8. “Завершающие штрихи” к объяснению влияния углекислого газа на изменения климата. Чамберлин, 1899
В конце 19-го века Аррениус опубликовал статью, объясняющую чередование холодных и теплых периодов в истории Земли вариабельностью концентрации углекислого газа в атмосфере - эта вариабельность через каскад положительных обратных связей вызывает изменения в энергетическом балансе планеты. Последний штрих, которого не хватало гипотезе Аррениуса - объяснение причин, по которым меняется концентрация углекислого газа в атмосфере.
В 1892-м году президенту университета Висконсина Чамберлину (Chamberlin) надоела административная работа, и он перешел в университет Чикаго на позицию завкафедры геологии. Одной из тем исследований Чамберлина стало развитие гипотезы Аррениуса и Хогборна. Аррениус и Хогборн объясняли изменения концентрации углекислого газа в атмосфере вулканизмом - что, по мнению Чамберлина, было чрезмерным упрощением и не подтверждалось данными. Чамберлин предложил гипотезу, увязывающую колебания климата с глобальными биогеохимическими циклами. Эта гипотеза основывалась на балансе поступления углерода в атмосферу из недр Замли, и стока углерода в процессе эрозии горных пород.
Ведущим механизмом регуляции количества углерода в атмосфере у Чамберлина являлась эрозия. Горные породы, содержащие соединения кремния (силикаты) на воздухе реагируют с углекислым газом в процессе химического выветривания; при этом из атмосферы поглощается большое количество углерода, в конечном итоге оказывающегося в океане в виде бикарбонатов. Например:
CaSiO3 + H2CO3 → Ca2+ + SiO2 + 2HCO3−
С аналогичным процессом мы все очень хорошо знакомы: коррозия бетона, из которого построены пятиэтажки включает в себя карбонизацию.
В свою очередь, морские организмы используют бикарбонаты для строительства своих скелетов:
Ca2+ + SiO2 + 2HCO3− → CaCO3 + H2CO3
Часть образующегося таким образом карбоната кальция осаждается на дно океана, а углерод надолго удаляется из атмосферной части цикла.
В период активного горообразования, процесс эрозии интенсифицируется и из атмосферы поглощается большое количество углекислого газа; по расчетам Чамберлина, весь углерод атмосферы мог бы поглотиться за время порядка 5000-18000 лет. Интересно, что эти расчеты столетней давности используют в настоящее время климатические скептики для “доказательства” того, что причин для волнений относительно антропогенных углеродных эмиссий нет: весь этот углерод атмосферы все равно исчезнет в океане в процессе карбонизации. Конечно, исчезнет - через тысячи лет.
С уменьшением концентрации углекислого газа в атмосфере, температура уменьшится и начнется ледниковый период. Рисунок иллюстрирует полностью (или почти полностью) покрытую ледниками Землю (Snowball Earth).
Однако, это снижение температуры уменьшит и сток углерода из воздуха, например, из-за того, что обширные территории будут защищены слоем льда. Со временем, вулканическая деятельность приведет к новому увеличению концентрации углекислого газа в атмосфере и к соответственному увеличению парникового эффекта. Рост температуры приведет к изменениям в биогеохимических циклах, в том числе к усилению притока углекислого газа из океана в атмосферу и увеличению концентрации водяных паров. Это вызовет дальнейший подъем температуры. Но, с сокращением площади ледников, эрозия горных пород приведет к увеличению стока углерода из атмосферы, и начнется новая осцилляция.
Инициатором процесса изменения климата, таким образом, являются тектонические деформации земной коры, запускающие изменения в циклах углерода и воды. Вместе с тем, гипотеза Чамберлина включала в себя многочисленные вторичные процессы: выравнивание градиента температур разных широт в период высокой концентрации СО2, изменения переноса тепла из тропиков в высокие широты океаническими течениями, изменения “биопомпы” (захоронения углерода в процессе жизнедеятельности морских организмов) и многое другое. Комбинация многочисленных положительных и отрицательных обратных связей приводит к чередованию холодных и теплых периодов в истории Земли.
Мне кажется, что формулировка такой стройной гипотезы, увязывающей геологические, атмосферные и океанические процессы с климатом, ознаменовала высшую точку в начальном периоде изучения механизма изменения климата Земли. Уже через несколько лет эта гипотеза будет отвергнута, а Чамберлин в частном письме пожалуется:
"К сожалению, выводы Аррениуса ... видимо неверны... Я очень сожалею, что оказался в числе ранних жертв его ошибки".
К слову, эту фразу тоже очень любят цитировать климатические скептики в своих "доказательствах."
