Колебания земной орбиты

Изменение солнечной активности

Смещение тектонических плит

Естественные причины

Спасибо за внимание!

Изменение климата всегда происходило в результате естественных процессов, таких как смещение тектонических плит, вулканическая активность, взаимодействия суши, Мирового океана и атмосферы, а также изменение солнечной активности.

Изменение формы континентов и их смещение, формирование горных массивов и океанических течений влияет на климат. В целом это определяет физический облик Земли.

По мере старения Солнца, оно становится ярче и излучает больше энергии. Однако за небольшие промежутки времени интенсивность солнечного излучения изменяется циклически. Считается, что изменение солнечной активности послужило причиной Малого ледникового периода – периода похолодания в Северном полушарии, случившегося в 16 – 19 веках.

Изменение расположения Земли относительно Солнца – это основной естественный фактор, формирующий климат Земли. Изменения как в орбите вращения Земли вокруг Солнца, так и наклона земной оси вращения происходят в соответствии с фиксированными циклами, которые связаны межу собой и воздействуют на климат Земли. Определяя, когда и сколько солнечного света достигает обоих полушарий, эти циклические изменения влияют на суровость времен года и могут вызвать резкие изменения температуры.

Вулканы могут выбрасывать огромное количество золы, сажи, пыли и газов в атмосферу. В результате одного крупного извержения вулкана (такого как Пинатубо на Филиппинах в 1991 году) в атмосферу может попасть количество материала достаточное для охлаждения всей планеты на 1ᵒC на целый год. За более длительный промежуток времени извержения вулканов в мире вызывают потепление климата, выбрасывая в атмосферу от 100 до 300 миллионов тонн углерода в год, но это составляет менее 10% количества выбросов, обусловленных сжиганием ископаемого топлива.

Деятельность человека (Антропогенные причины)

В последние годы повышение уровня парниковых газов в атмосфере определяется учеными как основная причина глобального потепления. Средняя температура воздуха у поверхности Земли за последний век повысилась приблизительно на 0,8ᵒC. Предполагается, что за следующие сто лет температура может повыситься еще на 3-6ᵒC. Скорость этого изменения такова, что многие экосистемы Земли не смогут к ним приспособиться. Действительно, многие виды, особенно в тропических и полярных регионах, уже подверглись резким изменениям.

Различные газы, известные как парниковые, способствуют глобальному потеплению и изменению климата. Четыре, наиболее важных из них, – углекислый газ (CO 2), метан (CH 4), закись азота (N 2 O) и водяной пар. Концентрация этих газов оставалась относительно стабильной до промышленной революции, но с тех пор в результате деятельности человека она резко возросла.

Основные антропогенные причины - это потребление ископаемых видов топлива, некоторые промышленные процессы, изменение в землепользовании и управление отходам.

Вулканы, отдельные возвышенности над каналами и трещинами земной коры, по которым из глубинных магматических очагов выводятся на поверхность продукты извержения. Вулканы обычно имеют форму конуса с вершинным кратером (глубиной от нескольких до сотен метров и диаметром до 1,5 км). Во время извержений иногда происходит обрушение вулканического сооружения с образованием кальдеры - крупной впадины диаметром до 16 км и глубиной до 1000 м. При подъеме магмы внешнее давление ослабевает, связанные с ней газы и жидкие продукты вырываются на поверхность и происходит извержение вулкана. Если на поверхность выносятся древние горные породы, а не магма, и среди газов преобладает водяной пар, образовавшийся при нагревании подземных вод, то такое извержение называют фреатическим.

К действующим относятся вулканы, извергавшиеся в историческое время или проявлявшие другие признаки активности (выброс газов и пара и проч.). Некоторые ученые считают действующими те вулканы, о которых достоверно известно, что они извергались в течение последних 10 тыс. лет. Например, к действующим следовало относить вулкан Ареналь в Коста-Рике, поскольку при археологических раскопках стоянки первобытного человека в этом районе был обнаружен вулканический пепел, хотя впервые на памяти людей его извержение произошло в 1968, а до этого никаких признаков активности не проявлялось.

Вулканы известны не только на Земле. На снимках, сделанных с космических аппаратов, обнаружены огромные древние кратеры на Марсе и множество действующих вулканов на Ио, спутнике Юпитера.

