Жер температурасының миллиондаған жылдарға созылған өзгерістері
Geologic temperature record
Жер температурасының геологиялық деректері: миллиондаған жылдардағы өзгерістер, изотоптар, Mg/Ca қатынасы, және мұз дәуірлері зерттелуде. Палеоклимат туралы ақпарат!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жер температурасының өте ұзақ мерзімді өзгерістері, басқа уақыт өлшемдеріндегі температура өзгерістері
Very long term changes in Earth's temperature
temperature changes on other time scales
Геологиялық температура жазбалары – миллиондағаннан миллиардтаған жылдық (109) уақыт өлшемдерінде геологиялық дәлелдер бойынша анықталған Жердің ортасындағы өзгерістер. Бұрынғы температураны зерттеу маңызды палеоэкологиялық түсініктер береді, себебі ол сол кездегі климат пен мұхитты зерттеудің бір бөлігі болып табылады.
The geologic temperature record are changes in Earth's environment as determined from geologic evidence on multi million to billion (109) year time scales. The study of past temperatures provides an important paleoenvironmental insight because it is a component of the climate and oceanography of the time.
Әдістер
Өткен температураға қатысты дәлелдер негізінен изотоптық қарастырулардан (әсіресе); форамдық қабықшалардың Mg/Ca қатынасы және алкенондар да пайдалы. Көбінесе, температураның көп өлшемді бағалауын алу үшін олар бірлесіп қолданылады. Бұл мұздық және мұз аралық температураны зерттеуде өте маңызды болып шықты.
Evidence for past temperatures comes mainly from isotopic considerations (especially ); the Mg/Ca ratio of foram tests, and alkenones, are also useful. Often, many are used in conjunction to get a multi proxy estimate for the temperature. This has proven crucial in studies on glacial/interglacial temperature.
Плейстоцен
Соңғы 3 миллион жыл бірте-бірте тереңдей бастаған мұздық және мұз аралық дәуірлердің циклдарымен сипатталады. Қазіргі уақытта Жер 20 000 жыл бұрын (20 кья) басталған мұз аралық кезеңде. Мұздық циклдар Солтүстік жарты шардағы континенттік мұз қабаттарының өсуі мен кері шегінуін қамтиды және бірнеше уақыт өлшемдерінде, әсіресе 21 мың жылдық (кв), 41 мың жылдық (кв) және 100 мың жылдық (кв) өлшемдерінде ауытқуларды қамтиды. Мұндай циклдар әдетте Миланкович циклдары деп аталатын Жер орбитасының болжамды өзгерістерімен байланысты деп түсіндіріледі. Орта плейстоценнің басында (0,8 миллион жыл бұрын, Брунес-Матуяма геомагниттік керілуіне жақын) мұздықтардың басым периоды 41 кв-тан 100 кв-қа ауысып, көбінесе түсіндірілмейтін өзгеріс болды. Соңғы 3 миллион жылда осы мұз дәуірінің біртіндеп күшеюі парниктік газ – көмірқышқыл газының концентрациясының төмендеуімен байланысты, бірақ бұл өзгеріс температураның өзгеруіне себеп болды ма деген мәселе әлі де нақты емес. Температураның төмендеуі көмірқышқыл газының төмендеуіне әкелуі мүмкін, өйткені Генри заңына сәйкес, көмірқышқыл газы салқын суларда жақсырақ ериді, бұл соңғы мұздық максимум кезінде көмірқышқыл газ концентрациясының 100 ppmv төмендеуінің 30 ppmv құрауына себеп болуы мүмкін. Сол сияқты, осы тереңдеу кезеңінің басталуы да тектоникалық плиталардың әрекетінен Панама мойынының жабылуымен шамамен сәйкес келеді. Бұл Тынық мұхиты мен Атлант мұхиты арасындағы тікелей мұхит ағынын тоқтатып, мұхит айналымына және жылу таралуына елеулі әсер етер еді. Алайда, модельдеу зерттеулері бұл қазіргі мұз дәуірінің күшеюіне тікелей себеп болуы мүмкін бе деген мәселеде әртүрлі нәтижелер көрсетті. Климаттың осы циклдік өзгеру кезеңі Антарктиданың мұзға толуынан басталған, ұзаққа созылған мұз дәуірінің бір бөлігі болып табылады.