Статья историка науки Флеминга про Чамберлина.
Статья Чамберлина (1899 г.), излагающая его гипотезу.
This entry was originally posted at http://profpr.dreamwidth.org/305552.html. Please comment there using OpenID.
В 1892-м году президенту университета Висконсина Чамберлину (Chamberlin) надоела административная работа, и он перешел в университет Чикаго на позицию завкафедры геологии. Одной из тем исследований Чамберлина стало развитие гипотезы Аррениуса и Хогборна. Аррениус и Хогборн объясняли изменения концентрации углекислого газа в атмосфере вулканизмом - что, по мнению Чамберлина, было чрезмерным упрощением и не подтверждалось данными. Чамберлин предложил гипотезу, увязывающую колебания климата с глобальными биогеохимическими циклами. Эта гипотеза основывалась на балансе поступления углерода в атмосферу из недр Замли, и стока углерода в процессе эрозии горных пород.
Ведущим механизмом регуляции количества углерода в атмосфере у Чамберлина являлась эрозия. Горные породы, содержащие соединения кремния (силикаты) на воздухе реагируют с углекислым газом в процессе химического выветривания; при этом из атмосферы поглощается большое количество углерода, в конечном итоге оказывающегося в океане в виде бикарбонатов. Например:
CaSiO3 + H2CO3 → Ca2+ + SiO2 + 2HCO3−
С аналогичным процессом мы все очень хорошо знакомы: коррозия бетона, из которого построены пятиэтажки включает в себя карбонизацию.
В свою очередь, морские организмы используют бикарбонаты для строительства своих скелетов:
Ca2+ + SiO2 + 2HCO3− → CaCO3 + H2CO3
Часть образующегося таким образом карбоната кальция осаждается на дно океана, а углерод надолго удаляется из атмосферной части цикла.
В период активного горообразования, процесс эрозии интенсифицируется и из атмосферы поглощается большое количество углекислого газа; по расчетам Чамберлина, весь углерод атмосферы мог бы поглотиться за время порядка 5000-18000 лет. Интересно, что эти расчеты столетней давности используют в настоящее время климатические скептики для “доказательства” того, что причин для волнений относительно антропогенных углеродных эмиссий нет: весь этот углерод атмосферы все равно исчезнет в океане в процессе карбонизации. Конечно, исчезнет - через тысячи лет.
С уменьшением концентрации углекислого газа в атмосфере, температура уменьшится и начнется ледниковый период. Рисунок иллюстрирует полностью (или почти полностью) покрытую ледниками Землю (Snowball Earth).
Однако, это снижение температуры уменьшит и сток углерода из воздуха, например, из-за того, что обширные территории будут защищены слоем льда. Со временем, вулканическая деятельность приведет к новому увеличению концентрации углекислого газа в атмосфере и к соответственному увеличению парникового эффекта. Рост температуры приведет к изменениям в биогеохимических циклах, в том числе к усилению притока углекислого газа из океана в атмосферу и увеличению концентрации водяных паров. Это вызовет дальнейший подъем температуры. Но, с сокращением площади ледников, эрозия горных пород приведет к увеличению стока углерода из атмосферы, и начнется новая осцилляция.
Инициатором процесса изменения климата, таким образом, являются тектонические деформации земной коры, запускающие изменения в циклах углерода и воды. Вместе с тем, гипотеза Чамберлина включала в себя многочисленные вторичные процессы: выравнивание градиента температур разных широт в период высокой концентрации СО2, изменения переноса тепла из тропиков в высокие широты океаническими течениями, изменения “биопомпы” (захоронения углерода в процессе жизнедеятельности морских организмов) и многое другое. Комбинация многочисленных положительных и отрицательных обратных связей приводит к чередованию холодных и теплых периодов в истории Земли.
Мне кажется, что формулировка такой стройной гипотезы, увязывающей геологические, атмосферные и океанические процессы с климатом, ознаменовала высшую точку в начальном периоде изучения механизма изменения климата Земли. Уже через несколько лет эта гипотеза будет отвергнута, а Чамберлин в частном письме пожалуется:
"К сожалению, выводы Аррениуса ... видимо неверны... Я очень сожалею, что оказался в числе ранних жертв его ошибки".
К слову, эту фразу тоже очень любят цитировать климатические скептики в своих "доказательствах."
Статья историка науки Флеминга про Чамберлина.
Статья Чамберлина (1899 г.), излагающая его гипотезу.
This entry was originally posted at http://profpr.dreamwidth.org/305552.html. Please comment there using OpenID.