Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4 | Следующая страница реферата

Горы на Земле имеют различную природу. Они воздымаются в виде плоскогорий в местах, где вверх "бьёт" мантийная струя (в Африке), выпячиваются в местах столкновения материков и материковых островов (Гималаи, Кавказ, Карпаты, Альпы, а в далёком прошлом - Урал, Аппалачи), возникают в виде складки на переднем краю движущегося материка (Анды и Кордильеры в Америке, Большой Водораздельный хребет и Австралийские Альпы в Австралии), оконтуривают разломы "трескающихся" материков (вблизи озёр Ньяса и Танганьика в Африке), вырастают с океанического дна в виде срединных океанических хребтов (например, в Атлантическом океане). Они имеют самый разный облик, в том числе в виде параллельных хребтов (как иногда на Венере). Средняя скорость роста гор - 0,6 мм/год, рекордная - 9 мм/год (Гималаи) [Никонов, 1988]. Есть, правда, указание, что плато Путорана в Сибири растёт со скоростью 11 мм/год [Пармузин, 1988].

Притяжение не везде на Земле абсолютно одинаковое. Есть небольшие отклонения, вызванные флуктуациями плотности в коре и мантии. Интересно, что горы не вызывают подобных отклонений, то есть не притягивают больше, чем равнины. Это объясняется тем, что горы скомпенсированы уменьшением плотности под ними. То есть горы как бы плавают в коре, как айсберги, имея уходящие вглубь "корни" [Жарков, 1983]. Отсюда можно сделать вывод, что выветривание, которое переносит горный материал в понижения, должно нарушать сложившееся равновесие, а поэтому горы из-за выветривания могут слегка подрастать, как бы всплывать. Если перенести эти рассуждения на возвышенности и низменности, то станет понятным, почему, например, Теплостанской возвышенности в Москве соответствует прогиб фундамента и почему эта возвышенность, подтачиваемая рекой Москвой и другими реками, продолжает слегка расти относительно окружающей местности (предположения автора).

С движением материков, то есть с тектоникой литосферных плит, тесно связан карбонатно-силикатный геохимический цикл, имеющий значение в масштабах всей планеты [Кастинг и др., 1988]. Из-за "неисправностей" этого цикла на Венере, например, нет жизни. Суть карбонатно-силикатного цикла в круговороте углерода и поддержании в земной атмосфере постоянного процентного содержания углекислого газа, который необходим для жизни в малых количествах и смертельно ядовит в больших количествах. Кроме того, углекислый газ, когда он в больших количествах, вызывает перегрев планеты из-за парникового эффекта (солнечные лучи на 20% всё же проникают к твёрдой поверхности Венеры, а приносимое ими тепло почти не может покинуть планету и накапливается). Излишки углекислого газа непрерывно вымываются из земной атмосферы дождями (углекислый газ растворяется в дождевых каплях, превращаясь в угольную кислоту) [CO2 + H2O -> H2CO3]. Угольная кислота, падающая с неба, разрушает кальциево-силикатные горные породы [CaSiO3 + 2 H2CO2 -> Ca++ + 2 HCO3- + H2O + SiO2]. Ионы кальция и гидрокарбоната (известь) смываются грунтовыми водами, ручьями и реками в море. Там известь усваивается морскими живыми организмами, строящими из неё свои раковины и внутренние скелеты [Ca++ + 2 HCO3 -> CaCO3 + вода + растворённый в воде углекислый газ]. При отмирании живых организмов их известковые раковины и скелеты падают на дно, образуя карбонатные осадочные породы (известняки или доломиты, если есть примесь ионов магния). Если бы не было жизни, известь сама бы оседала на дне морей, но это происходило бы при чуть более высокой её концентрации в морской воде. Далее эти известковые породы при столкновении материков попадают на большие глубины, где при высоких температурах соединяются с кремнезёмом и образуют силикаты и углекислый газ [CaCO3 + SiO2 -> CaSiO3 + CO2]. Углекислый газ через срединные океанические хребты (где возникает молодая кора) и через вулканы по краям литосферных плит выход наружу в атмосферу. Карбонатно-силикатный цикл поддерживает умеренную температуру воздуха на планете.

Механизм буферного эффекта температуры воздуха:

ниже температура воздуха - меньше испарение влаги - меньше облаков и туч - меньше дождей - углекислый газ не вымывается из атмосферы - парниковый эффект - выше температура воздуха;

выше температура воздуха - больше испарение влаги и т.д.

