Тепло земных недр: Тепло Земли | Наука и жизнь

Тепло Земли | Наука и жизнь

В нашей стране, богатой углеводородами, геотермальная энергия — некий экзотический ресурс, который при сегодняшнем положении дел вряд ли составит конкуренцию нефти и газу. Тем не менее этот альтернативный вид энергии может использоваться практически всюду и довольно эффективно.

Фото Игоря Константинова.

Изменение температуры грунта с глубиной.

Рост температуры термальных вод и вмещающих их сухих пород с глубиной.

Изменение температуры с глубиной в разных регионах.

Извержение исландского вулкана Эйяфьятлайокудль —иллюстрация бурных вулканических процессов, протекающих в активных тектонических и вулканических зонах с мощным тепловым потоком из земных недр.

Установленные мощности геотермальных электростанций по странам мира, МВт.

Распределение геотермальных ресурсов по территории России. Запасы геотермальной энергии, по оценкам экспертов, в несколько раз превышают запасы энергии органического ископаемого топлива.

По данным ассоциации «Геотермальное энергетическое общество».

‹

›

Открыть в полном размере

Геотермальная энергия — это тепло земных недр. Вырабатывается оно в глубинах и поступает к поверхности Земли в разных формах и с различной интенсивностью.

Температура верхних слоёв грунта зависит в основном от внешних (экзогенных) факторов — солнечного освещения и температуры воздуха. Летом и днём грунт до определённых глубин прогревается, а зимой и ночью охлаждается вслед за изменением температуры воздуха и с некоторым запаздыванием, нарастающим с глубиной. Влияние суточных колебаний температуры воздуха заканчивается на глубинах от единиц до нескольких десятков сантиметров. Сезонные колебания захватывают более глубокие пласты грунта — до десятков метров.

На некоторой глубине — от десятков до сотен метров — температура грунта держится постоянной, равной среднегодовой температуре воздуха у поверхности Земли. В этом легко убедиться, спустившись в достаточно глубокую пещеру.

Когда среднегодовая температура воздуха в данной местности ниже нуля, это проявляется как вечная (точнее, многолетняя) мерзлота. В Восточной Сибири мощность, то есть толщина, круглогодично мёрзлых грунтов достигает местами 200—300 м.

С некоторой глубины (своей для каждой точки на карте) действие Солнца и атмосферы ослабевает настолько, что на первое место выходят эндогенные (внутренние) факторы и происходит разогрев земных недр изнутри, так что температура с глубиной начинает расти.

Разогрев глубинных слоёв Земли связывают, главным образом, с распадом находящихся там радиоактивных элементов, хотя называют и другие источники тепла, например физико-химические, тектонические процессы в глубоких слоях земной коры и мантии. Но чем бы это ни было обусловлено, температура горных пород и связанных с ними жидких и газообразных субстанций с глубиной растёт. С этим явлением сталкиваются горняки — в глубоких шахтах всегда жарко. На глубине 1 км тридцатиградусная жара — нормальное явление, а глубже температура ещё выше.

Тепловой поток земных недр, достигающий поверхности Земли, невелик — в среднем его мощность составляет 0,03—0,05 Вт/м²,
или примерно 350 Вт·ч/м² в год. На фоне теплового потока от Солнца и нагретого им воздуха это незаметная величина: Солнце даёт каждому квадратному метру земной поверхности около 4000 кВт·ч ежегодно, то есть в 10 000 раз больше (разумеется, это в среднем, при огромном разбросе между полярными и экваториальными широтами и в зависимости от других климатических и погодных факторов).

Незначительность теплового потока из недр к поверхности на большей части планеты связана с низкой теплопроводностью горных пород и особенностями геологического строения. Но есть исключения — места, где тепловой поток велик. Это, прежде всего, зоны тектонических разломов, повышенной сейсмической активности и вулканизма, где энергия земных недр находит выход. Для таких зон характерны термические аномалии литосферы, здесь тепловой поток, достигающий поверхности Земли, может быть в разы и даже на порядки мощнее «обычного».

Огромное количество тепла на поверхность в этих зонах выносят извержения вулканов и горячие источники воды.

Именно такие районы наиболее благоприятны для развития геотермальной энергетики. На территории России это, прежде всего, Камчатка, Курильские острова и Кавказ.

В то же время развитие геотермальной энергетики возможно практически везде, поскольку рост температуры с глубиной — явление повсеместное, и задача заключается в «добыче» тепла из недр, подобно тому, как оттуда добывается минеральное сырьё.

В среднем температура с глубиной растёт на 2,5—3^оС на каждые 100 м. Отношение разности температур между двумя точками, лежащими на разной глубине, к разности глубин между ними называют геотермическим градиентом.

