8.3. Моделирование климата Земли за 3,5 млрд. Лет и долгосрочный прогноз его изменчивости

К началу 21 века проблема изменения климата Земли стала одной из центральных, волнующих мировую общественность. Повышение температуры воздуха климатологи связывают с возрастающими промышленными выбросами в атмосферу двуокиси углерода, азота, серы и других токсических веществ («парниковый эффект»). Прогнозируется резкое потепление, таяние ледниковых покровов, повышение уровня мирового океана с затоплением пониженных участков прибрежных регионов суши.

Опасения возможных катастрофических явлений и давление экологических организаций заставляют правительства разных стран выделять огромные средства на борьбу с последствиями потепления климата. Однако, при изучении изменения климата следует учитывать не только антропогенную, но и природную составляющую климатической изменчивости, потому что иногда волна антропогенного потепления может гасится встречной волной природного похолодания климата.

Если природные процессы ведут к потеплению климата, то антропогенные факторы только усиливают этот процесс. И, наоборот, в случае очередного похолодания климата антропогенные факторы уменьшают интенсивность похолодания.

Для того чтобы выяснить природную составляющую климатической изменчивости необходимо использовать палеоклиматическую информацию о климатах прошлых эпох и на основе моделирования установить не только закономерности развития процесса в настоящее время, но и составить прогноз его в будущем.

Динамика термического режима Земли за 3,5млрд. лет

В исследованиях теплового режима земной коры большое значение имеют работы русских ученых А.Н. Тихонова (1937), Е.А. Любимовой (1952), О.Ю. Шмидта (1950), М.И. Будыко (1977) и др.

По радиоактивным данным возраст земной коры составляет 6-5 млрд. лет. По теории О.Ю. Шмидта возраст Земли оценивается приблизительно 7-6 миллиардов лет. Периоды полураспада почти всех основных радиоактивных элементов свидетельствуют о значительно меньшем времени существования Земли. В период максимального разогрева планеты температура поверхности Земли была не более 300С.

Е.А. Любимова в 1952г. для расчета выделения тепла радиоактивными элементами в прошлом использовала математический метод – метод отражений. Для расчета теплового режима Земли, обусловленного радиоактивным распадом, использовались константы распада радиоактивных элементов, количество теплоты, выделяемое каждым из этих элементов при распаде; возраст Земли. При рассмотрении однородной модели бралось среднее содержание радиоактивных элементов на земном шаре в настоящее время и среднее значение коэффициента теплопроводности, принимаемого постоянной для всей Земли. Используя данные о константах распада и общем содержании радиоактивных элементов Земли, ею рассчитано количество тепла, выделявшееся каждым элементом в прошлые эпохи существования.

Расчеты показали, что в поверхностных слоях Земли через 1-2 млрд. лет после её образования отток тепла начинает превышать его приток от источников, интенсивность которых к этому времени значительно уменьшается. Шесть миллиардов лет назад генерация тепла была во много раз большей, чем сейчас, при этом основное количество тепла выделялось за счет распада калия, актиноурана и тория.

К настоящему времени глубина области Земли, из которой происходит отток тепла, составляет 1000 км. На поверхности Земли тепловыделение не проявляется, оно отмечается только при извержении вулканов и гейзеров. Используя эту информацию, мы предприняли попытку расчета температур охлаждающейся поверхности Земли и установления временного момента, когда климат Земли стал зависим в основном от энергии Солнца.