The last 3 million years have been characterized by cycles of glacials and interglacials within a gradually deepening ice age. Currently, the Earth is in an interglacial period, beginning about 20,000 years ago (20 kya). The cycles of glaciation involve the growth and retreat of continental ice sheets in the Northern Hemisphere and involve fluctuations on a number of time scales, notably on the 21 ky, 41 ky and 100 ky scales. Such cycles are usually interpreted as being driven by predictable changes in the Earth orbit known as Milankovitch cycles. At the beginning of the Middle Pleistocene (0.8 million years ago, close to the Brunhes–Matuyama geomagnetic reversal) there has been a largely unexplained switch in the dominant periodicity of glaciations from the 41 ky to the 100 ky cycle. The gradual intensification of this ice age over the last 3 million years has been associated with declining concentrations of the greenhouse gas carbon dioxide, though it remains unclear if this change is sufficiently large to have caused the changes in temperatures. Decreased temperatures can cause a decrease in carbon dioxide as, by Henry's Law, carbon dioxide is more soluble in colder waters, which may account for 30ppmv of the 100ppmv decrease in carbon dioxide concentration during the last glacial maximum. Similarly, the initiation of this deepening phase also corresponds roughly to the closure of the Isthmus of Panama by the action of plate tectonics. This prevented direct ocean flow between the Pacific and Atlantic, which would have had significant effects on ocean circulation and the distribution of heat. However, modeling studies have been ambiguous as to whether this could be the direct cause of the intensification of the present ice age. This recent period of cycling climate is part of the more extended ice age that began about with the glaciation of Antarctica.
Бастапқы эоцендік жылу максимумы
Эоцен кезеңінің ең басында бірнеше жүз мың жылға созылған бірқатар кенеттен жылудың өрбуі байқалды. Олардың ең айқын мысалы – палеоцен-эоцендік жылу максимумы (PETM), ол оң жақтағы суретте көрсетілген. Бұл құбылыстар көбінесе клатраттардан (мұхит түбінде жиналатын қатып қалған метан мұзы) метанның күрт шығарылуынан туындайды деп есептеледі, бірақ кейбір ғалымдар метанның байқалған өзгерістерді тудыруға жеткілікті екеніне күмәнданады. Осы оқиғалар кезінде Арктика мұхитының температурасы қазіргі орташа ендіктегі мұхиттарға тән деңгейге жеткен болуы мүмкін. PETM кезінде жаһандық орташа температура 5–8 °C (9–14 °F) дейін өсіп, 23 °C (73 °F) шамасына жеткен, ал бүгінгі күнгі жаһандық орташа температура 15 °C (60 °F) құрайды. Геологтар мен палеонтологтар палеоцен және эоцен кезеңдерінің көп бөлігінде полюстерде мұз қабаттары болмағанын, пальма ағаштары мен крокодилдер Арктика аймағында өмір сүргенін, ал континенттік АҚШ-тың көп бөлігі субтропиктік аймақта болғанын айтады.
In the earliest part of the Eocene period, a series of abrupt thermal spikes have been observed, lasting no more than a few hundred thousand years. The most pronounced of these, the Paleocene Eocene Thermal Maximum (PETM) is visible in the figure at right. These are usually interpreted as caused by abrupt releases of methane from clathrates (frozen methane ices that accumulate at the bottom of the ocean), though some scientists dispute that methane would be sufficient to cause the observed changes. During these events, temperatures in the Arctic Ocean may have reached levels more typically associated with modern temperate (i. e. mid latitude) oceans. During the PETM, the global mean temperature seems to have risen by as much as 5–8 °C (9–14 °F) to an average temperature as high as 23 °C (73 °F), in contrast to the global average temperature of today at just under 15 °C (60 °F). Geologists and paleontologists think that during much of the Paleocene and early Eocene, the poles were free of ice caps, and palm trees and crocodiles lived above the Arctic Circle, while much of the continental United States had a sub tropical environment.
Қырық дәуірінің жылулық оптимумы
Крест дәуірінің соңғы бөлігінде, соңғы шамамен 200 миллион жылдағы ең жоғары орташа жаһандық температураға жетілді. Бұл, осы кезеңде мұхиттардағы айналымды жақсартатын және ірі көлемдегі мұз қабаттарының пайда болуын ұстап тұратын құрлықтардың тиімді орналасуының нәтижесі болуы мүмкін.
During the later portion of the Cretaceous, from , average global temperatures reached their highest level during the last ~200 million years. This is likely to be the result of a favorable configuration of the continents during this period that allowed for improved circulation in the oceans and discouraged the formation of large scale ice sheet.