Обратная величина — геотермическая ступень, или интервал глубин, на котором температура повышается на 1^оС.

Чем выше градиент и соответственно ниже ступень, тем ближе тепло глубин Земли подходит к поверхности и тем более перспективен данный район для развития геотермальной энергетики.

В разных районах, в зависимости от геологического строения и других региональных и местных условий, скорость роста температуры с глубиной может резко различаться. В масштабах Земли колебания величин геотермических градиентов и ступеней достигают 25 крат. Например, в штате Орегон (США) градиент составляет 150

оС на 1 км, а в Южной Африке — 6^оС на 1 км.

Вопрос, какова температура на больших глубинах — 5, 10 км и более? При сохранении тенденции температура на глубине 10 км должна составлять в среднем примерно 250—300^оС. Это более или менее подтверждается прямыми наблюдениями в сверхглубоких скважинах, хотя картина существенно сложнее линейного повышения температуры.

Например, в Кольской сверхглубокой скважине, пробурённой в Балтийском кристаллическом щите, температура до глубины 3 км меняется со скоростью 10^оС/1 км, а далее геотермический градиент становится в 2—2,5 раза больше. На глубине 7 км зафиксирована уже температура 120^оС, на 10 км — 180^oС, а на 12 км — 220^oС.

Другой пример — скважина, заложенная в Северном Прикаспии, где на глубине 500 м зарегистрирована температура 42^oС, на 1,5 км — 70^oС, на 2 км — 80^oС, на 3 км — 108^oС.

Предполагается, что геотермический градиент уменьшается начиная с глубины 20—30 км: на глубине 100 км предположительные температуры около 1300—1500^oС, на глубине 400 км — 1600^oС, в ядре Земли (глубины более 6000 км) — 4000—5000^oС.

На глубинах до 10—12 км температуру измеряют через пробурённые скважины; там же, где их нет, её определяют по косвенным признакам так же, как и на бóльших глубинах. Такими косвенными признаками могут быть характер прохождения сей-смических волн или температура изливающейся лавы.

Впрочем, для целей геотермальной энергетики данные о температурах на глубинах более 10 км пока не представляют практического интереса.

На глубинах в несколько километров много тепла, но как его поднять? Иногда эту задачу решает за нас сама природа с помощью естественного теплоносителя — нагретых термальных вод, выходящих на поверхность или же залегающих на доступной для нас глубине.

В ряде случаев вода в глубинах разогрета до состояния пара.

Строгого определения понятия «термальные воды» нет. Как правило, под ними подразумевают горячие подземные воды в жидком состоянии или в виде пара, в том числе выходящие на поверхность Земли с температурой выше 20^оС, то есть, как правило, более высокой, чем температура воздуха.

Тепло подземных вод, пара, пароводяных смесей — это гидротермальная энергия. Соответственно энергетика, основанная на её использовании, называется гидротермальной.

Сложнее обстоит дело с добычей тепла непосредственно сухих горных пород — петротермальной энергии, тем более что достаточно высокие температуры, как правило, начинаются с глубин в несколько километров.

На территории России потенциал петротермальной энергии в сто раз выше, чем у гидротермальной, — соответственно 3500 и 35 трлн тонн условного топлива. Это вполне естественно — тепло глубин Земли имеется везде, а термальные воды обнаруживаются локально. Однако из-за очевидных технических трудностей для получения тепла и электроэнергии в настоящее время используются большей частью термальные воды.

Воды температурой от 20—30 до 100^оС пригодны для отопления, температурой от 150^оС и выше — и для выработки электроэнергии на геотермальных электростанциях.

В целом же геотермальные ресурсы на территории России в пересчёте на тонны условного топлива или любую другую единицу измерения энергии примерно в 10 раз выше запасов органического топлива.

Теоретически только за счёт геотермальной энергии можно было бы полностью удовлетворить энергетические потребности страны. Практически же на данный момент на большей части её территории это неосуществимо по технико-экономическим соображениям.

В мире использование геотермальной энергии ассоциируется чаще всего с Исландией — страной, расположенной на северном окончании Срединно-Атлантического хребта, в исключительно активной тектонической и вулканической зоне. Наверное, все помнят мощное извержение вулкана Эйяфьятлайокудль (Eyjafjallajökull) в 2010 году.

Именно благодаря такой геологической специфике Исландия обладает огромными запасами геотермальной энергии, в том числе горячих источников, выходящих на поверхность Земли и даже фонтанирующих в виде гейзеров.

В Исландии в настоящее время более 60% всей потребляемой энергии берут из Земли. В том числе за счёт геотермальных источников обеспечивается 90% отопления и 30% выработки электроэнергии. Добавим, что остальная часть электроэнергии в стране производится на ГЭС, то есть также с использованием возобновляемого источника энергии, благодаря чему Исландия выглядит неким мировым экологическим эталоном.

