раз в то время, когда там проводили исследования и авторы даннойкниги. Вскоре вокруг проблемы “дыр” появилось масса предположений об антропогенномвлиянии на их появление. Так, наиболее модным стало обвинять в этом промышленность,выпускающую бытовые аэрозольные баллончики, и холодильную промышленность,использующие легкосжижаемый газ фреон.
При этом, правда, оставалось непонятным,почему наиболее глубокие и обширные озоновые “дыры” наблюдаются в Антарктиде, т.е.в Южном полушарии, тогда как максимум антропогенных выбросов фреонов происходитв Северном полушарии. Непонятно также, чем хуже промышленные фреоны, когда внесоизмеримо бóльших количествах аналогичные, но природные фреоны поступают ватмосферу при вулканических извержениях.Однако главными “разрушителями” озонового слоя являются не фреоны, а метан иводород. Вопреки существующим взглядам об основной роли техногенных фреонов в299разрушающем действии озона земной атмосферы, их влияние и в энергетическом и вколичественном отношениях совершенно ничтожно по сравнению с ролью природныхэманаций метана, водорода и природных фреонов вулканического происхождения.
Так,только по реакциям типа (9.12) и (9.13) при гидратации пород океанической коры сейчасосвобождается, по нашим оценкам (Сорохтин и др., 2001), около 10 млн т/год и СН4 и Н2,тогда как техногенный выброс фреонов не превышает 100 тыс. т/год. По некоторымоценкам, выделение из океанов СН4 достигает даже 16 млн т/год. К этому следовало быдобавить многие миллионы тонн метана и водорода, поступающих из почв тектоническиактивных регионов (Войтов, 2000) и тропических лесов, а также “болотного” газа(метана), выделяемого болотами северных регионов Канады и Евразии. Всего же массаежегодно поступающих в атмосферу природных газов достигает многих десятковмиллионов тонн.
Соединения этих газов с озоном протекают по многоступенчатымреакциям, конечные формы которых можно записать в виде(10.11)СН4 + 4О3 → СО2 + 2Н2О + 4О2 ,(10.12)Н2 + О3 → О2 + Н2О.При этом по реакции (10.11) на каждый грамм метана выделяется 20,5 ккал тепла, а пореакции (10.12) – 46,2 ккал на 1 г водорода. При взаимодействии фреонов с озономвыделяется заметно меньше тепла.Таким образом, природных метана и водорода, не считая вулканогенных фреонов,в атмосферу поступает почти на три порядка больше, чем техногенных выбросов фреонов,и к тому же их тепловой эффект значительно выше, чем у фреонов. Отсюда можнозаключить, что роль антропогенного воздействия на озоновый слой в стратосфере Земли,в котором и возникают озоновые “дыры”, пренебрежимо мала – приблизительно на трипорядка ниже влияния природных факторов.
Поэтому все колебания концентрации озонав земной атмосфере носят исключительно природный характер и никак не связаны сдеятельностью человека. Как показал А.П. Капица (1996), концентрация озона встратосфере меняется с сезонной периодичностью и ничего страшного в этом нет. Болеетого, в процессе исследований выяснилось, что на экваторе и в тропических широтахконцентрация озона оказалась более низкой, чем в наиболее глубоких озоновых “дырах” вприполярных областях. И никакой опасности для жизни на этих широтах не происходит.Отсюда видно, что нет проблемы озоновых “дыр”, на борьбу с которыми, однако,тратятся колоссальные средства. Так, по некоторым оценкам (Карнаухов, Карнаухов,1999), только на выполнение обязательств по Монреальскому протоколу к Венскойконвенции 1985 г.
о сохранении озонового слоя Россия должна тратить около 5 млрддолларов в год, а разовый убыток от уничтожения и замены оборудования,использующего фреоны, составляет около 10–15 млрд долларов! Этим деньгам можнонайти и лучшее применение.10.5. Климатические эпохи геологического прошлогоУбедившись в работоспособности адиабатической теории парникового эффекта,теперь на ее основе можно рассмотреть и эволюцию глобального климата Земли.
Дляопределения климатических изменений на Земле нам, естественно, предварительнонеобходимо выяснить, как менялись со временем основные параметры процесса,ответственные за установление глобального климата на нашей планете. К такимпараметрам относятся солнечная постоянная S, приземное давление атмосферы ps,парциальные давления pi главных компонентов земной атмосферы (азота, углекислогогаза, кислорода и аргона) и равновесная относительная влажность тропосферы.Теория развития звезд (см. рис. 10.16) показывает, что за время жизни Землисветимость Солнца увеличилась приблизительно на 37–38% – с 2,8·1033 до 3,86·1033 эрг/с(Bachall, 1982).
Соответственно этому изменилась и солнечная постоянная с S ≈ 1·106эрг/см2·с 4,6 млрд. лет назад до современного ее значения S0 = 1,37·106 эрг/см2⋅с. Такое300изменение солнечной постоянной, безусловно, должно было сказываться и на прошлыхклиматах Земли.Выше нам удалось восстановить эволюцию химического состава и давленияземной атмосферы для всей истории геологического развития нашей планеты и дажесделать прогноз на будущее (см. рис. 10.6).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
