Эволюция климата. 3

ФГОУ  ВПО 

«Уральская  государственная сельскохозяйственная академия»

Кафедра философии 
 
 

Реферат

на тему: «Эволюция климата» 
 
 
 

                                              Выполнила: Ширяева О.А,

                                                                  финансовый факультет, бух. учет, 2 курс

                                                Проверила: Емельянова С. И.

Екатеринбург 2009 г.

   Оглавление:

Введение 

   Тема  моего реферата: «Эволюция климата».

   Целью настоящей работы является анализ климатов прошлого, современного и будущего, а также проблем регулирования климата.

   Для выполнения поставленной цели нами сформулированы следующие задачи:

1. Изучить по литературным источникам климаты прошлых эпох;
2. Ознакомиться  с факторами, влияющими на эволюцию климата;
3. Систематизировать и обобщить всю полученную информацию и выявить главные аспекты.

   Эволюция -  это развитие, процесс постепенного непрерывного количественного изменения кого-чего-нибудь, подготавливающий качественное изменение (философский словарь).

   Эволюция  – необратимое и, в известной  мере, направленное историческое развитие природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяции, формированием адаптаций, появлением и вымиранием видов, преобразованием  биогеоценозов и биосферы в целом (словарь биологических терминов).

   Эволюционизм  – мировоззрение, которое все  рассматривает с точки зрения развития (словарь философских терминов).

   Климат (греч. κλίμα (klimatos) — наклон) — многолетний режим погоды, одна из основных географических характеристик той или иной местности. Основные особенности климата определяются поступлением солнечной радиации, процессами циркуляции воздушных масс, характером подстилающей поверхности. Из географических факторов, влияющих на климат отдельного региона, наиболее существенны широта и высота местности, близость его к морскому побережью, особенности растительного покрова, наличие снега и льда, степень загрязненности атмосферы. Эти факторы осложняют широтную зональность климата и способствуют формированию местных его вариантов (энциклопедический словарь).

   Климат  — статистический ансамбль состояний, через который проходит система: гидросфера -> литосфера -> атмосфера   за несколько десятилетий

   Под климатом принято понимать усреднённое  значение погоды за длительный промежуток времени (порядка нескольких десятилетий) то есть климат — это средняя погода. Таким образом, погода — это мгновенное состояние некоторых характеристик (температура, влажность, атмосферное давление). Отклонение погоды от климатической нормы не может рассматриваться как изменение климата, например, очень холодная зима не говорит о похолодании климата. Для выявления изменений климата нужен значимый тренд характеристик атмосферы за длительный период времени порядка десятка лет.

   Палеоклиматоло́гия — наука об истории изменений климата Земли.

   Материалами для выполнения работы послужили  философские, энциклопедичные словари  и другие публикации современных  отечественных и зарубежных ученых по данной тематике. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Первый раздел. История эволюции климата 

   Факторы, определяющие климат и его изменение

   Изменения климата обусловлены переменами в земной атмосфере, процессами, происходящими  в других частях Земли, таких как  океаны, ледники, а также эффектами, сопутствующими деятельности человека.

   Внешние процессы, формирующие климат, —  это:

• изменения солнечной радиации и орбиты Земли,
• изменение размеров и взаимного расположения материков и океанов,
• изменение светимости солнца,
• изменения параметров орбиты Земли,
• изменение прозрачности атмосферы и ее состава в результате изменений вулканической активности Земли,
• изменение концентрации парниковых газов (СО2 и CH4) в атмосфере,
• изменение отражательной способности поверхности Земли (альбедо),
• изменение количества тепла, имеющегося в глубинах океана.

   1. Климатические изменения  на Земле

   1.1. Оледенения

   Ледники признаны одними из самых чувствительных показателей изменения климата. Они существенно увеличиваются  в размерах во время охлаждения климата (т. н. «малые ледниковые периоды») и  уменьшаются во время потепления климата. Ледники растут и тают из-за природных изменений и под влиянием внешних воздействий. В прошлом веке ледники не были способны регенерировать достаточно льда в течение зим, чтобы восстановить потери льда во время летних месяцев.

   Самые значительные климатические процессы за последние несколько миллионов  лет — это гляциальные и  интергляциальные циклы текущего ледникового  периода, обусловленные изменениями  орбиты Земли. Изменение состояния  континентальных льдов и колебания  уровня моря в пределах 130 метров являются в большинстве регионов ключевыми следствиями изменения климата.