Интересно, что температуру воздуха на Земле теперь может поднять не только дополнительный углекислый газ, выделяемый заводами, фабриками и котельными, но и фтороформ, образующийся в процессе производства. По парниковому эффекту он в 10 000 раз превосходит углекислый газ (Фтороформ - мощный парниковый газ, 1999), по другим данным - в 22000 раз [Ещё один опасный..., 2001]. К числу парниковых газов относится и метан, концентрация которого в атмосфере за два последних века всё время увеличивалась, хотя в последнее время темпы накопления снизились [Поступление метана в атмосферу замедлилось, 2000]. Другие парниковые газы - N2O, SF5CF3 (трифторметилпентафторид серы) [Ещё один опасный, 2001].

Возможные "поломки" карбонатно-силикатного цикла:

нет тектоники плит, и известь не превращается в углекислый газ атмосферы, вся сосредоточена в горных породах (Марс, переохлаждение);

нет воды, которая смывает углекислый газ из атмосферы, и он накапливается в атмосфере (Венера, перегрев).

Из-за тектоники плит климат на Земле постоянно меняется. Так, например, тектонический подъём Тибета и гор на западе Америки сделал климат 40 миллионов лет назад контрастнее, чем до этого. Юг стал ещё теплее, а Север ещё холоднее [Роддимен, Куцбах, 1991]. Выпавший на севере снег отразил солнечное тепло обратно в Космос, и на всей планете похолодало [Межледниковое потепление началось и закончилось внезапно, 1998]. Имело значение также увеличение площади тундры по сравнению с вечнозелёным хвойным лесом, который зимой хуже отражает лучи в Космос [Новая модель начала оледенения, 1997]. В сочетании с другими причинами (опреснение Северного Ледовитого океана реками, поворот океанических тёплых и холодных течений из-за изменения солёности воды) это привело к оледенению Северного полушария. Но повернувшие вспять сибирские реки (они не смогли преодолеть ледники и потекли через Аральское, Каспийское и Чёрное моря) дали возможность Северному Ледовитому океану опять осолониться, его холодные солёные струи в виде Лабрадорского течения смогли опять поднырнуть под тёплые струи Северо-Атлантического течения, и оно пошло по поверхности к берегам Скандинавии, и это привело к таянию ледников [Карнаухов, Карнаухов, 1997]. Процесс повторился не менее 5 - 6 раз за последние 700 - 800 тысяч лет [Москвитин, 1964].

Возможен ещё один механизм смены ледниковых эпох межледниковьями. С 1970-х годов известно, что в порах донных окенанических осадков сохраняется большое количество метана в виде газогидратов (метан выделяется при разложении органического вещества в осадочных породах). Газогидраты в 10 раз прочней льда при низких температурах и высоких давлениях, т.е. на глубинах более 500 м, а на поверхности сразу же разлагаются на воду и метан. В разгар оледенения уровень Мирового океана упал примерно на 120 м, что могло привести к освобождению большого количества метана и увеличению парникового эффекта. Бурение ледников Гренландии и Антарктиды показало, что повышение температуры в конце ледникового периода и рост концентрации парниковых газов (метан, диоксид углерода) шли параллелльно друг другу [Газогидраты и конец ледникового периода, 2000]. Таким образом, наша планета обладает различными механизмами обратной связи для поддержания климатического постоянства, но не все из этих механизмов действуют так быстро, чтобы не возникало ледниковых эпох. Есть указание, что на планете существовал 100 000-летний цикл с 20 ледниковыми эпохами и десяти - пятнадцатитысячелетними межледниковьями [Реферативный журнал, биология, общие проблемы, 1994, № 5].

Совокупность гипотез, описанных выше, кажется автору наиболее убедительным объяснением ледниковых периодов. Цикличность ледников обусловлена какими-то внутренними ритмами планеты, а не ритмами Солнца и Солнечной системы. Чтобы, однако, не было иллюзии, что этот взгляд разделяется всеми, приведу цитату из недавно опубликованного обзора по палеонтологии [Рич и др., 1998]:

"Цикличный характер четвертичного периода, возможно, связан с регулярными, незначительными изменениями в форме орбиты Земли относительно Солнца. Это вызывает изменения в количестве и распределении получаемого солнечного тепла. Колебания достаточно большие, чтобы существенно уменьшить количество растаявшего льда... Хотя изменения в форме орбиты Земли могут объяснить, почему ледники наступали и отступали в течение четвертичного периода, они не объясняют, что послужило толчком к первому оледенению... Возможно, в течение кайнозоя температура Земли снизилась... Для объяснения снижения температуры Земли в течение кайнозоя было выдвинуто несколько гипотез. Одна из них основана на сокращении количества тепла, выделяемого Солнцем. К сожалению, никто не придумал, как проверить это предположение. Другая гипотеза основывается на том, что кайнозой и особенно поздний кайнозой - время интенсивного горообразования. Обширная область Земли в этот период была поднята выше, в более холодные климатические зоны [пояса], и это привело к всеобщему понижению температуры. Сторонники третьей теории предполагают, что поскольку континенты переместились в результате тектоники плит, то изменилась циркуляция воздушных и океанических потоков. При уменьшении потока тепла от тропиков к высоким широтам можно ожидать глобальное похолодание климата. Кроме того, изменяющиеся относительные количества суши и моря в различных широтах повлияли на понижение температуры всей Земли. В частности, уменьшилось соотношение отражённой и поглощённой энергии в сторону увеличения отражённого количества. Возможно, все эти факторы вызвали последний ледниковый период." (с.575).

С циклическими изменениями орбиты Земли нет полной ясности, хотя другие планеты и, в особенности, Юпитер должны как-то менять эту орбиту, причём циклически. Указания на то, что орбита нашей планеты когда-то была более вытянутой, а земная ось меньше наклонена, часты в литературе [Новая модель начала эпохи оледенения, 1997]. Согласно гипотезе Миланковича, существуют следующие циклы:

22 тысячи лет - земная ось описывает круг;

41 тысяча лет - наклон земной оси меняется в пределах от 65 до 68 градусов;

100 тысяч лет - смена соотношения длинной и короткой оси эллипса орбиты.

Вроде бы считается, что в последние несколько сотен тысяч лет эти циклы подтверждаются, но есть и противники данной гипотезы [Гипотеза Миланковича оспаривается, 1993].

Последнее оледенение в Северном полушарии спустилось до рек Огайо и Днепр, но некоторые предыдущие могли быть ещё мощнее. Так изучались ледниковые отложения в Южной Африке, поверх которых лежат лавы ледникового периода, и по магнитной ориентации зёрен в лавах установлено, что в протерозое этот район был в 11 градусах от экватора (от магнитного экватора?). Делается вывод, что ледники охватывали Землю от полюсов до экватора. Как же планета освобождалась ото льда, ведь лёд, отражая солнечное тепло обратно в Космос, способствует дальнейшему охлаждению планеты? Предполагается, что главную роль в освобождении ото льда сыграли катастрофы: чрезвычайно мощные извержения вулканов, удары комет, подъём метана со дна. При всех этих явлениях в атмосферу выбрасывается огромное количество углекислого газа, и возрастает парниковый эффект [К истории оледенений Земли, 1998].

Мысль о влиянии на климат внезапных выбросов метана впервые была высказана в 1997 г. австралийским палеоокеанографом Дж. Диккенсом. Сначала из-за небольшого повышения температуры с океанического дна из-за разложения газогидратов выделяется небольшое количество метана. Это приводит к нарушению залегания донных осадков, подводным оползням и выходу наружу значительного объёма метана, что резко повышает температуру на планете и усиливает выброс метана. Такая катастрофа могла произойти 55,5 млн. лет назад, когда вдруг появились виды и роды млекопитающих, сходные с современными. Могло выделиться 15 триллионов тонн метана, который окислился и превратился в углекислый газ. Следы оползней того времени недавно найдены ["Метановая революция"..., 2000].

