CC BY
83
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 551.1+551.58
ЭВОЛЮЦИЯ КЛИМАТА С ПОЗИЦИЙ НОВОЙ ГИПОТЕЗЫ ОБРАЗОВАНИЯ ЗЕМЛИ
В. Я. Евзеров
ФГБУН Геологический институт КНЦ РАН
Аннотация
Рассмотрена эволюция климата с позиций новой гипотезы образования Земли. Показано, что в изменении климата определяющую роль играло внутреннее тепло, генерируемое веществом ядра Земли вследствие воздействия на него космического излучения. Размер ядра со временем уменьшается, и Земля остывает. Ключевые слова:
внутренняя энергия Земли, солнечное тепло, климат.
EVOLUTION OF CLIMATE FROM THE STANDPOINT OF A NEW HYPOTHESIS OF THE EARTH FORMATION
Vladimir Ya. Yevzerov
Geological Institute of the KSC of the RAS
Abstract
The climate evolution from the standpoint of a new hypothesis of the Earth formation has been considered. It has been shown that the internal heat, generated by the substance of the Earth's core, played a decisive role in the climate change due to impact of cosmic radiation on it. The size of the core decreases with time and the Earth cooling-down. According to the new hypothesis of the Earth formation, after the formation of the Earth's crust from the melt generating elements under the influence of cosmic radiation on the Earth's core continues. This leads to the increase in the substance volume in plasma state and in the internal pressure. The earth's crust warms up with the accumulation of the substance and from a certain moment a warm and even climate is set on the Earth's surface; thermoera comes. When the internal pressure exceeds the roof strength the introduction of magma occurs.
The devastation of the magma reservoir leads to cooling of the Earth's crust and the formation of cover glaciation; comes. Thermoeras and glacioeras repeatedly alternate in the Earth's history. The last glacioera began in the Miocene and continues to this day. The leading role in the climate change belongs to the Sun. The current warming is caused by the introduction of large masses of magma. It is temporary and will not fundamentally alter the climate situation in the near future. However, due to reducing the core size, the Earth cools down, and the climate will inevitably deteriorate.
Keywords:
Earth internal energy, solar heat, climate.
Одна из сложнейших проблем современного естествознания заключается в выяснении причин изменения климата Земли и прогнозировании его вариаций в будущем. Концепция орбитальной теории палеоклимата изложена в капитальной работе В. А. Большакова [1]. Автор пришел к выводу о том, что «степень и характер климатического воздействия вариаций орбитальных элементов зависят от глобального палеоклиматического состояния Земли (от термоэры до гляциоэры), определяемого, скорее всего, как земными, так и
космическими причинами». Однако конкретный характер этой зависимости остался не выясненным. Современная гипотеза образования Земли не дает удовлетворительного объяснения ни источника внутреннего тепла, ни периодичности поступления тепла в больших количествах.
Сравнительно недавно опубликована новая гипотеза образования нашей планеты [2, 3-5]. Она позволяет объяснить природу источника внутреннего тепла и, соответственно, климатических изменений на поверхности Земли. М. И. Дубровский назвал ее гипотезой Г. В. Трофимова и Ю. И. Лесового, поскольку Г. В. Трофимов предложил ее еще в 2002 г., но, к сожалению, не опубликовал. Согласно этой гипотезе, Земля сформировалась из апейрона (первовещества или нуклонного вещества), выброшенного из Солнца. Его первоначальный размер, вероятно, не превышал сотен метров. В настоящее время размер нуклонного ядра, по расчетам Г. В. Трофимова, составляет 180 м в диаметре.