   1.2. Климатическая память

   В более общем аспекте изменчивость климатической системы является формой гистерезиса, т. е. это значит, что настоящее состояние климата является не только следствием влияния определенных факторов, но также и всей историей его состояния. Например, за десять лет засухи озера частично высыхают, растения погибают, и площадь пустынь увеличивается. Эти условия вызывают, в свою очередь, менее обильные дожди в последующие за засухой годы. Т. о. изменение климата является саморегулирующимся процессом, поскольку окружающая среда реагирует определенным образом на внешние воздействия, и, изменяясь, сама способна воздействовать на климат.

   1.3. Изменчивость мирового океана

   В масштабе десятилетий климатические  изменения могут быть результатом  взаимодействия атмосферы и мирового океана. Многие флуктуации климата, включая  наиболее известную южную осцилляцию Эль-Ниньо, а также североатлантическую  и арктическую осцилляции, происходят отчасти благодаря возможности мирового океана аккумулировать тепловую энергию и перемещению этой энергии в различные части океана. В более длительном масштабе в океанах происходит термогалинная циркуляция, которая играет ключевую роль в перераспределении тепла и может значительно влиять на климат. 

   2. Неклиматические  факторы и их  влияние на изменение  климата

   2.1. Парниковые газы

   Последние исследования показывают, что парниковые газы являются главной причиной глобального  потепления. Парниковые газы имеют также значение для понимания климатической истории Земли. Согласно исследованиям, парниковый эффект, возникающий в результате нагревания атмосферы тепловой энергией, удерживаемой парниковыми газами, является ключевым процессом, регулирующим температуру Земли.

   В течение последних 600 млн. лет концентрация диоксида углерода в атмосфере варьировались  от 200 до более чем 5 000 чнм из-за воздействия геологических и биологических процессов. Однако в 1999 г. Вейзер и др. показали, что на протяжении последних десятков миллионов лет нет строгой корреляции между концентрацией парниковых газов и изменением климата и что более важная роль принадлежит тектоническому движению литосферных плит. Позднее Ройер и др. использовали корреляцию СО₂ — климат, чтобы вывести значение «чувствительности климата». Есть несколько примеров быстрых изменений концентрации парниковых газов в земной атмосфере, имеющих строгую корреляцию с сильным потеплением, среди которых термальный максимум палеоцена — эоцена, вымирание видов перми — триаса и конец варяжской «Земли — снежка» (snowball earth event).

   Растущий  уровень диоксида углерода считается  главной причиной глобального потепления, начиная с 1950 года. Согласно данным Межгосударственной группы экспертов  по изменению климата (МГЭИК) от 2007 года, концентрация СО₂ в атмосфере в 2005 году составила 379 чнм³, в доиндустриальный период она составляла 280 чнм³.

   Чтобы предотвратить резкое потепление в  ближайшие годы, концентрация углекислоты  должна быть снижена до уровня, существовавшего до индустриальной эпохи - до 350 частей на миллион (0,035%) (сейчас - 385 частей на миллион и увеличивается на 2 миллионные доли (0,0002%) в год, в основном из-за сжигания ископаемого топлива и вырубки лесов).

   Имеется скептическое отношение к геоинженерным методам изъятия углекислоты из атмосферы, в частности, к предложениям захоранивать углекислый газ в тектонических трещинах или закачивать его в породы на океанском дне: изъятие 50 миллионных долей газа по этой технологии будет стоить, по меньшей мере, 20 триллионов долларов, что в два раза больше национального долга США.

   2.2.  Тектоника литосферных  плит

   На  протяжении длительных отрезков времени  тектонические движения плит перемещают континенты, формируют океаны, создают  и разрушают горные хребты, т. е. создают поверхность, на которой существует климат. Недавние исследования показывают, что тектонические движения усугубили условия последнего ледникового периода: около 3 млн. лет назад северо- и южноамериканская плиты столкнулись, образовав Панамский перешеек и закрыв пути для прямого смешивания вод Атлантического и Тихого океанов.

   2.3. Солнечное излучение

   Солнце  является основным источником тепла  в климатической системе. Солнечная  энергия, превращённая на поверхности  Земли в тепло, является неотъемлемой составляющей, формирующей земной климат. Если рассматривать длительный период времени, то в этих рамках Солнце становится ярче и выделяет больше энергии, т. к. развивается согласно главной последовательности. Это медленное развитие влияет и на земную атмосферу. Считается, что на ранних этапах истории Земли Солнце было слишком холодным для того, чтобы вода на поверхности Земли была жидкой, что привело к т. н. "парадоксу слабого молодого Солнца".

