big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Солнечная радиация и тепловой баланс нашей планеты

В наш синтезирующий век не только фантасты одержимы идеей путешествия во времени. Заманчивыми эти путешествия кажутся и ученым, особенно тем, которые пытаются представить себе биографию нашей планеты.

Что же больше всего поразило бы человека, перенесенного в начало палеозойской эры, то есть примерно на 500 миллионов лет назад, и стремительно возвращающегося в наше сегодня? Вероятно контрасты. Впрочем, первые впечатления были бы не очень эффектными. Древние материки, совершенно непохожие на то, что мы видим сегодня на географических картах, выглядят пустынными и безжизненными. Только что зародившаяся жизнь сосредоточена в лагунах экваториальных морей и обнаженных от воды участках побережий, на мелководьях и в заболоченных местах. Первые примитивные растения: водоросли, хвощи, мхи и папоротниковые — всего лишь крошечные оазисы на пустынной Земле. Тысячелетия сменяются тысячелетиями. Бурное

развитие жизни происходит от кембрия до девона, то есть в течение трех геологических периодов, охватывающих более 200 миллионов лет. Первобытные растения и животные, постепенно изменяясь, заселяют Землю. Климат благоприятствует этому расселению. От экватора до Северного полюса нет ни ледников, ни ледовитого океана. Даже за Полярным кругом зимой температура не опускается ниже нуля градусов. Тепло, влага и, видимо, большое количество углекислоты способствуют росту и развитию растений. Безлистные кустарники превращаются в деревья, а затем в огромные непроходимые леса хвощей и папоротников.

Наступает новый период истории Земли — каменноугольный, или карбон. Продолжается он 50 миллионов лет.

В это время деревья растут очень быстро. За 1—2 года они достигают нескольких десятков метров высоты и нескольких метров в диаметре.

Но вот климат, видимо, стал суше. Появились предки наших животных. И вдруг... картина резко изменилась.

В конце каменноугольного периода в результате каких-то катаклизмов, о которых мы можем пока только догадываться, облик Земли стал быстро меняться. Поднимаются новые горы. Там, где только что был океан, появляется суша. И наоборот, большие участки суши скрываются под водой. Вся южная половина древнего праматерика Гондваны оказывается подо льдом. Ледники покрывают и современную Индию, занимают современные территории Индийского, южной части Тихого и Атлантического океанов и достигают Антарктики.

Почти все южное полушарие заковывается в лед. Свободной от него остается только Антарктида. Ледниковые поля движутся от современного экватора на юг широкими потоками по территории Южной Африки, Индии, Аргентины и Бразилии. А в северном полушарии в это время по-прежнему тепло. Лишь на территории современной Северной Америки встречаются отдельные ледники. Полюса и географический экватор занимают иное положение, чем теперь. Термический экватор, то есть самая теплая зона на Земле, смещен далеко на север от современного экватора. Между экватором и Северным полярным крутом появляется обширная сухая, а местами даже пустынная зона. Скоро она занимает уже всю территорию современной Европы, почти достигая севера Скандинавии и Кольского полуострова. Как же объяснить столь необычную климатическую картину конца палеозойской эры? Она связана, по-видимому, с иным, чем теперь, расположением материков, а следовательно, другим распределением тепла и влаги на земном шаре. Вытянувшийся по широте к югу от экватора древний материк Гондвана, по-видимому, препятствует проникновению экваториальных вод в покрытые льдом южные моря. Теплые морские течения движутся только на север — в Арктику, возвращаясь оттуда обратно к экватору.

Создается впечатление, что гигантская система водяного отопления на земном шаре испортилась. Действует только один северный ее участок. Может быть, именно в этом и кроется тайна вечного лета, царившего в ту эпоху в северном полушарии, и вечной зимы — в южном.

Более 50 миллионов лет северное полушарие Земли покрыто гигантскими лесами. В периоды карбона и перми на Земле накапливались огромные запасы органического вещества (в том числе и около 40 процентов всех запасов каменного угля). Небывалое развитие в это время получает и животный мир. Гигантские амфибии (стегоцефалы и тероморфы), чудовища, названные динозаврами и бронтозаврами, вес которых достигает 17—20 тонн, а дневной рацион — около 500 кг, населяют леса и воды.

Но вот новая революция в природе, и на грани между палеозойской и мезозойской эрой происходит новая перестройка земной поверхности. Образуется так называемая Герцинская складчатость, а вместе с ней наступает похолодание и оледенение обширных участков теперь уже северного полушария. Где-то в это же время, а может быть несколько раньше, происходит и перестройка суши на Земле. Древний праматерик Гондвана, объединявший ранее Африку, Южную Америку, Австралию, Антарктиду, а возможно, и современную Аравию и Индию, раскалывается на ряд континентальных глыб. Это остовы будущих материков. Пока они еще повернуты по-иному, чем в настоящее время, и выглядят иначе, но центробежные силы уже растаскивают их в разные стороны. Только Африка, которая совпадает с продольной осью Гондваны, почти не меняет своего местоположения. Ученые полагают, что начавшийся в середине мезозоя, то есть 160 млн. лет назад, знаменитый дрейф современных материков не закончился в настоящее время.

А вместе с новой геологической революцией происходит и новое изменение растительного и животного мира планеты.