«Приручение» геотермальной энергии в XX веке заметно помогло Исландии в экономическом отношении. До середины прошлого столетия она была очень бедной страной, сейчас занимает первое место в мире по установленной мощности и производству геотермальной энергии на душу населения и находится в первой десятке по абсолютной величине установленной мощности геотермальных электростанций. Однако её население составляет всего 300 тысяч человек, что упрощает задачу перехода на экологически чистые источники энергии: потребности в ней в целом невелики.

Помимо Исландии высокая доля геотермальной энергетики в общем балансе производства электроэнергии обеспечивается в Новой Зеландии и островных государствах Юго-Восточной Азии (Филиппины и Индонезия), странах Центральной Америки и Восточной Африки, территория которых также характеризуется высокой сейсмической и вулканической активностью. Для этих стран при их нынешнем уровне развития и потребностях геотермальная энергетика вносит весомый вклад в социально-экономическое развитие.

(Окончание следует.)

Геотермальная энергия

На территории нашей родины, с учетом успехов в добыче нефтяной и газовой промышленностей полезных ископаемых, геотермальная энергия является скорее неожиданной. Геотермальная энергия как ресурс представляет собой использование тепла земли для выработки энергии. Такая энергия приходит вверх на поверхность разными способами с разным уровнем тепла, но вся она возникает в глубине земной коры. Несмотря на «экзотичность» для обычного человека, такой выбор в отдельных случаях может быть весьма рациональным.

 

Температура земли – внешнее воздействие

Верхние слои земли могут быть различной температуры, по большей части на это влияет внешнее воздействие: интенсивность солнца, теплый или холодный воздух, наличие или отсутствие ветра и дождя. Самый теплый грунт бывает в дневное время летом, а самый холодный – в ночное зимой. В это время земля начинает замерзать вслед за уменьшением температуры, и с глубиной становится все холоднее. На этом участке влияние экзогенных факторов снижается: погода и температура воздуха не важна уже на глубине пары десятков сантиметров. Хотя «в сезон»: в особо жаркие или особо холодные дни эта глубина увеличивается до нескольких метров. На большей глубине – на сотни метров, температура земли перманентна, как правило, равна среднегодовой температуре около поверхности планеты, доказательством могут служить глубокие пещеры, в которых температура всегда одинакова и не зависит от поры года на поверхности. Например, в местности, где температура на поверхности в среднем всегда минусовая, грунт всегда будет замерзшим, даже когда температура воздуха поднимается. В районе Сибири глубина таких грунтов с поверхности составляет двести-триста метров.

Температура земли – внутреннее воздействие

С определенного расстояния от поверхности земли в глубину воздействие экзогенных факторов заканчивается, так что температура воздуха и солнечное тепло не имеет значения, а первичное получают внутренние факторы: получение грунтом тепла от источников внутри Земли. В этих глубинах уровень температуры земли уже увеличивается.Откуда получают тепло грунты на такой глубине, окончательно ученые не выяснили. Чаще всего разогрев связывают с влиянием радиоактивных элементов, а точнее, их распада, но не исключаются и другие варианты: тектонические движения в некоторых слоях мантии и коры планеты, химико-физические процессы. С чем бы ни связывали этот разогрев, тепло пород и различных жидкостей, и газов с глубиной растет. Если вспомнить о глубоких пещерах, то шахтеры часто встречаются с таким эффектом, работая на значительной глубине. Спускаясь на километр, горные рабочие не удивляются тридцати градусам по Цельсию.

Мощность геотермальной энергии

То тепловое влияние, которое получает грунт на поверхности мал – мощность оного обычно составляет от 0,03 до 0,05 Вт/метр² (350 Вт/ч на метр² за год). Совсем немного, особенно если сравнить с солнечной энергией. Солнце, нагревая землю, отдает 4000 Вт/ч на метр² за год. Если не брать в расчет различные широты, то в среднем по планете это в десять тысяч раз больше.Разное геологическое содержание, малая теплопроводность пород Земли значительно влияют на то, что тепловая энергия земных недр невысока. Но и тут можно найти исключения: отдельные места на планете, где мощность геотермальной энергии велика. В первую очередь это места разломов земной коры, высокой сейсмоактивности, где энергия глубин Земли выходит наверх, особенно, во время извержений вулканов и в местах естественных горячих источников. Эти места самые удачные в плане развития использования энергии земных недр. Япония и Россия в этом смысле – кладезь таких мест. В России такие места: Курилы, Кавказ, Камчатка.Но использование геотермальной энергии возможно не только в таких местах, а почти везде, ведь увеличение температуры грунта с увеличением глубины присутствует везде на планете. Главное, это организация процесса добычи энергии из земли аналогично добыче энергии минералов и полезных ископаемых.