   На  более коротких временных отрезках также наблюдаются изменения солнечной активности: 11-летний солнечный цикл и более длительные модуляции. Однако 11-летний цикл возникновения и исчезновения солнечных пятен не отслеживается явно в климатологических данных. Изменение солнечной активности считается важным фактором наступления малого ледникового периода, а также некоторых потеплений, наблюдаемых между 1900 и 1950 годами. Циклическая природа солнечной активности ещё не до конца изучена; она отличается от тех медленных изменений, которые сопутствуют развитию и старению Солнца.

   2.4. Изменения орбиты

   По  своему влиянию на климат изменения  земной орбиты сходны с колебаниями  солнечной активности, поскольку  небольшие отклонения в положении  орбиты приводят к перераспределению  солнечного излучения на поверхности  Земли. Такие изменения положения орбиты называются циклами Миланковича, они предсказуемы с высокой точностью, поскольку являются результатом физического взаимодействия Земли, ее спутника Луны и других планет. Изменения орбиты считаются главными причинами чередования гляциальных и интергляциальных циклов последнего ледникового периода. Результатом прецессии земной орбиты являются и менее масштабные изменения, такие как периодическое увеличение и уменьшение площади пустыни Сахара.

   2.5. Вулканизм

   Одно  сильное извержение вулкана способно повлиять на климат, вызвав похолодание длительностью несколько лет. Например, извержение вулкана Пинатубо в 1991 году существенно повлияло на климат. Гигантские извержения, формирующие крупнейшие магматические провинции, случаются всего несколько раз в сто миллионов лет, но они влияют на климат в течение миллионов лет и являются причиной вымирания видов. В начале ученые полагали, что причиной похолодания является эмитированная в атмосферу вулканическая пыль, поскольку она препятствует достигнуть поверхности Земли солнечному излучению. Однако измерения показывают, что большая часть пыли оседает на поверхности Земли в течение шести месяцев.

   Вулканы являются также частью геохимического цикла углерода. На протяжении многих геологических периодов диоксид углерода высвобождался из недр Земли в атмосферу, нейтрализуя тем самым количество СО₂, изъятого из атмосферы и связанного осадочными породами и другими геологическими поглотителями СО₂. Однако этот вклад не сравнится по величине с антропогенной эмиссией оксида углерода, которая, по оценкам Геологической службы США, в 130 раз превышает количество СО₂, эмитированного вулканами. 
 

   3. Антропогенное воздействие  на изменение климата

   Антропогенные факторы включают в себя деятельность человека, которая изменяет окружающую среду и влияет на климат. В некоторых случаях причинно-следственная связь прямая и недвусмысленная, как, например, при влиянии орошения на температуру и влажность, в других случаях эта связь менее очевидна. Различные гипотезы влияния человека на климат обсуждались на протяжении многих лет. В конце 19-го века в западной части США и Австралии была, например, популярна теория «дождь идёт за плугом» (англ. rain follows the plow).

   Главной проблемами сегодня являются растущая из-за сжигания топлива концентрация СО₂ в атмосфере, аэрозоли в атмосфере, влияющие на её охлаждение, и цементная промышленность. Другие факторы, такие как землепользование, уменьшение озонового слоя, животноводство и вырубка лесов, также влияют на климат.

   3.1. Сжигание топлива

   Начав расти во время промышленной революции  в 1850-х годах и постепенно ускоряясь, потребление человечеством топлива  привело к тому, что концентрация СО₂ в атмосфере возрасла с ~280 чнм до 380 чнм. При таком росте спроецированная на конец 21-го века концентрация будет составлять более 560 чнм. Известно, что сейчас уровень СО₂ в атмосфере выше, чем когда-либо за последние 750 000 лет. Вместе с увеличивающейся концентрацией метана эти изменения предвещают рост температуры на 1,4 – 5,6° С в промежутке между 1990 и 2100 годами.

   3.2. Аэрозоли

   Считается, что антропогенные аэрозоли, особенно сульфаты, выбрасываемые при сжигании топлива, влияют на охлаждение атмосферы. Полагают, что это свойство является причиной относительного «плато» на графике температур в середине XX века.

   3.3. Цементная промышленность

   Производство  цемента является интенсивным источником выбросов СО₂. Диоксид углерода образуется, когда карбонат кальция(CaCO₃) нагревают, чтобы получить ингредиент цемента оксид кальция (СаО или негашёная известь). Производство цемента является причиной приблизительно 2.5 % выбросов СО₂ индустриальных процессов (энергетический и промышленный сектора). 
 