Хвощи и папоротники уступают место голосемянным. Эти древние предки современных араукарий и сосен оказываются более приспособленными к холодному климату. Папоротники и хвощи переходят во второй ярус, становятся подлеском и постепенно вымирают. В это же время амфибии сменяются земноводными рептилиями, или ящерами. Их мы уже представляем себе более четко. Останки гигантских скелетов этих животных сохранились до наших дней. Это были хладнокровные животные. Они не могли жить при низких температурах воздуха. Поэтому надо полагать, что климат на подступах к последней геологической эпохе — кайнозойской — в северном полушарии был еще сравнительно теплый. К середине мелового периода сухость его увеличивается, облачность на небе становится все меньше, и земная поверхность начинает вновь получать больше солнечных лучей. В растительном и животном мире происходят новые изменения. На смену голосемянным — хвойным приходят покрытосемянные — лиственные леса. Они появляются как бы вдруг, из ниоткуда и очень быстро завоевывают всю Землю. В верхнем меловом и третичном периоде ивы, буки, дубы, платаны, клены, магнолии, орешник и другие лиственные покрывают горы и равнины северного полушария от Кавказа до Арктики. В это же время резко меняется и животный мир. Гигантские рептилии быстро вымирают, может быть, от недостатка пищи, так как лиственные леса и травы уже не могут их прокормить, а вероятнее всего, от наступающих более холодных зим. На смену рептилиям приходят крупные млекопитающие и птицы, корма для них в это время более чем достаточно.

Последний геологический период — четвертичный — насчитывает пока всего лишь около миллиона лет. Но события, происходившие в это время, совершенно изменили облик северного полушария. Так называемое «великое оледенение», охватившее большую часть теперь уже северного полушария, оказало решающее влияние на формирование лого ландшафта, к которому мы привыкли сегодня.

Последние тысячелетия — это уже наша жизнь. Расположение материков, географические зоны, растительность — все привычно, знакомо по описаниям и собственным наблюдениям.

Кстати, у геологов существует мнение, что мы живем где-то на расстоянии двух третей от периода максимального оледенения северного полушария, но далеко еще не в самом конце этого периода. Ученые полагают, что мы находимся на восходящей ветви развития растительного и животного мира.

Какой же вывод напрашивается в результате такой экскурсии из глубины веков в настоящее?

Пожалуй, мысль о том, что жизнь на Земле с момента ее возникновения развивалась как бы волнами, то есть имела периоды подъемов и затуханий, достигая то максимального расцвета, то глубокого упадка. Первым ученым, распознавшим около 140 лет назад эти «волны жизни», был француз Ж. Кювье.

В Советском Союзе эти вопросы развивались Д. Н. Соболевым, а затем Б. Л. Дичковым. Вот что пишет Б. Л. Личков о «волнах жизни» в своей книге «К основам современной теории Земли» (1965 г.):

«Каждая волна жизни примерно соответствует по своей величине геологическому циклу, она укладывается в промежутках между двумя соседними тектоническими диастрофами. Последним отвечают изменения в рельефе, структуре, в гидрологических и почвенных условиях...»

«Волна жизни», по Личкову, состоит как бы из трех климатических эпох: ледниковой, умеренной и сухой — ксеротермической. В период диастрофы создается новый рельеф земной коры, формируются новые почвы, на материках скапливаются большие запасы воды. Между геологическими революциями происходила перестройка жизни. Одни формы животных и растений вымирали, другие приспосабливались к изменившимся условиям. Каждое последующее изменение климата стимулировало развитие новых форм жизни. Нарастание жизни шло как лавина, напоминая цепную реакцию, до тех пор, пока какие-то внешние или внутренние силы Земли не приводили к новой геологической катастрофе, а затем к новому изменению климата, перестройке влагооборота на Земле, новому обновлению растительного и животного мира.

Против теории «волн жизни» трудно возражать, она представляется достаточно убедительной. Однако нельзя объяснять развитие всех сложнейших природных процессов внутри такой «волны» одними лишь геологическими условиями. Значительная, если не ведущая, роль в этих колебаниях принадлежала солнечной радиации.

Предположим, что количество радиации, приходящей к нашей планете от Солнца на протяжении этих 400 или 500 миллионов лет, в силу каких-то причин менялось время от времени. Понятно, что ее увеличение вызывало бы нагревание земной поверхности и атмосферы, следовательно, и повышение температуры, а уменьшение, наоборот, приводило бы к похолоданию климата на Земле.

Но ученым точно известно, какое количество солнечной радиации падает на единицу поверхности на границе атмосферы. Эту величину они называют солнечной постоянной. Известно также, как меняется излучение самого Солнца со временем. И все эти данные подтверждают, что Солнце освещало и грело нашу планету на протяжении всей ее истории почти так же, как сейчас. И так же оно будет освещать и обогревать ее в будущем еще многие миллионы лет.

Но несмотря на то что Солнце посылает к границе нашей атмосферы постоянное количество радиации, к Земле оно приходит далеко не всегда одинаково.

В период геологических катастроф, например когда небо покрывается на долгое время тучами вулканической пыли, солнечная радиация, приходящая к поверхности Земли, может ослабевать в несколько раз. Падает температура, растет облачность, увеличивается количество осадков, особенно твердых, возникают ледники. Но и не только в период таких катастроф поступление солнечного тепла может меняться. Оно зависит от того, покрыта ли Земля снегом или свободна от него, суша ли это или море, лес или поле, то есть количество поступающего тепла зависит от характера земной поверхности. Именно взаимодействие солнечной радиации с земной поверхностью являлось тем фактором, который определял в прошлом и определяет теперь развитие жизни на нашей планете.

Дальше мы расскажем об этом подробнее, а пока познакомим читателя с основным источником формирования климата на Земле — солнечной радиацией.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.