Определение перспективы геотермальных источников

Средняя степень роста температуры на глубине – каждые сто метров она поднимается на 2,5-3 градуса Цельсия. Разница температур между двумя пунктами разной глубины относительно разнице глубин называется геотермическим градиентом. Если необходимо говорить об обратных вычислениях, то используется понятие геотермической ступени — это разница глубин, на которой температура грунта вырастает на 1 градус. Чем больше градиент и меньше ступень, тем больше влияние тепла из земных недр, а соответственно это место можно считать удачным для создания источника геотермальной энергии. Если вспомнить о значительных глубинах, то температура на глубине 10 000 метров составляет до 300 градусов Цельсия. Частично это подтверждают ученые, которые занимаются наблюдениями сверхглубоких скважин, но расчет на таких глубинах гораздо сложнее, чем простой линейный расчет увеличения температуры. Самое большое количество геотермальной энергии находится на огромных глубинах: предполагается, что с расстояния в сто километров и глубже температура составляет от 1 300 до 1 500 градусов, в самом земном ядре (глубина около 6 000 километров) – от 4 000 до 5 000 градусов.

Использование геотермальной энергии

В глубине Земли находится достаточно тепловой энергии, но как организовать процесс ее использования? Природа иногда сама подсказывает варианты: естественные теплоносители – термальные воды, которые выходят на поверхность земли или находятся неглубоко, и есть возможность их использования, иногда в жидком состоянии, иногда в виде пара.Научного определения термальных вод не существует, но обычно под этим понимаются подземные воды, которые попадают на поверхность с температурой от 20 градусов по Цельсию и выше, то есть теплее, чем температура воздуха в среднем на поверхности. Такой вид энергии называется гидротермальной.На территории нашей страны количество геотермальной энергии превышает запасы органики раз в десять, и можно было бы только за счет ее обеспечить энергией всю страну, однако, на практике берут верх технические и экономические факторы.

 

По всем интересующим Вас вопросам можете обращаться по телефону
компании «Тепломеханика» (384-2) 67-02-88.

 Имея опыт в проектировании, монтаже, пуско-наладочных работах и сервисном обслуживании котельных, мы создаём качественный, надёжный и сбалансированный по цене комплекс оборудования, который будет служить Вам многие десятки лет.

 

БУДЕМ РАДЫ ВИДЕТЬ ВАС В ЧИСЛЕ НАШИХ КЛИЕНТОВ!

 

 

Какая самая горячая земля когда-либо была?

Эта статья была впервые опубликована в августе 2014 г. и была обновлена, чтобы включить новые исследования, опубликованные с тех пор. Эта статья является одной из двух частей серии о прошлых температурах, в том числе о том, насколько теплой была Земля «в последнее время».

Наша планета возрастом 4,54 миллиарда лет, вероятно, испытывала самые высокие температуры в первые дни своего существования, когда она все еще сталкивалась с другими каменистыми обломками (планетезималями), летящими вокруг Солнечной системы. Тепло от этих столкновений поддерживало бы Землю в расплавленном состоянии, а температура в верхних слоях атмосферы превышала бы 3600° по Фаренгейту.

Однако даже после тех первых палящих тысячелетий планета часто была намного теплее, чем сейчас. Одно из самых теплых времен было в геологический период, известный как неопротерозой, между 600 и 800 миллионами лет назад. Между 500 и 250 миллионами лет назад условия также часто были очень жаркими. А за последние 100 миллионов лет произошли два крупных тепловых всплеска: Горячий парниковый период мелового периода (около 92 миллионов лет назад) и палеоцен-эоценовый тепловой максимум (около 56 миллионов лет назад).

Карикатура Эмили Гринхал, NOAA Climate. gov.

Горячая история

Температурные записи с термометров и метеостанций существуют только для крошечной части жизни нашей планеты в 4,54 миллиарда лет. Однако изучая косвенные подсказки — химические и структурные признаки горных пород, окаменелостей и кристаллов, океанских отложений, окаменелых рифов, годичных колец и ледяных кернов, — ученые могут делать выводы о прошлых температурах.

Ни одна из этих техник не помогает с очень ранняя Земля . Во время, известное как Гадей (да, потому что оно было похоже на Аид), столкновения Земли с другими крупными планетезималями в нашей молодой Солнечной системе, включая планету размером с Марс, чье столкновение с Землей, вероятно, создало Луну, должны были расплавить и испарить большую часть камень на поверхности. Поскольку ни одна порода на Земле не сохранилась так давно, ученые оценили условия ранней Земли на основе наблюдений за Луной и астрономических моделей. После столкновения, породившего Луну, температура планеты оценивалась примерно в 2300 Кельвинов (3680°F).