 

   3.4. Землепользование

   Существенное  влияние на климат оказывает землепользование. Орошение, вырубка лесов и сельское хозяйство коренным образом меняют окружающую среду. Например, на орошаемой территории изменяется водный баланс. Землепользование может изменить альбедо отдельно взятой территории, поскольку изменяет свойства подстилающей поверхности и тем самым количество поглощаемого солнечного излучения. Например, есть причины предполагать, что климат Греции и других средиземноморских стран поменялся из-за масштабной вырубки лесов между 700 лет до н. э. и началом н. э. (древесина использовалась для строительства, кораблестроения и в качестве топлива), став более жарким и сухим, а те виды деревьев, которые использовались в кораблестроении, не растут больше на этой территории.

   Согласно  исследованию 2007 года Лаборатории реактивного  движения (Jet Propulsion Laboratory) средняя температура в Калифорнии возросла за последние 50 лет на 2°С, причём в городах этот рост намного выше. Это является в основном следствием антропогенного изменения ландшафта.

   3.5. Скотоводство

   Согласно  отчету ООН «Длинная тень скотоводства»  от 2006 года скот является причиной 18% выбросов парниковых газов в мире. Это включает в себя и изменения в землепользовании, т. е. вырубку леса под пастбища. В тропических лесах Амазонки 70% вырубки лесов производится под пастбища, что послужило основной причиной, почему Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (англ. Food and Agriculture Organization, FAO) в сельскохозяйственном отчёте за 2006 год включила землепользование в сферу влияния скотоводства. В дополнение к выбросам СО2, скотоводство является причиной выброса 65% оксида азота и 37% метана, имеющих антропогенное происхождение. 

   4. Взаимодействие факторов 

   Влияние на климат всех факторов, как естественных, так и антропогенных, выражается единой величиной – радиационным прогревом атмосферы в Вт/м².

   Извержения  вулканов, оледенения, дрейф континентов  и смещение полюсов Земли –  мощные природные процессы, влияющие на климат Земли. В масштабе нескольких лет вулканы могут играть главную  роль. В результате извержения вулкана  Пенатубо в 1991 года на Филиппинах на высоту 35 км было заброшено столько пепла, что средний уровень солнечной радиации снизился на 2,5 Вт/м². Однако эти изменения не являются долгосрочными, частицы относительно быстро оседают вниз. В масштабе тысячелетий определяющим климат процессом будет, вероятно, медленное движение от одного ледникового периода к следующему.

   В масштабе нескольких столетий на 2005 год  по сравнению с 1750 годом имеется  комбинация разнонаправленных факторов, каждый из которых значительно слабее, чем результат роста концентрации в атмосфере парниковых газов, оцениваемый как прогрев на 2,4–3,0 Вт/м². Влияние человека составляет менее 1% от общего радиационного баланса, а антропогенное усиление естественного парникового эффекта – примерно 2%, с 33 до 33,7 ºС. Таким образом, средняя температура воздуха у поверхности Земли увеличилась с доиндустриальной эпохи (примерно с 1750 года) на 0,7 °С. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Второй  раздел. Исследования эволюции климата 

   В целях изучения изменения климата  швейцарские ученые проводят исследования глетчеров, как в Швейцарии, так и за рубежом. Снег, накапливаемый в ледниках, содержит атмосферные частицы, а в результате постепенного сжатия снега газы замыкаются в пузырьках. Атмосферные остатки «замерзают» в хронологической последовательности. Изменения атмосферного загрязнения может быть также изучены при помощи льда. Исследование кернов льда дают представление о прошлых климатических условиях.

   В качестве примера можно привести совместное исследование российских и  швейцарских ученых ледника на горе Белухе - самой высокой вершине Алтая и Сибири. Так, анализ показал, что за последние 150 лет температура воздуха повысилась на 2,5 градуса. Образцы ледяного керна показали, как процесс индустриализации на территории Сибири, начавшийся в 1940-х гг., повлиял на загрязнение атмосферы. Удивителен тот факт, что концентрация загрязняющих веществ начала уменьшаться в 1980-х гг. 

   1. Климаты прошлого 

   1.1. Четвертичный период

   Характерной чертой последнего (четвертичного) геологического периода была большая изменчивость климатических условий, в особенности в умеренных и высоких широтах. Природные условия этого времени изучены гораздо подробнее по сравнению с более ранними периодами, но, несмотря на наличие многих выдающихся достижений в изучении плейстоцена, ряд важных закономерностей природных процессов этого времени известен еще недостаточно. К их числу относится, в частности, датировка эпох похолоданий, с которыми связаны разрастания ледяных покровов на суше и океанах. В связи с этим оказывается неясным вопрос об общей длительности плейстоцена, характерной чертой которого было развитие крупных оледенений.