Фенерозойдың қалған кезеңіндегі ауытқулар
Фанерозой эоны соңғы 542 миллион жылды және күрделі көпжасушалы тіршіліктің пайда болуынан бергі дерлік барлық уақытты қамтиды. Жалпы алғанда, бұл кезең қазіргі заман сияқты мұз дәуірлері мен «климаттық оптимальдар» арасындағы температураның ауытқуымен сипатталады, мысалы, креда кезеңінде болған жағдайлар. Осы уақыт ішінде шамамен 4 мұндай цикл болды, климаттық оптимальдар арасындағы уақыт шамамен 140 миллион жылды құрады. Қазіргі уақыттан басқа, мұз дәуірлері Пермь-карбон аралығында және ордовик кезеңінің соңы мен силурий кезеңінің басында орын алған. Юра және ерте креда кезеңдерінде де теңіз мұзының көбеюіне куәлік ететін «салқынырақ» аралық болды. Алайда, осы кезеңде екі полюсте де құрлықтардың болмауы континенттік мұздықтардың қалыптасуына кедерес келтірді, сондықтан бұл әдетте толыққанды мұз дәуірі деп есептелмейді. Бұл суық кезеңдердің арасында жылырақ жағдайлар болды, олар көбінесе климаттық оптимальдар деп аталады. Дегенмен, осы жылы аралықтардың креда кезеңінің оптималь кезеңінен не ыстық, не суық болғанын анықтау қиындық тудырады.
The Phanerozoic eon, encompassing the last 542 million years and almost the entire time since the origination of complex multi cellular life, has more generally been a period of fluctuating temperature between ice ages, such as the current age, and "climate optima", similar to what occurred in the Cretaceous. Roughly 4 such cycles have occurred during this time with an approximately 140 million year separation between climate optima. In addition to the present, ice ages have occurred during the Permian Carboniferous interval and the late Ordovician early Silurian. There is also a "cooler" interval during the Jurassic and early Cretaceous, with evidence of increased sea ice, but the lack of continents at either pole during this interval prevented the formation of continental ice sheets and consequently this is usually not regarded as a full fledged ice age. In between these cold periods, warmer conditions were present and often referred to as climate optima. However, it has been difficult to determine whether these warmer intervals were actually hotter or colder than occurred during the Cretaceous optima.
Соңғы протерозойлық мұз дәуірі
Неопротерозой дәуірі кем дегенде екі, ал мүмкін одан да көп ірі мұздану дәуірінің куәсін ұсынады. Осы мұз дәуірлерінің соңғысы, Марино және Варанг мұздық максимумдарын қамтиды (шамамен ), экваторға дейін созылған үздіксіз теңіз мұзымен «қар шары Жер» құбылысы ретінде қарастырылады. Бұл фанерозой дәуіріндегі мұз дәуірлерінен әлдеқайда ауыр. Бұл мұз дәуірі кембрийлік жарылыс кезіндегі тіршілік әртараптануынан аз ғана бұрын аяқталғандықтан, оның (немесе кем дегенде соңы) эволюция үшін жағдай жасады деген болжам бар. Алдыңғы Стуртиан мұздық максимум (730 миллион жыл бұрын) да «қар шары Жер» құбылысы болуы мүмкін, бірақ бұл әлі дәлелденбеді. «Қар шары Жер» құбылысының басталуына себеп болған өзгерістер толыққанды белгілі емес, бірақ олар сөзсіз өз соңына жеткізді деген пікір бар. Теңіз мұзының кең таралуы мұхит шөгінділерінде жаңа карбонаттардың қалыптасуына кедерілді. Ондай карбонаттар көмірқышқыл газын қайта өңдеудің табиғи процесінің бөлігі болғандықтан, осы процестің тоқтатылуы көмірқышқыл газының атмосферада жиналуына мүмкіндік береді. Бұл парниктік эффектіні күшейтеді және нәтижесінде температураның жоғарылауына, теңіз мұзының шегінуіне алып келеді.
The Neoproterozoic era , provides evidence of at least two and possibly more major glaciations. The more recent of these ice ages, encompassing the Marinoan & Varangian glacial maxima (about ), has been proposed as a snowball Earth event with continuous sea ice reaching nearly to the equator. This is significantly more severe than the ice ages during the Phanerozoic. Because this ice age terminated only slightly before the rapid diversification of life during the Cambrian explosion, it has been proposed that this ice age (or at least its end) created conditions favorable to evolution. The earlier Sturtian glacial maxima (~730 million years) may also have been a snowball Earth event though this is unproven. The changes that lead to the initiation of snowball Earth events are not well known, but it has been argued that they necessarily led to their own end. The widespread sea ice prevents the deposition of fresh carbonates in ocean sediment. Since such carbonates are part of the natural process for recycling carbon dioxide, short circuiting this process allows carbon dioxide to accumulate in the atmosphere. This increases the greenhouse effect and eventually leads to higher temperatures and the retreat of sea ice.
Жалпы көрініс
Осы түсіндірілген геологиялық температуралық деректердің тікелей үйлесімі міндетті түрде дұрыс болмайды, сондай-ақ оларды басқа, жақындағы температуралық деректермен үйлестіру де дұрыс емес, себебі оларда әртүрлі анықтамалар қолданылуы мүмкін. Дегенмен, жалпы көзқарас, тіпті нақты болмаса да, пайдалы. Осы көзқарас бойынша уақыт 2015 жылдан бастап кері бағытта белгіленеді. Ол бес бөлек сегментте сызықтық масштабта, әр тік сызықта шамамен бір рет кеңейтіледі. Сол жақ панельдегі температуралар өте шамамен көрсетілген, оларды тек сапалық индикатор ретінде қарастыру керек. Толық ақпаратты график сипаттамасы бетінен табуға болады.