Как могло выглядеть столкновение, породившее Луну Земли. Столкновения между Землей и каменистыми обломками в ранней Солнечной системе должны были поддерживать расплавленную поверхность и высокие температуры поверхности. Изображение предоставлено НАСА.

Даже после того, как столкновения прекратились, и у планеты были десятки миллионов лет, чтобы остыть, температура поверхности, вероятно, превышала 400° по Фаренгейту. Кристаллы циркона из Австралии, которые всего на 150 миллионов лет моложе самой Земли, намекают на то, что наша планета могла охлаждаться быстрее, чем считали ученые. Тем не менее, в своем младенчестве Земля испытывала температуры намного выше, чем мы, люди, могли бы выжить.

Но предположим, что мы исключаем жестокие и палящие годы, когда Земля впервые сформировалась. Когда еще на поверхности Земли было душно?

Размораживание морозильной камеры

Между 600 и 800 миллионами лет назад — период времени, который геологи называют неопротерозоем — данные свидетельствуют о том, что Земля пережила такой холодный ледниковый период, что ледяные щиты не только покрыли полярные широты, но, возможно, расширили все путь к уровню моря вблизи экватора. Отражая все больше солнечного света обратно в космос по мере своего расширения, ледяные щиты охлаждали климат и усиливали собственный рост. Очевидно, что Земля не застряла в морозилке, так как планета оттаяла?

Геологическая история Земли с момента ее образования 4,6 миллиарда лет назад, разделенная на эоны и периоды и показывающая окаменелости, типичные для данного периода. Окаменелости раскрывают не только древние растения и животных, но и древний климат. Работа © Ray Troll, 2010. Используется с разрешения.

Несмотря на то, что ледяные щиты покрывали все большую и большую часть поверхности Земли, тектонические плиты продолжали дрейфовать и сталкиваться, поэтому продолжалась и вулканическая активность. Вулканы выделяют парниковый газ углекислый газ. В нашем нынешнем мире, в основном свободном ото льда, естественное выветривание силикатных пород дождевыми дождями поглощает углекислый газ в течение геологических временных масштабов. В холодных условиях неопротерозоя осадки стали редкостью. Из-за того, что вулканы выбрасывают углекислый газ, а осадков выпадает мало или совсем нет, чтобы выветрить горные породы и поглотить парниковый газ, температура поднялась.

Какие доказательства есть у ученых, что все это на самом деле произошло около 700 миллионов лет назад? Одним из лучших доказательств являются «покровные карбонаты», залегающие непосредственно над ледниковыми отложениями неопротерозойского возраста. Покровные карбонаты — слои богатых кальцием пород, таких как известняк, — образуются только в теплой воде.

Скальное образование в Намибии, представляющее тип горной породы, которая образуется только в теплой воде (шапочный доломит), лежащий непосредственно над смешанной осадочной породой, датируемой 635 миллионов лет назад, которая обычно встречается на краю ледников (диамиктит). . Изображение с обучающих слайдов доступно на сайте SnowballEarth.org.

Тот факт, что эти толстые, богатые кальцием слои горных пород располагались непосредственно поверх отложений горных пород, оставленных отступающими ледниками, указывает на то, что температура значительно повысилась ближе к концу неопротерозоя, возможно, достигнув среднего глобального значения выше 90 ° по Фаренгейту. (Сегодняшнее глобальное среднее значение ниже 60°F.)

Тропическая Арктика

В рамках проекта Смитсоновского института была предпринята попытка реконструировать температуры для фанерозойского эона, или примерно последних полумиллиарда лет. Предварительные результаты, опубликованные в 2019 годупоказали, что большую часть этого времени преобладали высокие температуры, при этом глобальные температуры неоднократно поднимались выше 80 ° F и даже 90 ° F — слишком тепло для ледяных щитов или многолетнего морского льда. Около 250 миллионов лет назад вокруг экватора суперконтинента Пангея было слишком жарко даже для торфяных болот!

Предварительные результаты проекта Смитсоновского института под руководством Скотта Уинга и Пола Хубера, показывающие среднюю температуру поверхности Земли за последние 500 миллионов лет. Большую часть времени глобальные температуры были слишком высокими (красные участки линии) для постоянных ледяных шапок. Исключением являются самые последние 50 миллионов лет. Изображение адаптировано из Смитсоновского национального музея естественной истории.

Геологи и палеонтологи обнаружили, что за последние 100 миллионов лет глобальные температуры дважды достигали максимума. Один всплеск был горячей оранжереей мелового периода примерно 92 миллиона лет назад, примерно за 25 миллионов лет до того, как вымерли последние динозавры Земли. Широко распространенная вулканическая активность могла увеличить содержание углекислого газа в атмосфере. Температура была настолько высока, что шампсозавры (крокодилоподобные рептилии) жили далеко на севере, вплоть до канадской Арктики, а теплые леса процветали вблизи Южного полюса.