В результате взаимодействия ядра с космическим излучением формировались элементы, что увеличивало объем вещества в плазменном состоянии. Охлаждение плазмы вело к образованию расплава, в котором происходила жидкостная дифференциация, и к формированию плотной атмосферы легколетучих веществ. «Из-за больших потерь тепловой энергии излучением в космос на поверхности Земли началась кристаллизация расплава с образованием зоны, соответствующей по составу континентальной (гранодиоритовой) коре и покрывающей всю поверхность планеты. В это же время произошла конденсация определенного количества воды и образование маломощной гидросферы, начался геологический этап исторического развития Земли» [3]. На протяжении этого этапа отчетливо прослеживаются две тенденции: остывание Земли и увеличение мощности литосферы во времени. После возникновения земной коры под ней продолжалось образование элементов и их соединений в плазменном состоянии, но интенсивность этих процессов уменьшилась вследствие сокращения размера ядра и некоторого уменьшения проникновения нейтринного облучения через образованные зоны расплава и твердую оболочку [3-5]. Процесс развивался циклически. Каждый цикл включает в себя увеличение объема плазмы вследствие образования элементов и их соединений до тех пор, пока внутреннее давление не превысит прочность кровли. Разрушение кровли приводит к остыванию плазмы, формированию магмы. Накопление значительного количества вещества в плазменном состоянии влекло за собой прогревание земной коры, вследствие которого с определенного момента на поверхности Земли устанавливался более или менее однородный теплый климат, имели место так называемые термоэры.
Прорыв расплавом земной коры неизбежно приводил к истощению ее резервуара и, соответственно, остыванию литосферы вследствие значительных потерь тепловой энергии излучением в космос. После проявления каждого из магматических циклов в результате постепенного остывания поверхности Земли термоэра сменялась гляциоэрой, в период которой в той или иной степени развивались оледенения. Климатическая обстановка гляциоэр в какой-то мере, вероятно, напоминала современную. В настоящее время климат определяется в основном количеством солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли. Как известно, сейчас максимально прогреваются низкие широты, а на Южном полюсе развит мощный ледниковый покров Антарктиды. На Северном полюсе аналогичный покров отсутствует только потому, что в этом районе нет континента.
Н. М. Чумаков выделяет в истории Земли три климатических этапа: безледный (до примерно 2,9 млрд лет), эпизодический ледниковый (2,9 — около 1(?) млрд лет) и самый молодой периодически ледниковый [6]. В первый этап литосфера имела небольшую мощность и хорошо прогревалась образующимся из апейрона веществом в плазменном состоянии. Поэтому
даже при прорыве кровли и значительном опустошении внутреннего резервуара, которое приводило к охлаждению литосферы, температура на поверхности Земли оставалась положительной. Только на втором этапе возросшая мощность литосферы способствовала проявлению отрицательных температур и возникновению оледенений на поверхности Земли.
Точно определить продолжительность термоэр и промежутков между ними практически невозможно, поскольку ни один из методов датирования геологических образований не позволяет установить абсолютный возраст. Получаемые оценки возраста могут приниматься только в случае их согласованности с геологическими, петрологическими, геохимическими и палеонтологическими данными, но они не являются абсолютными.
Попытку установления ритмичного чередования термо- и гляциоэр за последний миллиард лет предпринял Б. Джон [7] (рис. 1, а). Автор полагает, что продолжительность гляциоэр составляла от десятков до примерно 200 млн лет (в среднем 20-50 млн лет) и что они повторялись через примерно равные промежутки времени порядка 150 млн лет. Однако следы обширного оледенения около 150 млн лет не обнаружены, что Б. Джон [7] объясняет отсутствием крупных массивов околополюсной суши. Представляется более вероятным, что к мезозою литосфера достигла значительной мощности и внутреннее давление вещества в плазменном состоянии уже не могло преодолеть прочность кровли. Поэтому не имело места значительное остывание литосферы после прорыва кровли и соответствующее ему оледенение в юрский период. Более того, по мере непрерывного увеличения мощности литосферы во времени температура на поверхности Земли постепенно снижалась.
Рис. 1. Предполагаемые изменения климата за последний миллиард лет и некоторые показатели
внутренней активности Земли в фанерозое: а — гипотетическая последовательность ледниковых (гляциоэры) и «теплых» (термоэры) периодов за последний миллиард лет. Четко выявляется повторяемость ледниковых периодов через 150 млн лет, если не считать отсутствия ледникового периода в юрское время. Синие полосы показывают предполагаемую продолжительность ледниковых периодов [7]; б — изменение количества СО2 в атмосфере и скорость образования вулканических пород в течение фанерозоя [8]
Существование строгой ритмичности гляциоэр представляется маловероятным, поскольку и земные, и космические условия в столь длительный промежуток времени не оставались постоянными. Как отмечалось, во времени уменьшался объем ядра и изменялась интенсивность его нейтринного облучения. Однако наблюдается некоторое соответствие между проявлениями периодов внутренней активности Земли и ритмами, выделенными Б. Джоном, на что указывает сопоставление графиков, приведенных на рис. 1. Следует отметить, что график (рис 1, а) должен иметь наклон: каждая последующая термоэра, вероятно, была немного холоднее предыдущей в связи с возрастанием во времени мощности литосферы.