Распространение вулканической активности

Распределение вулканов по поверхности земного шара лучше всего объясняется теорией тектоники плит, согласно которой поверхность Земли состоит из мозаики подвижных литосферных плит. При их встречном движении происходит столкновение, и одна из плит погружается (поддвигается) под другую в т.н. зоне субдукции, к которой приурочены эпицентры землетрясений. Если плиты раздвигаются, между ними образуется рифтовая зона. Проявления вулканизма связаны с этими двумя ситуациями.

Вулканы зоны субдукции располагаются по границе подвигающихся плит. Известно, что океанские плиты, образующие дно Тихого океана, погружаются под материки и островные дуги. Области субдукции отмечены в рельефе дна океанов глубоководными желобами, параллельными берегу. Полагают, что в зонах погружения плит на глубинах 100-150 км формируется магма, при поднятии которой к поверхности происходит извержение вулканов. Поскольку угол погружения плиты часто близок к 45°, вулканы располагаются между сушей и глубоководным желобом примерно на расстоянии 100-150 км от оси последнего и в плане образуют вулканическую дугу, повторяющую очертания желоба и береговой линии. Иногда говорят об «огненном кольце» вулканов вокруг Тихого океана. Однако это кольцо прерывисто (как, например, в районе центральной и южной Калифорнии), т.к. субдукция происходит не повсеместно.

Вулканы рифтовых зон существуют в осевой части Срединно-Атлантического хребта и вдоль Восточно-Африканской системы разломов.

Есть вулканы, связанные с «горячими точками», располагающимися внутри плит в местах подъема к поверхности мантийных струй (богатой газами раскаленной магмы), например, вулканы Гавайских о-вов. Как полагают, цепь этих островов, вытянутая в западном направлении, образовалась в процессе дрейфа на запад Тихоокеанской плиты при движении над «горячей точкой».

Сейчас эта «горячая точка» расположена под действующими вулканами о.Гавайи. По направлению к западу от этого острова возраст вулканов постепенно увеличивается.

Тектоника плит определяет не только местоположение вулканов, но и тип вулканической деятельности. Гавайский тип извержений преобладает в районах «горячих точек» (вулкан Фурнез на о.Реюньон) и в рифтовых зонах. Плинианский, пелейский и вулканский типы характерны для зон субдукции. Известны и исключения, например, стромболианский тип наблюдается в различных геодинамических условиях.

Вулканическая активность: повторяемость и пространственные закономерности.

Ежегодно извергается приблизительно 60 вулканов, причем и в предшествовавший год происходило извержение примерно трети из них. Имеются сведения о 627 вулканах, извергавшихся за последние 10 тыс. лет, и о 530 - в историческое время, причем 80% из них приурочены к зонам субдукции. Наибольшая вулканическая активность наблюдается в Камчатском и Центрально-Американском регионах, более спокойны зоны Каскадного хребта, Южных Сандвичевых о-вов и южного Чили.

Вулканы и климат . Полагают, что после извержений вулканов средняя температура атмосферы Земли понижается на несколько градусов за счет выброса мельчайших частиц (менее 0,001 мм) в виде аэрозолей и вулканической пыли (при этом сульфатные аэрозоли и тонкая пыль при извержениях попадают в стратосферу) и сохраняется таковой в течение 1-2 лет. По всей вероятности, такое понижение температуры наблюдалось после извержения вулкана Агунг на о.Бали (Индонезия) в 1962.

На планете Земля, свидетельствующая о продолжающихся процессах внутри земной коры, проявляется ежедневно и по разному. Во время своих путешествий мы посетили ряд активных и потухших вулканов по всему свету, а также побывали в Национальном парке Йеллоустоун в , расположенном в кратере супервулкана, где сегодня находится множество активных геотермальных источников и гейзеров. Все эти места объединяет то, что активные процессы, происходящие в земной коре сегодня или сотни миллионов лет назад, влияли и продолжают влиять на нашу планету и климат на ней. Они являются причиной изменений флоры и фауны, а также катализатором эволюции. Давайте попробуем вкратце разобраться, что причиняет нашей планете вулканическая активность, а также какие поствулканические явления происходят после извержений.

Вулканы сами по себе не так опасны, как мы привыкли думать. Надо опасаться в первую очередь возникающих разнообразных сопутствующих явлений при извержениях вулканов :

• Вулканические явления — происходят одновременно с извержениями вулканов.
  • Каменные лавины — образуются при вертикально направленных взрывах и содержат в себе обломки предыдущих и свежеизлившихся лав.
  • Палящие тучи — имеют разное происхождение, имеют высокую подвижность (до 90 км/ч) из-за раскаленных газов (до 900 градусов), выделяемых пепловыми частицами. Они способны спалить за короткий срок все то, что попадется им на пути.
  • Грязевые и водные потоки образуются при быстром таянии снежных шапок и ледников на склонах вулканов при их извержении.