Другим тепличным периодом был палеоцен-эоценовый тепловой максимум (ПЭТМ) около 55-56 миллионов лет назад. Хотя не так жарко, как в теплице мелового периода, ПЭТМ привела к быстрому повышению температуры. На протяжении большей части палеоцена и раннего эоцена на полюсах не было ледяных шапок, а пальмы и крокодилы жили за Полярным кругом.

Примерно во время палеоцен-эоценового термического максимума большая часть континентальной части США имела субтропическую среду. Эта ископаемая пальма находится в Национальном памятнике Фоссил Бьютт, штат Вайоминг. Изображение предоставлено Службой национальных парков США.

Во время PETM глобальная средняя температура, по-видимому, повысилась на целых 5-8°C (9-14°F) до средней температуры 73°F. (Опять же, сегодняшнее глобальное среднее значение составляет 60 ° F.) Примерно в то же время палеоклиматические данные, такие как окаменевший фитопланктон и океанские отложения, фиксируют массовый выброс углекислого газа в атмосферу, по крайней мере вдвое или, возможно, даже в четыре раза превышающий фоновые концентрации.

Глобальные температуры поверхности в целом были высокими на протяжении палеоцена и эоцена, с особенно теплым пиком на границе между двумя геологическими эпохами около 56 миллионов лет назад. Температуры в далеком прошлом выводятся из косвенных показателей, в данном случае из соотношений изотопов кислорода в ископаемых фораминиферах, одноклеточных морских организмах. «Q» относится к четвертичному периоду. Графика создана с использованием данных Захоса и Хансена при содействии доктора Кэрри Моррилл, директора Всемирной службы данных по палеоклиматологии.

До сих пор неясно, откуда взялся весь углекислый газ и какова была точная последовательность событий. Ученые учитывали высыхание больших внутренних морей, вулканическую активность, таяние вечной мерзлоты, выделение метана из нагревающихся океанских отложений, огромные лесные пожары и даже — вкратце — комету.

Как ничто из того, что мы когда-либо видели

Самые жаркие периоды Земли — гадейский период, поздний неопротерозой, меловой горячий парниковый период, PETM — существовали до того, как появились люди. Тот древний климат был бы не похож ни на что, что наш вид когда-либо видел.

Современная человеческая цивилизация с ее постоянным сельским хозяйством и поселениями развилась всего за последние 10 000 лет или около того. Этот период обычно характеризовался низкими температурами и относительной глобальной (если не региональной) стабильностью климата. По сравнению с большей частью истории Земли сегодня необычно холодно; сейчас мы живем в то, что геологи называют межледниковьем — периодом между оледенениями ледникового периода. Но поскольку выбросы парниковых газов нагревают климат Земли, возможно, наша планета пережила последнее оледенение за долгое время.

Ссылки

Британская геологическая служба. Последствия изменения климата. По состоянию на 7 февраля 2022 г.

Энгбер, Д. (2012, 5 июля). Что самое горячее, что когда-либо было на Земле? (2018). Раннекембрийский оранжерейный климат. Научные достижения , 4(5), easar5690.

Хоффман, П.Ф. (2009). Земля-снежок. По состоянию на 4 февраля 2014 г.

Хоффман П.Ф., Шраг Д.П. (2002). Гипотеза Земли-снежного кома: проверка пределов глобальных изменений. Терра Нова. 14(3), 129-155.

Хубер, Б.Т., Маклауд, К.Г., Уоткинс, Д.К., Коффин, М.Ф. (2018). Подъем и падение мелового климата горячего парникового периода. Глобальные и планетарные изменения , 167, 1-23.

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК). (2013). Пятый оценочный доклад МГЭИК – Изменение климата, 2013 г.: Физическая научная основа. Резюме для политиков.

Клагес Дж.П., Зальцманн У., Бикерт Т., Хилленбранд С.-Д., Голь К., Кун Г., Богати С.М., Титшак Дж., Мюллер Дж., Фредерихс, Т., Бауэрсакс Т., Эрманн В., ван де Флирдт Т., Перейра П.С., Лартер Р.Д., Ломанн Г., Низгодски И., Уэнцельманн-Небен Г., … Дзиадек Р. (2020). Тропические леса умеренного пояса у Южного полюса во время пика тепла мелового периода. Природа , 580(7801), 81–86.

Линдси, Р. (2006 г., 1 марта). Древние кристаллы предполагают более ранний океан. Земная обсерватория НАСА. По состоянию на 4 февраля 2014 г.