Опорными для палеоклиматических реконструкций являются, безусловно, материалы по фанерозою, палеоклиматические пояса которого восстановлены на основе детальных и разносторонних палеонтологических и литологических исследований. Подробные сведения о них обобщены в обстоятельной работе С. А. Ушакова и Н. А. Ясаманова [9]. Термоэре девона, например, на графике Б. Джона соответствует палеоклиматическая поясность среднего и позднего девона, приведенная на рис. 2.
Рис. 2. Палеоклиматическая поясность среднего и позднего девона (приводится по: [9])
Обращает на себя внимание наличие континента на Южном полюсе. Однако в его пределах господствовали аридный и гумидный тропический климаты, что можно объяснить поступлением значительного количества тепла из недр Земли. Вероятно, как в упомянутую, так и в остальные термоэры накопление значительного количества вещества в плазменном состоянии влекло за собой, как отмечалось, прогревание земной коры, вследствие которого с определенного момента на поверхности Земли устанавливался более или менее однородный теплый климат. Гляциоэре карбона и начала перми на графике Б. Джона соответствует палеоклиматическая поясность позднего карбона и начала перми (рис. 3).
Рис. 3. Палеоклиматическая поясность позднего карбона и начала перми (приводится по: [9]).
Условные обозначения см. на рис. 2
В этот период значительно меньшего поступления тепла из недр Земли, чем в среднем и позднем девоне, как и в настоящее время, обширный ледниковый покров был развит на континенте в районе Южного полюса.
Начиная с мезозоя количество образовывающегося вещества в плазменном состоянии, как отмечалось, уже не создавало внутреннее давление, которое превысило бы прочность кровли. Поэтому последняя крупнейшая термоэра (сибирская) охватывала почти весь мезозой и начало кайнозоя и завершилась на рубеже эоцена и олигоцена около 37-38 млн лет назад. На протяжении сибирской термоэры мощность литосферы возрастала, соответственно, снижалась температура на поверхности Земли. Начало следующей за ней гляциоэры — кайнозойской (лавразийской), продолжающейся до сих пор, ознаменовалось появлением первых ледников — сначала в горах Антарктиды, а затем и в горных регионах Северного полушария. В миоцене антарктический ледниковый покров уже имел размеры, близкие к современным [10]. В конце неогена Земля достигла, по Дж. Эндрюсу, «ледникового порога» и установился режим регулярных климатических колебаний [11]. Особенно четко он проявился в четвертичный период в чередовании оледенений и межледниковий примерно одинаковой продолжительности. С точки зрения новой гипотезы образования Земли, график предполагаемого изменения климата, по Дж. Эндрюсу, может быть истолкован следующим образом (рис. 4). В палеогене и неогене происходило прогрессирующее остывание земной поверхности вследствие увеличения мощности литосферы. После достижения четвертичного ледникового порога значительные и кратковременные климатические изменения на поверхности Земли, проявившиеся в многократном чередовании оледенений и межледниковий, стали практически полностью зависеть от количества поступающей на планету солнечной энергии.
Рис. 4. Предполагаемая тенденция развития климата Земли в третичном и четвертичном периодах, направленная к достижению «ледникового порога». По крайней мере, в течение последних 2 млн лет происходили колебания климата относительно этого порога [11]
Эволюция климата с позиций новой гипотезы образования Земли Совершенно определенно установлена связь между изменением уровня (соответственно, и объемом ледников Земли) и вариациями инсоляции (рис. 5).
