Глава 7. ВНАЧАЛЕ БЫЛО
Земля возникла примерно 4,6 миллиарда лет назад. С этого момента начинается геологическое время время, в которое в глубинах планеты и на её поверхности формировались горные породы. Под действием ветра, воды, температуры и живых существ они разрушались, преобразовывались, оседали на дно морей, озёр и болот, перемещались в пространстве. Каждый новый слой осадочных горных пород ложился поверх старого. Изучая эти слои, учёные могут установить, в какое время жил тот или иной организм, какой тогда был климат, уровень океана и даже где находились магнитные полюса. Описание истории Земли заняло бы целую библиотеку. Поэтому я рассмотрю только те события и процессы, которые имели наибольшее влияние на климат прошлого.
Всё геологическое время поделено на эоны, эоны на эры, эры на периоды, а периоды на эпохи (Таблица 1).
Первый эон называется Катархей (4,64,0 миллиарда лет назад). Это время, когда образовалась Земля, её детство, заглянув в которое можно узнать, почему она такая, какая есть. Когда возникла наша планета, Луны ещё не существовало. Не было ни материков, ни магнитного поля, атмосфера состояла из водорода и гелия, не существовало смены времён года, длинные дни сменялись длинными ночами. Всё изменилось, когда примерно 4,5 миллиарда лет назад в Землю врезалась планета Тейя. Это был поистине судьбоносный момент. Если бы не эта космическая катастрофа, Земля, какой мы знаем её сегодня, не существовала бы. В результате столкновения часть материи обеих планет была выброшена в космос. Из неё образовалась Луна. Тяжёлые вещества расплавились и опустились в центр Земли, образовав ядро. Оно, в свою очередь, породило магнитное поле, без которого жизнь на нашей планете не смогла бы ни зародиться, ни существовать [57]. Лёгкие вещества, наоборот, «всплыли» на поверхность. Из них позднее образовались материки. С Катархея начинается история нашей планеты, а вместе с ней и история климата.
Глава 8. ЗАРОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ
Следующий эон называется Архей (4,02,5 миллиарда лет назад). В это время по всей планете происходило множество извержений вулканов, в результате чего в атмосферу выделялось огромное количество углекислого газа, аммиака и водяного пара. Они стали основой нового «воздуха». На Архей приходится формирование второй по счёту атмосферы Земли (после водородно-гелиевой). Мы с Вами не смогли бы дышать тем древним воздухом, ведь кислорода в нём ещё не было. Несмотря на это, именно в Архее возникла жизнь. Была ли она занесена кометами с других планет или появилась самостоятельно в первом Земном океане? Над этой загадкой человечество бьётся уже давно. Но точно известно, что, родившись тогда, миллиарды лет назад, несмотря на все катастрофы, о которых ещё будет сказано, жизнь не просто сохранилась, а заполнила всё свободное пространство, породив бесчисленное множество видов и форм.
В конце Архея появились фотосинтезирующие организмы. Они начали получать энергию от реакции углекислого газа и воды при солнечном свете. Самое ужасное, что при этом процессе в окружающую среду выделялся отход кислород. Он был смертельно опасен для всех прочих существ, живших в то время. В будущем увеличение концентрации кислорода в атмосфере приведёт к нескольким глобальным экологическим катастрофам. Пока же он поглощался океаном и породами морского дна.
В Архее произошло ещё одно событие, на которое стоит обратить внимание, и связано оно с солнечнойактивностью [4]. Воздух нагревается от поверхности Земли. А она, в свою очередь, от энергии, полученной от Солнца. Из-за изменений формы орбиты и наклона оси вращения Земли до нашей планеты долетает то больше, то меньше солнечного тепла. Но и само светило не постоянно! Из-за сложных процессов, связанных с магнитным полем Солнца, временами оно излучает больше энергии, а временами меньше. Соответственно, поверхность Земли нагревается по-разному, что влечёт за собой изменение температуры воздуха. В Архее Солнце излучало примерно на 30% меньше энергии, чем в наши дни [57]. При таких условиях вся вода на Земле должна была замёрзнуть, и никакой жизни не должно было возникнуть. Но нет, в те времена климат на Земле был тёплый и влажный [57]. «Почему?» спросите Вы. Помог парниковый эффект! Да-да, тот самый, с которым сейчас все усердно борются. Тогда, 4 миллиарда лет назад, азот, углекислый газ и другие парниковые газы [57; 94] создали «тепличку», которая удержала драгоценное тепло у поверхности Земли и не дала ей превратиться в ледяную пустыню. Это событие из-за своего кажущегося противоречия называют Парадоксом слабого молодого Солнца.
Глава 9. ПОТЕПЛЕНИЯ ПРИВОДЯТ К ПОХОЛОДАНИЯМ
Огромное влияние на климат оказывает так называемая термохалинная циркуляция (температурно-солевая) [1; 16; 58]. Объясню, что это такое. Вода в океане имеет разную плотность. Более «тяжёлая» вода «тонет», а более «лёгкая» «всплывает». Если включить воображение, то море можно представить как жидкий слоёный пирог. Плотность воды зависит от двух факторов: её температуры и солёности. Тёплые слои «легче» холодных, пресные «легче» соленых. Как правило, из двух факторов «важнее» оказывается солёность. Поэтому холодная, но более пресная вода, может оказаться на поверхности, а тёплая, но более солёная ближе ко дну.