• Поствулканические явления — возникают и происходят после того, как вулканическая активность стихает, и связаны с выделением вулканических газов, многочисленных газопаровых струй и горячей воды с перегретым паром.
  • Выход вулканических газов — фумаролы . Они бывают сухие высокотемпературные (более 500 градусов), сернистые (сероводородные) — сольфатары (температура от 100 до 300 градусов) и холодные углекисые — мофеты (температура ниже 100 градусов)
  • Термы — подземные источники горячих вод в областях вулканизма. Воды в них минерализованы разными примесями: хлоридные, карбонатные, сульфатные, смешанные. Часто вокруг таких источников происходят отложения кремнистых или известковых туфов. Термы распространены на Камчатке, в Исландии, Прибайкайле, на Кавказе и в Италии.
  • Гейзеры — это горячие источники, состоящие из воды и пара, которые периодически выбрасывают вверх на высоту до сотен метров воду с перегретым паром. Самые известные долины гейзеров расположены на Камчатке, в Новой Зеландии, в Исландии, в США и Японии. Гейзеры обычно находятся в зонах разломов земной коры. Вода в них содержит примеси хлорида натрия с минерализацией около 2,5 грамм на литр и характеризуется разнообразным составом. Горячая вода, извергаясь из гейзера под воздействием пара, выносит большое количество растворенных минералов — в основном окись кремния, которые откладываются на стенках гейзера и вокруг его отводного канала — жерла, образуя трубку в виде воронки на поверхности Земли. Образующиеся при этом отложения формируют террасы вокруг гейзера в форме натеков или крупных конусов — гейзеритовых построек.
  • Грязевые вулканы — конусообразные холмы разного диаметра и высоты, образованные рыхлыми отложениями. Из-за накопления газов и перегретого водяного пара, поступающих снизу по трещинам земной коры происходит извержение жидкой грязи. Если грязь настолько жидкая, что она не может со временем застыть, а новые извержения лишь поддерживают процесс грязеобразрвания и перемешивания, то в результате образуется грязевый котел.

Из-за своей непредсказуемости сильно влияет на процессы привычной жизни на земле. Всем хорошо известны примеры вытекания вулканической лавы и ее губительные свойства для всего живого вокруг. Также мы не понаслышке знаем о том, что творится с атмосферой, когда тучи пепла поднимаются в воздух, сразу вспоминается извержение вулкана Эйяфьядлайёкудл в Исландии, остановившее авиасообщение со многими странами на несколько недель, в результате чего возник настоящий транспортный коллапс в Европе.

• Интересный факт: мало кто знает, что острова образовались на месте вулканической активности, большая их часть является вулканического происхождения и они расположены на вершинах древних подводных вулканов.

Также, помимо самого известного вулканического явления — извержения вулкана, есть и менее известные вулканические и поствулканические явления, встречающиеся в нашей жизни. Речь идет о грязевых потоках, геотермальных источниках, термах и гейзерах. О них я расскажу подробнее.

Такие места обычно производят самое большое впечатление в путешествии, ведь они отличаются всем от привычных пейзажей. Они просто иные для восприятия, и тем ценен опыт личного с ними знакомства. Поэтому мы рады, что некоторые из долин гейзеров мы посетили лично, а другие планируем когда-нибудь увидеть! А теперь мы расскажем о вулканической активности и поствулканических явлениях подробнее и проиллюстрируем их фотографиями из наших путешествий.

Грязевой вулкан на высоте в 4300 метров на высокогорном плато в Боливии

Фумарола — выход вулканических газов на поверхность земли

На боливийской части Альтиплано так холодно, что вода замерзает на небольшом расстоянии от геотермального источника

Грязевые потоки сходят со слонов действующих вулканов и содержат в себе большое количество рыхлых обломков горных пород, покрывающих эти склоны. Большинство вулканических грязевых потоков холодные, но бывают и горячие.