Макинерни, Ф.А., и Винг, С.Л. (2011). Палеоцен-эоценовый тепловой максимум: нарушение углеродного цикла, климата и биосферы с последствиями для будущего. Ежегодный обзор наук о Земле и планетах , 39 (1), 489–516.

Палеоклиматология: как мы можем сделать вывод о прошлом климате? Образовательные ресурсы микробной жизни, Государственный университет Монтаны. По состоянию на 9 июня 2020 г.

Реталлак, Г.Дж. (2013). Пермский и триасовый парниковые кризисы. Исследования Гондваны , 24(1), 90-103.

Ройер, Д.Л., Бернер, Р.А., Монтаньес, И.П., Табор, Нью-Джерси, Берлинг, Д.Л. (2004). CO ₂ как основная движущая сила фанерозойского климата. GSA Today, 14 (3), 4-10.

Scientific American Frontiers. (2000, 19 декабря). Глубокая заморозка. [www.pbs.org/saf/1103/features/deepfreeze.htm]. По состоянию на 4 февраля 2014 г.

Sleep, NH (2010). Гадейско-архейская среда. Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии , 2 (6). doi: 10.1101/cshperspect.a002527

Сун, Ю., Иоахимски, М.М., Вигналл, П.Б., Ян, К., Чен, Ю., Цзян, Х., Ван, Л., Лай, X. (2012). Смертельно высокие температуры во время ранней триасовой оранжереи. Наука , 338(6105), 366-370.

Земной палеоклимат. Эоценовые широтные градиенты. [paleoclimate.stanford.edu/research/eocene-latitudinal-gradients] Школа наук о Земле Стэнфордского университета. По состоянию на 4 февраля 2014 г.

Музей палеонтологии Калифорнийского университета. Архейский эон и гадейская и эоценовая эпохи. По состоянию на 4 февраля 2014 г.

Воосен, П. (2019). Проект прослеживает 500 миллионов лет климата американских горок. Наука , 364(6442), 716-717.

Изменение климата: глобальная температура | NOAA Climate.gov

90 002 Годовая температура поверхности по сравнению со средним значением 20 90 129 го 90 130 века за период 1880–2022 гг. Синие столбики указывают на более прохладные годы, чем в среднем; красные столбцы показывают более теплые, чем в среднем, годы. График NOAA Climate.gov, основанный на данных Национальных центров экологической информации.

Учитывая огромные размеры и теплоемкость мировых океанов, для повышения среднегодовой температуры поверхности Земли даже на небольшую величину требуется огромное количество тепловой энергии. Увеличение средней глобальной температуры поверхности примерно на 2 градуса по Фаренгейту (1 градус Цельсия), которое произошло с доиндустриальной эпохи (1880-1900 гг. ), может показаться небольшим, но оно означает значительное увеличение накопленного тепла.

Это дополнительное тепло приводит к региональным и сезонным экстремальным температурам, уменьшению снежного покрова и морского льда, усилению проливных дождей и изменению ареалов обитания растений и животных — увеличению одних и сокращению других. Как показано на карте ниже, большинство участков суши нагреваются быстрее, чем большинство районов океана, а Арктика нагревается быстрее, чем большинство других регионов.

Тенденции глобальной средней приземной температуры в период с 1993 по 2022 год в градусах по Фаренгейту за десятилетие. Большая часть планеты нагревается (желтый, оранжевый, красный). Только несколько мест, большинство из них в океанах Южного полушария, охладились за этот период времени. Карта NOAA Climate.gov, основанная на данных Центров экологической информации NOAA.

О температуре поверхности

Понятие средней температуры для всего земного шара может показаться странным. В конце концов, в этот самый момент самые высокие и самые низкие температуры на Земле, вероятно, отличаются друг от друга более чем на 100 ° F (55 ° C). Температуры меняются от ночи к дню и между сезонными экстремальными значениями в Северном и Южном полушариях. Это означает, что в одних частях Земли довольно холодно, а в других совершенно жарко. Поэтому говорить о «средней» температуре может показаться чепухой. Однако концепция глобальной средней температуры удобна для обнаружения и отслеживания изменений в энергетическом балансе Земли — сколько солнечного света поглощает Земля за вычетом того, сколько он излучает в космос в виде тепла — с течением времени.

Чтобы рассчитать глобальную среднюю температуру, ученые начинают с измерений температуры, сделанных в разных точках земного шара. Поскольку их целью является отслеживание изменений температуры, измерения преобразуются из абсолютных показаний температуры в температурные аномалии — разницу между наблюдаемой температурой и долгосрочной средней температурой для каждого места и даты. Несколько независимых исследовательских групп по всему миру проводят собственный анализ данных о температуре поверхности, и все они показывают одинаковую тенденцию к росту.

