Существуют два генератора тепла, нагревающих поверхностный слой литосферы и атмосферы Земли. Внешним источником является Солнце, солнечное излучение, а внутренним - радиоактивный распад элементов в недрах планеты. Тепловой режим на поверхности планеты меняется и в зависимости от сезона, времени суток, от прозрачности атмосферы для солнечных лучей, теплоемкости различных ландшафтов (континентов и океанов, гор и равнин, лесов и песчаных пустынь). Ветер - это быстрое перемещение воздушных масс. Ветер зарождается по причине разности разогрева отдельных территорий планеты и благодаря быстрому вращению Земли вокруг своей оси. Дожди и снегопады возникают вследствие испарения воды с поверхности океанов, морей и рек, что также происходит под действием солнечного тепла. Следовательно, чтобы точно прогнозировать климат на планете, надо изучить эволюционные изменения глобальных источников тепла. За время существования Земли (в прошлом и в будущем) можно выделить три периода глобальных климатических изменений.
1) Климат Земли в прошлом. Стадия формирования климата благодаря внутренней теплоте планеты. Все планеты Солнечной системы, в том числе и Земля, на протяжении 4 миллиардов лет имела не прозрачную, плотную и толстую атмосферу. Например, 3 миллиарда лет назад влияние солнечных тепловых лучей на поверхность планеты было минимальным из-за плотной и непроницаемой атмосферы Земли. Основным источником тепла было радиоактивное тепло недр. В период 0,5 - 4,5 миллиардов лет назад климат на всей поверхности Земли был субтропический. Температура почвы достигала 30 ? - 50 ? С. В это время происходил активный процесс испарения воды в атмосферу. Ливневые дожди и грозы отличались большой интенсивностью. На горах и на полюсах не было снега и льда. Не существовало температурной разницы между летом и зимой, между ночной и дневной половинами суток. Солнечная энергия давала в сумме тепла в сотни раз меньше, чем величина собственного, радиоактивного тепла планеты. Темпы охлаждения поверхности Земли хорошо проиллюстрированы на графике 14.
2) Что сейчас оказывает влияние на климат Земли? Солнечная стадия формирования климата. Литосфера Земли постепенно остывает. В наше время теплота на поверхности планеты в основном поддерживается за счет солнечного тепла. Ежегодно радиоактивные недра Земли выделяют на поверхность тепловую энергию в количестве 1,9 ?1027 эрг, а от Солнца приходит тепловая энергия 1,5 ? 1031 эрг, что почти в 8000 раз выше. Но поток солнечного излучения (тепла) также уменьшается на 0,015% в год (читай § 40). Цветущую Землю уничтожает холод. На протяжении последних 0,5 миллиардов лет собственное радиоактивное тепло планеты почти не нагревало ее поверхность. За 4 миллиарда лет толщина атмосферы Земли уменьшилась в сотни раз, меньше стала ее масса, плотность и давление, атмосфера стала полностью прозрачна для солнечных лучей. Природа «позаботилась» о том, чтобы потеря источника радиоактивного тепла компенсировалась солнечным теплом, и «сделало» прозрачной атмосферу Земли. Сейчас климат планеты на 99 % зависит от солнечного тепла. Глобальная перемена климата на Земле произошла 0,5 миллиардов лет назад, и такое положение продлится еще 1 миллиард лет, то есть до тех пор, пока имеется атмосфера вокруг планеты. Если учесть, что жизнь существует уже 3,5 миллиардов лет, то последние 0,5 миллиардов лет живые организмы ориентированы на получение тепла от солнечных лучей. Солнечная стадия формирования климата имеет много закономерностей и правил. В этот период возникли сезонные (годовые) колебания температур, суточные колебания и так далее. Интересно, что 500 миллионов лет назад на планете не существовало сезонов года. Не существовало ни лета, ни осени, ни весны, ни зимы. Не было дождливых сезонов года и засушливых. Дожди каждые 2 - 3 суток выпадали и в Антарктиде, и в Африке. Ночью было тепло, как днем. Примерно 100 миллионов лет назад годовое колебание температуры составляло 3 °, а суточное 0,5 °. Около 3 миллиона лет назад годовое колебание температуры составляло уже 20 °, суточное 10 ° С. Сейчас дневная и ночная температуры могут отличаться на 20 °. Зима и лето в Якутии имеют разницу температур в 100 °, так как зимой температура достигает минус 60 °, а летом - плюс 40 ° по Цельсию.
ВЫВОД. По мере охлаждения атмосферы и поверхности Земли усиливаются суточные и годовые температурные контрасты, возникают сухие и дождливые сезоны года.
Охлаждение всей поверхности Земли одновременно может иметь место только в то время ее эволюции, когда планета еще обладает довольно протяженной и массивной атмосферой. Когда почти исчезает атмосфера, возникает температурный контраст - возникает сильное нагревание планеты с дневной стороны и сильное охлаждение с ночной стороны. Именно такой период геологического развития начался на Земле 70 миллионов лет назад и продолжается до сих пор. Все это время происходит процесс неравномерного планетарного охлаждения на дневной и ночной стороне планеты. Дополнительно к общему охлаждению климата, около 5 миллионов лет назад присоединилось сверхсильное, локальное охлаждение Земли на полюсах. Начало Кайнозойской эры совпало со временем, когда источник тепла в виде эндогенного радиоактивного разогрева планеты иссяк. Солнечное излучение особенно интенсивно нагревает экваториальную поверхность Земли, которая расположена перпендикулярно к направлению движения солнечных лучей. Поверхность планеты на полюсах весьма слабо нагревается Солнцем, так как лучи падают под очень малым углом и не нагревают ее поверхность. В результате этого древние тропические леса погибли на полюсах, биомасса этих участков суши снизилась до нуля, территории превратились в безжизненные снежно-ледяные пустыни. Подвергались «климатическому истреблению» растения и животные Антарктиды, Гренландии, островов Северного Канадского архипелага, Ледовитого океана (о-ва Шпицберген, Новая Земля, Земля Франца-Иосифа и т. д.). На месте бывших тропических лесов возникли огромные тундровые пространства, которые отличаются небольшим количеством видов приспособившихся к холоду растений и животных (мхов, рыб, пушного зверя). Так как охлаждение планеты продолжается, то эти пространства суши в ближайшем геологическом будущем также превратятся в снежно-ледяные пустыни, на которых фактически отсутствует биологическая жизнь.
3) Прозрачность земной атмосферы. Интересно, что прозрачность атмосферы на протяжении 5 миллиардов лет постоянно улучшалась! Это, в свою очередь, способствует увеличению энергии солнечного лучевого потока, падающего на Землю, что ведет к лучшему прогреванию ее поверхности. Кроме того, повышение лучевого потока ведет к интенсификации реакции фотосинтеза у растений.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358