Лекции по общей геокриологии 3 Похолодания в истории Земли

Общая геокриология
Courtesy of The NCEP/NCAR Reanalysis Project
Соприкасаясь с воздухом, силикатные горные породы подвергаются химическому
выветриванию, которое удаляет диоксид углерода из атмосферы:
минерал + CO2 + H2O → катионы + бикарбонат + SiO2.
Пример подобной реакции — выветривание волластонита:
CaSiO3 + CO2 + H2O → Ca2+ + SiO2 + HCO3−
Освобожденные катионы кальция реагируют с растворенным бикарбонатом в
океане, образуя карбонат кальция как химически осажденную горную породу. Это
переводит углекислый газ из воздуха в литосферу, и в стабильном состоянии на
геологических масштабах времени компенсирует выделение углекислого газа
вулканами.
Когда Земля охлаждается (из-за естественных климатических флуктуаций и изменений в солнечной
радиации), скорость химических реакций падает, и этот тип выветривания замедляется. В результате
меньшее количество диоксида углерода извлекается из атмосферы. Повышение концентрации
диоксида углерода, являющегося парниковым газом, приводит к обратному эффекту — Земля
разогревается. Эта отрицательная обратная связь лимитирует силу похолодания. Во времена
криогения все континенты были в тропиках возле экватора, что делало этот сдерживающий процесс
менее эффективным, так как высокая скорость выветривания сохранялась на суше даже во время
охлаждения Земли. Это позволило ледникам продвинуться далеко от полярных регионов. Когда
ледник продвинулся достаточно близко к экватору, положительная обратная связь через увеличение
отражательной способности (альбедо) привела к дальнейшему похолоданию, пока Земля целиком не
обледенела.
Современное
оледенение
Земли
Оледенение
Земли в
плейстоцене
Pleistocene glaciation
(Ice Ages)
• Covered significant fraction of
northern continents
• Transport mainly to south
• Major control on geography
Changes can be rapid
(and of great concern)
2002 collapse of Larson Ice Shelf
• Why does collapse of an
ice shelf not change sealevel, but collapse of an ice
sheet would?
• Possible collapse of West
Antarctic Ice Sheet
Ледники и ледниковый рельеф
образование льда
давление
•
•
•
•
Условия возникновения ледника
– Снеговая линия
Образование льда
– фирн
– белый фирновый лед
– голубой глетчерный лед
Течение ледника
Питание ледника
– фирновый бассейн
– зона стока (язык ледника)
через 50 лет
ГОЛУБОЙ
БЕЛЫЙ
ФИРН
ФИРНОВЫЙ
ГЛЕТЧЕРНЫЙ
ЛЕД
ЛЕД
50 м
Морены
формирование морен
7
1 – поверхность древнего ледника
2 – древняя боковая морена
3 – современный ледник
4 – современная боковая морена
5 – срединная морена
6 – поверхностная, плащевая морена
7 – снос материала древних морен на
современную поверхность ледника
8 – моренный карман
9 – склон долины
10 – ледниковый грот
Fjords
U-Shaped Valley in Tracy Wilderness, Southeastern Alaska
Erosion of Preglacial Lowlands (Finger Lakes)
Drumlin field in Wisconsin
In Central Park
Rouches Moutonnees
rock hills shaped by
the passage of ice
to give a smooth
up-ice side and a
rough, plucked
and cliffed surface
on the down-ice
side. The
upstream surface
is often marked
with striations
http://www.fettes.com/central%20park/
Glacial Features
• Features seen in areas once covered by glaciers
• glacial polish
– the sheen
• striations
– scratches
• These features
are convincing
evidence that
– a glacier moved over these rocks
– in Devil’s Postpile National Monument, California
Isostatic
Rebound in
Scandinavia
• The lines show
rates of uplift
in centimeters
per century
Causes for glaciation
•
•
•
•
Astronomical
Variations in solar radiation
Atmospheric changes
Tectonic causes
Variations of Earth’s orbit
Tilt of Earth’s Rotation Axis
Изначально Земля была расплавлена и раскалена из-за сильного
вулканизма и частого столкновения с другими телами. Но, в конце
концов, из-за накопления воды в атмосфере, внешний слой планеты
охлаждается и превращается в Земную кору. Немного позднее, в
результате столкновения по касательной с небесным телом
размерности Марса и массой около 10 % земной, образовалась Луна.
В результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть
вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту.
Из этих обломков собралась прото-Луна и начала обращаться по
орбите с радиусом около 60 000 км.
Земля в результате удара получила резкий прирост скорости
вращения (один оборот за 5 часов) и заметный наклон оси
вращения. Дегазация и вулканическая активность создала первую
Атмосферу на Земле. Конденсация водяного пара, а также лёд из
сталкивающихся с Землёй комет, образовали океаны.
Precession:
Наблюдать прецессию достаточно просто. Нужно запустить волчок и
подождать, пока он начнёт замедляться. Первоначально ось вращения волчка вертикальна. Затем
его верхняя точка постепенно опускается и движется по расходящейся спирали. Это и есть
прецессия оси волчка.
Fig. B12.5
Colliding Plates Influence Climate
• Long-term climatic changes
– also take place as plates collide
– causing uplift of vast areas
– far above sea level,
– and of course the distribution of land and sea
– has an important influence
– on oceanic and atmospheric circulation patterns
Decreasing Carbon Dioxide
• One proposed mechanism
– for the onset of the cooling trend
– that began following the Mesozoic
– and culminated with Pleistocene glaciation
– is decreased levels
– of carbon dioxide (CO2) in the atmosphere
• Carbon dioxide is a greenhouse gas,
– so if less were present to trap energy
– Earth's overall temperature
– would perhaps be low enough for glaciers to form
Little Ice Age
• The most recent glacial expansion,
– the Little Ice Age
– between 1500 and the mid- to late 1800s,
– was a time of generally cooler temperatures,
– glacial expansion,
– and cooler, wetter summers
• It had a profound effect on
– the social and economic fabric of human society,
– accounting for several famines
– as well as migrations of many Europeans
– to the New World
Glacial-Interglacial as Equilibrium States
Combination of various orbital
forcing causes earth’s climate to
oscillate between two states:
glacial and interglacial.
Equilibrium states can be
represented as below, with the
glacial state (longer periods) in a
deeper valley than the
interglacial state. Orbital forcing
periodically and continually send
the system from one valley to the
other, back and forth.
Introduction
Positive feedback of
melting ice and snow
The bright surface of ice and
snow cover reflects sunlight
and cools
the planet.
Less ice
and snow
Melting of ice
and snow speeds up
global warming
(positive feedback).
Warmer
temperatures
More
sunlight
absorbed
by land and
sea