Direct combination of these interpreted geological temperature records is not necessarily valid, nor is their combination with other more recent temperature records, which may use different definitions. Nevertheless, an overall perspective is useful even when imprecise. In this view time is plotted backwards from the present, taken as 2015 CE. It is scaled linear in five separate segments, expanding by about an order of magnitude at each vertical break. Temperatures in the left hand panel are very approximate, and best viewed as a qualitative indication only. Further information is given on the graph description page.
Жердің өткендегі басқа температуралық өзгерістері
2 миллиард жыл бұрын климаттың тұрақсыздық кезеңі болды, оны «Жылымсақтық миллиард» деп те атайды. Бұл кезеңде тектоникалық белсенділік болған жоқ, мұздықтар пайда болған жоқ және атмосфера құрамы тұрақты болды. Ол екі түрлі оттегілену және мұздық оқиғалармен шектеледі. Тау жыныстарынан алынған оттегі мен кремний изотоптарына негізделген температураны қалпына келтіру жұмыстары Кэмбрийге дейінгі теңіз температурасының әлдеқайда ыстық болатынын болжады. Бұл болжаулар, мұхиттың температурасы 55–85 °C-қа дейін, содан кейін 10–40 °C-қа дейін суытуды болжайды. Кэмбрийге дейінгі организмдерден қалпына келтірілген ақуыздар да көне әлемнің бүгінгіге қарағанда әлдеқайда жылы болғанын көрсетеді. Алайда, басқа да дәлелдер бұл кезеңнің соңғы 500 миллион жылдағыдан суық әрі мұздық болғанын көрсетеді. Бұл күн сәулесінің қазіргіден 20% төмен болуының салдары деп есептеледі. Жер 4,5 миллиард жыл бұрын пайда болған кезде Күннің жарықтығы 30% -ға төмен болды және болашақта жарықтығы миллиард жылға шамамен 10% -ға артады деп күтілуде. Ұзақ уақыт аралығында Күннің дамуы Жердің климатын анықтауда маңызды фактор болып табылады. Күннің стандартты теорияларына сәйкес, күн сәулесі қазіргі заманғы шамадан шамамен 70% -ға дейін қарқындылықпен басталғаннан кейін, оның эволюциясының табиғи бөлігі ретінде жарқырауы біртіндеп артады. Бастапқыда күн сәулесі аз болғандықтан, егер парниктік газдардың қазіргі заманғы мәндерімен біріктірсе, Жер бетінде сұйық мұхиттар болуына мүмкіндік беру жеткіліксіз болар еді. Алайда, жер бетіндегі сұйық судың бар екендігі туралы дәлелдер бұрыннан белгілі. Бұл «әлсіз жас күн» парадоксы деп аталады және әдетте Жердің ертегі тарихында парниктік газдардың әлдеқайда үлкен концентрациясын шақыру арқылы түсіндіріледі, дегенмен мұндай ұсыныстар қолданыстағы тәжірибелік дәлелдермен нашар шектеледі.
About , there was a period of climate stasis, also known as the Boring Billion. During this period there was hardly any tectonic activity, no glaciations and the atmosphere composition remained stable. It is bordered by two different oxygenation and glacial events. Temperature reconstructions based on oxygen and silicon isotopes from rock samples have predicted much hotter Precambrian sea temperatures. These predictions suggest ocean temperatures of 55–85 °C during the period of , followed by cooling to more mild temperatures of between 10 40 °C by Reconstructed proteins from Precambrian organisms have also provided evidence that the ancient world was much warmer than today. However, other evidence suggests that the period of was generally colder and more glaciated than the last 500 million years. This is thought to be the result of solar radiation approximately 20% lower than today. Solar luminosity was 30% dimmer when the Earth formed 4.5 billion years ago, and it is expected to increase in luminosity approximately 10% per billion years in the future. On very long time scales, the evolution of the sun is also an important factor in determining Earth's climate. According to standard solar theories, the sun will gradually have increased in brightness as a natural part of its evolution after having started with an intensity approximately 70% of its modern value. The initially low solar radiation, if combined with modern values of greenhouse gases, would not have been sufficient to allow for liquid oceans on the surface of the Earth. However, evidence of liquid water at the surface has been demonstrated as far back as This is known as the faint young sun paradox and is usually explained by invoking much larger greenhouse gas concentrations in Earth's early history, though such proposals are poorly constrained by existing experimental evidence.