океана
Рис. 5. Изменение уровня Мирового океана и вариации инсоляции [12]: розовые кружки — данные по кораллу Acropora palmate; точечная (голубая [13]) и пунктирная (синяя [14]) линии — нормализованные 518O кривые, построенные по результатам изучения фораминифер; сплошная желтая линия — летняя инсоляция на 65° с. ш. (приводится по: [15])
Многие исследователи подчеркивают зависимость температуры поверхности Земли от количества в атмосфере парниковых газов вулканического происхождения. В. Е. Хаин,
3. Н. Халилов [16] современное потепление объясняют возрастанием числа извержений вулканов в последние столетия. Однако не менее вероятен некоторый разогрев земной коры в результате извержений и соответствующее ему потепление, которое, судя по тенденции развития эндогенной активности Земли, принципиально не изменит климатическую обстановку в ближайшем будущем. Однако остывание Земли и ухудшение климатической обстановки будет продолжаться.
ЛИТЕРАТУРА
1. Большаков В. А. Новая концепция орбитальной теории палеоклимата. М.: Изд-во МГУ, 2013. 256 с. 2. Лесовой Ю. И. К вопросу эволюции вещества Земли // Отечественная геология. 2007. № 2. С. 83-89. 3. Дубровский М. И. Происхождение и эволюция вещества Земли с точки зрения новой гипотезы // Тиетта. 2010. № 2. С. 4-12.
4. Вестник Кольского научного центра РАН. 2012. № 1. С. 179-188. 5. Глубинная нефть: [электронный журнал]. 2013. Т. 1, № 4. С. 157-168. 6. Чумаков Н. М. Общая направленность климатических изменений на Земле за последние 3 миллиарда лет // ДАН. 2001. Т. 381, № 5. С. 652-655. 7. Джон Б. Ритм, причина и прогноз // Зимы нашей планеты / Б. Джон [и др.]; под ред. Б. Джона; пер. с англ. Л. Р. Серебрянного. М.: Мир, 1982. С. 282-298. 8. Volcanos, stratospheric an aerosol and a climate of the Earth / M. L. Asaturov [et al.]. L.: Hydrometeoizdat, 1986. 256 p. 9. Ушаков С. А, Ясаманов Н. А. Дрейф материков и климаты Земли. М.: Мысль, 1984. 206 с. 10. Зубаков В. А., Борзенкова И. И. Палеоклиматы подземного кайнозоя. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 216 с. 11. Эндрюс Дж. Современный ледниковый период: кайнозойский // Зимы нашей планеты / Б. Джон [и др.]; под ред. Б. Джона; пер. с англ. Л. Р. Серебрянного. М.: Мир, 1982. С. 220-281. 12. Bard E., Hamelin B., Fairbanks R. G. U-Th ages obtained
В. Я. Евзеров
by spectrometry in corals from Barbados: sea level during the past 130000 years // Nature. 1990. Vol. 346. P. 456-458. 13. Labeyrie L. D., Duplessy J. C., Blanc P. L. Variations in mode of formation and temperature of oceanic deep water over the past 125000 years // Nature. 1987. Vol. 327. P. 477-482. 14. Shackleton N. J. Oxygen isotopes, ice volume and sea level // Quat. Sci. Rev. 1987. Vol. 6. P. 183-190. 15. Berger A. L. Long-term variations of caloric insolation resulting from the Earth's orbital elements // Quat. Res. 1978. Vol. 9. Р. 139-167. 16. Хаин В. Е., Халилов Э. Н. Цикличность геодинамических процессов: ее возможная природа. М.: Мир, 2009. 520 с.
Сведения об авторе
Евзеров Владимир Яковлевич — доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник Геологического института КНЦ РАН E-mail: yevzerov@geoksc. apatity.ru
Author Affiliation
Vladimir Ya. Yevzerov — Dr. Sci. (Geology and Mineralogy), Leading Researcher of the Geological Institute
of the KSC of the RAS
E-mail: yevzerov@geoksc.apatity.ru
Библиографическое описание статьи
Евзеров, В. Я. Эволюция климата с позиций новой гипотезы образования Земли / В. Я. Евзеров // Вестник Кольского научного центра РАН. — 2017. — № 1 (9). — С. 16-23.
Reference
Yevzerov Vladimir Ya. Evolution of Climate from the Standpoint of a New Hypothesis of the Earth Formation. Herald of the Kola Science Centre of the RAS, 2017, vol. 1 (9), pp. 16-23 (In Russ.).