Так или иначе, но климат всё время судорожно меняется. Например, в Гренландии по колонкам льда установлено, что 8200 лет назад за один год (резко!) на 200 лет наступило похолодание в среднем на 4 градуса Цельсия [Климатические "скачки" прошлого, 1996]. А уже почти в "наши дни" с 1500-го года и по конец XIX века был "малый ледниковый период", когда в Голландии замёрзли каналы, были хуже урожаи и "разбухли" северные ледники, приготовившись к наступлению на юг. Но в конце XIX века почему-то опять потеплело, и новое оледенение не состоялось [Пауэлл, 1992]. Считается, что с глобальным потеплением связано учащение Эль-Ниньо - периодического стремительного потепления вод центральной и восточной областей Тихого океана и атмосферы над ним, сопровождающегося снижением силы пассатов и изменением направления морских течений на обратное, что приводит к штормам в восточной части Тихого океана и засухам в Восточной Африке. Последний приход Эль-Ниньо закончился в 1995 г. и продолжался 5 лет. Он самый долгий в XX веке и, возможно, за 2 тысячи лет [Эль-Ниньо..., 1997]. Механизм Эль-Ниньо следующий: перегрев тропических областей Тихого океана увеличивает испарение воды и ведёт к осолонению верхнего слоя океана, из-за этого растёт плотность воды; когда течение выносит плотную воду из экваториальных широт, океан "опрокидывается", то есть тёплые струи тонут, а холодная вода всплывает вверх [Бялко, 1998]. В России за последние 24 года тоже потеплело [Меняется ли климат России? 1996]. В сторону потепления изменяют климат и вулканы. За 120 лет после почти всех крупных извержений температура на планете повышалась на 0,2 градуса в течение 2 лет, что связано с выбросами углекислого газа и увеличением парникового эффекта [Вулканы изменяют погоду, 1997]. Из-за потепления уровень Мирового океана сейчас повышается в среднем на 1 - 3 мм в год [Угроза затопления..., 1996] и с 1880 по 1985 г. повысился на 2 - 5 см [Мировой океан расширяется, 1988]: происходит тепловое расширение воды и таяние ледников [Уровень Мирового океана поднимается, 1989]. Интересно, что эта тенденция имеет долгую историю: Берингов пролив открылся лишь 11 тысяч лет назад, так как уровень Мирового океана был тогда на несколько десятков метров ниже. Тем не менее, мы не знаем, живём ли мы действительно в послеледниковую эпоху или в одно из кратких межледниковий. Так как межледниковья несколько раз продолжались по 10 тысяч лет, то высказывались предположения, что в третьем тысячелетии после нашей эры льды опять двинутся на юг [Рич и др., 1998]. Есть мнение, что именно ледниковые эпохи заставили человека научиться думать. В "Каменной книге" [Рич и др., 1998] имеется подзаголовок, в котором человек называется продуктом ледникового периода.

В связи с глобальным потеплением площадь плавучих льдов в Северном Ледовитом океане в 1958 - 1978 гг. сокращалась на 3% за 10 лет. При таком темпе воды полностью откроются через 350 лет. Но на самом деле это произойдёт через несколько десятилетий, т.к. мощность льда уменьшается на 7% за 10 лет, толщина льда уже упала с 3,1 до 1,8 м, за 30 лет потеряно 40% объёма льда. Ледовитый океан перестанет отражать свет обратно в Космос, что вызовет дальнейшее потепление [Ледовитый океан - без льдов? 2000].

Из-за глобального потепления горные ледники сейчас во многих местах, как это ни удивительно, наступают: стало теплее и открылась большая поверхность океана, возросло испарение, в результате этого снега выпадает больше, и он не успевает растаять за лето. Кроме того, глобальное потепление, в основном, затрагивает зиму, а не лето. Получается, что на начальной стадии парниковый эффект и глобальное потепление должны привести к росту ледников на суше [Поповнин, 2000]. Реки в такой ситуации будут сбрасывать в тот же Северный Ледовитый океан больше воды, сильнее опреснять его, а это, возможно, приводит к повороту морских течений и внезапному резкому похолоданию (см. выше). Не исключено, таким образом, что резкое потепление предшествует новому ледниковому периоду. В общем, мы не знаем всех последствий резкого изменения температуры на планете, и лучше было бы не выводить природу из равновесия...

Теория тектоники плит появилась только в 1960-е годы XX века, сменив идею геосинклинальных циклов (идею чередования подъёмов и опусканий земной коры в качестве главных её движений). Суть этой теории - преобладание горизонтальных перемещений вещества над вертикальными, то есть материки движутся, а подъёмы и опускания тех или иных участков земной коры происходят из-за бокового давления литосферных плит одна на другую в качестве следствия. Вскоре теория тектоники плит была дополнена концепцией экзотических блоков: материки не цельны, а состоят из отдельных "кусочков", и у каждого из них своя геологическая история [Хауэлл, 1986]. Сейчас появились идеи глобальной геодинамики (материки не только сходятся и расходятся, но также возникают вновь и тонут, погружаясь до ядра планеты), то есть мы живём на планете, где вещество перемешивается и движется во всех направлениях - и вертикально, и горизонтально [Хаин, 1995]. От бурных геологических событий мы защищены только краткостью нашей жизни.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: реферат на тему безопасность, реферат скачать без регистрации.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4 | Следующая страница реферата