     Существенное значение для разработки  абсолютной хронологии четвертичного  периода имеют методы изотопного  анализа, к числу которых относятся  радиоуглеродный и калиево-аргонный методы. Первый из указанных методов дает более или менее надежные результаты только для последних 40-50 тыс. лет, то есть для заключительной фазы четвертичного периода. Второй метод применим для гораздо более продолжительных интервалов времени. Однако точности результатов его использования заметно меньше, чем радиоуглеродного метода.

     Плейстоцену предшествовал длительный  процесс похолодания, особенно  заметный в умеренных и высоких  широтах. Этот процесс ускорился  в последнем отделе третичного периода - плиоцене, когда, по-видимому, возникли первые ледяные покровы в полярных зонах северного и южного полушарий.

     Из палеографических данных следует,  что время образования оледенений  в Антарктиде и Арктике составляет  не менее нескольких млн. лет. Площадь этих ледяных покровов вначале была сравнительно невелика, однако постепенно возникла тенденция к их распространению в более низкие широты с последующим отсутствием. Время начала систематических колебаний границ ледяных покровов по ряду причин определить трудно. Обычно считают, что перемещения границы льдов начались около 700 тыс. лет тому назад.

     Наряду с этим к эпохе активного  развития крупных оледенений  часто добавляют более длительный  интервал времени – эоплейстоцен, в результате чего длительность плейстоцена возрастает до 1,8 – 2 млн. лет.

     Общее число оледенений, по-видимому, было довольно значительным, поскольку  установленные еще в прошлом  веке главные ледниковые эпохи  оказались состоящими из ряда  более теплых и холодных интервалов  времени, причем последние интервалы можно рассматривать как самостоятельные ледниковые эпохи.

     Масштабы оледенений различных  ледниковых эпох значительно  отличались. При этом заслуживает  внимания мнение ряда исследователей, что эти масштабы имели тенденцию  к возрастанию, то есть что оледенение в конце плейстоцена были крупнее первых четвертичных оледенений.

     Лучше всего изучено последнее  оледенение, которое происходило  несколько десятков тыс. лет  назад. В эту эпоху заметно  возросла засушливость климата.

   Возможно, это объяснялось разным уменьшением испарения с поверхности океанов из-за распространения морских льдов в более низкие широты. В результате понижалась интенсивность влагооборота, и уменьшалось количество осадков на суше, на которые влияло увеличение площади материков вследствие изъятия воды из океанов, израсходованной при образовании материкового, ледяного покрова. Не подлежит сомнению, что в эпоху последнего оледенения произошло громадное расширение зоны вечной мерзлоты. Это оледенение закончилось 10 – 15 тыс. лет тому назад, что обычно считают концом плейстоцена и началом голоцена – эпохи, в течение которой на природные условия начала оказывать влияние деятельность человека. 
 

   1.2. Дочетвертичное время

   По  мере отдаления от нашего времени  количество сведений о климатических условиях прошлого уменьшается, а трудности интерпретации этих сведений возрастают. Наиболее надежную информацию о климатах отдаленного прошлого мы имеем из данных о непрерывном существовании на нашей планете живых организмов. Мало вероятно, чтобы они существовали вне пределов узкого интервала температуры, от 0 до 50 градусов С, который в наше время ограничивает активную жизнедеятельность большинства животных и растений. На этом основании можно думать, что температура поверхности Земли, нижнего слоя воздуха и верхнего слоя водоемов не выходила из указанных пределов. Фактические колебания средней температуры поверхности Земли за длительные интервалы времени были меньше указанного интервала температур и не превосходили нескольких градусов за десятки млн. лет.

   Из  этого можно сделать вывод  о трудности исследования изменений  термического режима Земли в прошлом  по эмпирическим данным, так как  погрешности определения температуры, как методом анализа изотопного состава, так и другими известными сейчас методами составляют обычно не меньше нескольких градусов.

   Другая  трудность изучения климатов прошлого обусловлена неясностью положения  различных областей по отношению  к полюсам в результате движения континентов и возможностью перемещения  полюсов.

   Климатические условия мезозойской эры и третичного периода характеризировались двумя основными закономерностями:

• На протяжении этого времени средняя температура воздуха у земной поверхности была значительно выше современной, в особенности в высоких широтах. В соответствии с этим разность температур воздуха между экватором и полюсами была гораздо меньше современной;
• В течение большей части рассматриваемого времени преобладала тенденция к снижению температуры воздуха, в особенности в высоких широтах.