В труднодоступных районах, где мало измерений, ученые используют температуру окружающей среды и другую информацию для оценки отсутствующих значений. Каждое значение затем используется для расчета глобальной средней температуры. Этот процесс обеспечивает последовательный и надежный метод мониторинга изменений температуры поверхности Земли с течением времени. Узнайте больше о том, как строится глобальный рекорд приземной температуры, в нашем учебнике по климатическим данным.

Глобальная температура в 2022 г.

Согласно Докладу о глобальном климате за 2022 г. Национального центра экологической информации NOAA, каждый месяц 2022 г. входит в десятку самых теплых за этот месяц, несмотря на охлаждающее влияние климатической модели Ла-Нинья в тропической части Тихого океана. . Самым «холодным» месяцем был ноябрь, который был на 1,35 ˚F (0,75 ˚C) теплее, чем в среднем.

( карта ) Глобальная средняя приземная температура в 2022 году по сравнению со средним значением за 1991-2020 годы, при этом места, которые были теплее, чем в среднем, окрашены в красный цвет, а места, которые были холоднее, чем в среднем, окрашены в синий цвет. ( graph ) Столбцы на графике показывают глобальные температуры по сравнению со средними значениями 20 веков с 2022 (справа) до 1976 года (слева) – в последний год мир был холоднее среднего. Изображение NOAA Climate.gov, основанное на данных Национального центра экологической информации NOAA.

По данным NCEI,

2022 год стал шестым самым теплым годом с момента начала глобальных наблюдений в 1880 году, когда температура на 0,86°C (1,55°F) превышала среднюю температуру 20-го века, составляющую 13,9°C (57,0°F). Это значение на 0,13°C (0,23°F) меньше, чем рекорд, установленный в 2016 году, и всего на 0,02°C (0,04°F) выше, чем прошлогоднее (2021 г. ) значение, которое сейчас занимает седьмое место. Все 10 самых теплых лет за 143-летний период произошли с 2010 года, а последние девять лет (2014–2022 годы) считаются девятью самыми теплыми годами за всю историю наблюдений.

Для получения более подробной информации по регионам и климатической статистики за 2022 год см. Доклад о глобальном климате за 2022 год, подготовленный Национальными центрами экологической информации NOAA.

Изменение глобальной температуры в прошлом и будущем

Хотя потепление не было равномерным по всей планете, тенденция к повышению средней глобальной температуры показывает, что больше областей нагревается, чем охлаждается. Согласно Ежегодному климатическому отчету NOAA за 2021 год, с 1880 года совокупная температура суши и океана увеличивалась в среднем на 0,14 градуса по Фаренгейту (0,08 градуса по Цельсию) за десятилетие; однако средний темп роста с 1981 был более чем в два раза быстрее: 0,32 ° F (0,18 ° C) за десятилетие.

Степень потепления Земли в будущем зависит от того, сколько углекислого газа и других парниковых газов мы выбрасываем в ближайшие десятилетия. Сегодня наша деятельность — сжигание ископаемого топлива и вырубка лесов — ежегодно добавляет в атмосферу около 11 миллиардов метрических тонн углерода (что эквивалентно немногим более 40 миллиардам метрических тонн углекислого газа). Поскольку это больше углерода, чем могут удалить естественные процессы, количество углекислого газа в атмосфере увеличивается с каждым годом.

( оставил ) Гипотетические пути выбросов углерода («репрезентативные пути концентрации» или RCP) в двадцать первом веке, основанные на различных возможных энергетических политиках и моделях экономического роста. ( справа ) Прогнозируемое повышение температуры по сравнению со средним значением за 1901–1960 годы в зависимости от того, какой RCP мы в конечном итоге будем придерживаться. Изображение Кэтрин Хейхо из Специального доклада по науке о климате 2017 г. , подготовленного Программой исследования глобальных изменений США.

Согласно специальному отчету США по климатологии за 2017 год, если ежегодные выбросы будут продолжать быстро расти, как это происходит с 2000 года, модели предсказывают, что к концу этого века глобальная температура будет как минимум на 5 градусов по Фаренгейту выше, чем в 1901-1960 годах. среднем и, возможно, на целых 10,2 градуса теплее. Если ежегодные выбросы будут увеличиваться медленнее и начнут значительно снижаться к 2050 году, по прогнозам моделей температура все равно будет как минимум на 2,4 градуса выше, чем в первой половине 20 9 года.0129-й 90-й 130-й век, а возможно и до 5,9 градусов теплее.

Ссылки

Национальные центры экологической информации NOAA (2023). Состояние климата: Доклад о глобальном климате за 2022 г. По состоянию на 18 января 2023 г., https://www.ncei.noaa.gov/access/monitoring/monthly-report/global/202213.

МГЭИК, 2013 г.: Резюме для политиков. В: Изменение климата 2013: Основы физических наук.