Океан нагревается в тропических широтах, и тёплая вода как в кастрюле всплывает и по поверхности устремляется к полюсам. Постепенно она охлаждается, отдавая энергию в воздух. В полярных областях холодная вода (плотная), опускается на дно и устремляется обратно к экватору. Красивая схема, не правда ли? Но что произойдёт, если климат потеплеет? Ледники, сконцентрированные в полярных областях, начнут таять. Если процесс будет постепенным, талая вода смешается с океанической, и всё будет хорошо. Но если потепление резкое, объём талой воды будет огромен. Произойдёт катастрофа! Пресная вода легче солёной, а значит, она будет плавать на поверхности. Поступая в моря в больших количествах, талая вода с ледников заставляет тёплые океанические течения опускаться на дно или поворачивать к югу. А что в итоге? Поверхность океана покрывается холодной водой, которая не может отдать тепло в воздух. К чему это приведёт? Правильно, к охлаждению климата. Да-да, резкие потепления ведут к резким похолоданиям! А к чему ведут похолодания? К тому, что вода опять будет консервироваться в ледниках. И всё по кругу. Процессом движут температура и солёность воды, поэтому он и называется термохалинной (температурно-солевой) циркуляцией.
В качестве примера можно привести Гольфстрим и его продолжение Северо-Атлантическое течение. Именно благодаря им в Европе так тепло! Но стоит Гольфстриму повернуть на юг или «залечь на дно» под давлением холодной пресной воды, и наступит похолодание. Это не страшилки из голливудских фильмов, такой катаклизм происходил несколько раз в человеческой истории. В тихом океане подобным образом действуют Куросио и Северо-Тихоокеанское течение.
Глава 10. ПРИЧИНЫ ПЕРВЫХ ОЛЕДЕНЕНИЙ
Наступил третий эон Протерозой (2,5 миллиардов 541 миллион лет назад), состоявший из трёх эр: Палеопротерозоя, Мезопротерозоя и Неопротерозоя. Фотосинтезирующие организмы продолжали производить кислород. Наконец, его концентрация достигла критической отметки. Наступила Кислородная катастрофа [62; 85]. Нам никогда не понять масштабов той трагедии. Для нас кислород источник существования, но для живого мира Архея и начала Протерозоя он был ядом. В те времена на Земле ещё не было многоклеточных организмов, даже самых примитивных. Тем не менее, это было первое массовое вымирание. С той лишь разницей, что гибли не животные и растения, а одноклеточные. Живой мир сменился полностью. Теперь право на существование имели только те, кто мог приспособиться к высоким концентрациям кислорода.
А фотосинтезирующие организмы продолжали работать. Наступил момент, когда океан больше не смог поглощать кислород, и последний вырвался в атмосферу. Сначала он расходовался на окисление («ржавение») горных пород, затем начал накапливаться в воздухе. Под воздействием солнечной радиации из кислорода образовался озон, с тех пор защищающий всё живое на Земле от ультрафиолета.
Столкновение с Тейей много миллиардов лет назад породило тектоническое движение: дрейф материков и образование гор. Процессы, происходившие в мантии, то сближали континенты, заставляя их собираться в один большой, то наоборот, распределяли их равномерно по всей планете. Раз в несколько сотен миллионов лет материки собирались в один гигантский суперконтинент. Он мог образоваться как на экваторе, так и ближе к полюсу.
Затем происходил его раскол, материки уплывали друг от друга, чтобы потом вновь соединиться. Это называется Суперконтинентальным циклом. Расположение материков влияет на циркуляцию в океане, а она, в свою очередь, на климат. При отсутствии препятствий вода нагревается у экватора, затем перемещается к полюсам, там охлаждается и возвращается в тёплые широты. Но образование суперконтинента нарушает эту схему. Рассмотрим два варианта. В первом из них представим, что гигантский материк занимает полярные области. В этом случае у экватора будет происходить нагревание воды. Суша не позволит ей добраться до высоких широт и нагреть воздух. Если суперконтинент образуется на экваторе, то холодная вода из полярных областей не попадает в тропические и не нагревается. Запускается цепная реакция, суша на экваторе не даёт воде нагреться, что вызывает изменение климата и ещё большее охлаждение океана. В обоих случаях образование суперконтинента способствует возникновению оледенения. 2,7 миллиардов лет назад, ещё в Архее, все материки в районе экватора объединились в один Кенорленд. Помните Парадокс слабого молодого Солнца? В раннем Протерозое наше светило по-прежнему излучало меньше тепла, чем сейчас. В Архее от оледенения Землю спасли парниковые газы. Но за миллионы лет фотосинтезирующие организмы выделили в атмосферу колоссальное количество кислорода, в результате чего концентрация азота, углекислого газа и метана уменьшилась. Наличие суперконтинента Кенорленд, слабая солнечная активность и изменение состава атмосферы спровоцировали глобальное оледенение.