Грязевый поток возникает в случае, если большая масса воды тем или иным образом попадает на покрытый слоем обломков склон вулкана. Это может быть результатом извержения гейзера или по какой-либо иной причине, например при внезапном выбросе воды из кратерного озера. Самое большое из таких озер находится в штате Орегон — . Его объем составляет около 17,5 кубических километров, а по глубине он является первым в США — 594 метра. Если под таким озером произойдет взрыв и часть воды выплеснется на склон через трещину в кратере, либо поднявшись выше верхней кромки вулканической воронки, то это вызовет сильнейший грязевый поток.

Факты о грязевых потоках

• При исследовании в штате Вашингтон США было обнаружено, что имеющиеся вокруг него отложения оставлены в том числе доисторическими грязевыми потоками, образовавшимися в результате разбрызгивания лавы из-за быстрого увеличения объема талой воды со склонов вулканической воронки, когда лавовые потоки начали двигаться по склону и соприкоснулись с ледником. Грязевые потоки, образовавшиеся в результате извержения вулкана Рейнир, одни из самых огромных из исследованных во всем мире и их объем достигает 2 миллиардов кубических метров!
• Некоторые из грязевых потоков образуются в результате того, что лавина или пепловые потоки смешиваются с горными реками. В результате эксплозии пара происходит разрушение поверхностного слоя и образуется грязевый поток.
• Грязь также может образоваться при выбросе пепла в атмосферу и ее соприкосновении с дождевыми тучами. В результате выпадающие осадки покрывают растительность настолько толстым слоем, что ломаются ветви деревьев, а слабо укрепленная почва подвергается подвижкам.
• Обломочный материал, который наносится грязевыми вулканическими потоками, при остывании и высыхании отвердевает подобно бетону.
• Большинство грязевых вулканических потоков содержит значительную долю мелких частиц, но в них встречаются и крупные глыбы размером более 35 сантиметров, которые достигают порой нескольких метров.

Геотермальные источники

Под землей, глубоко и не очень, залегают подземные воды. Из запас настолько большой, что говорить об их объеме не имеет смысла. Являясь частью верхнего слоя земной коры, подземные воды в твердом, жидком и газообразном состоянии выполняют разные важные функции и формируют почвенные воды, водоносные слои и межпластовые горизонты. Нагретые в земной коре в результате современной вулканической активности, движения земной коры или соприкосновения с магматическим слоем, подземные воды иногда выходят на поверхность. Явление поднимающейся из недр земли на поверхность воды с температурой выше 20 градусов получило название «геотермальный источник». При этом температура воды должна превышать среднегодовую температуру, характерную для данной местности, чтобы имел место факт нагрева воды не в атмосфере, а под землей.

Геотермальные воды

Помимо геотермальных источников, состоящих из воды, нагретой в земной коре в результате вулканической активности, отдельно выделяют геотермальные воды. Давайте разберемся, что же это такое.

Существует классификация подземных вод, согласно которой вода, температура которой превышает 35 градусов, называется геотермальной. Находятся эти воды в разных местах на нашей планете, которые объединены признаками проявления современного вулканизма, новейшего горообразования или в крупных разломах земной коры. Разделяются следующие типы геотермальных вод :

• Слаботермальные (температура от 35 до 40 °C);
• Термальные (температура от 40 до 60 °C);
• Высокотермальные (температура от 60 до 100 °C);
• Паротермальные или перегретые (температура выше 100 °C).

Высокотермальные воды на севера Таиланда в городе Пай. Температура воды здесь около 80 градусов

По использованию в хозяйстве геотермальные воды подразделяются на:

• Низкопотенциальные (от 35 до 70 °C) — для курортного водоснабжения, рыболовства и использования в плавательных бассейнах;
• Средние (от 70 до 100 °C) — для подогрева полотна дорог, аэродромов и использования в целях обогрева зданий и сооружений;
• Высокопотенциальные (от 100 до 300 °C) — для использования на геотермальной станции с целью выработки электроэнергии.

Термы — горячие источники

Термы, или горячие источники, используются с давних времен для лечения различных болезней, оздоровления организма и профилактики различных заболеваний. Полежать в теплой или умеренно горячей минеральной ванне весьма приятно, вот только сернистый запах немного портит впечатление. Но чего только не вытерпишь ради укрепления здоровья!

Кстати, раздел медицины, который занимается изучением влияния геотермальных вод на организм человека, называется бальнеология .

Выходящие на поверхность воды из термальных минеральных источников в бальнеологии делят на:

• Теплые (от 20 до 37 °C) — подогретая вода, при долгом нахождении в которой человек начинает мерзнуть;
• Термальные (от 37 до 42 °C) — наиболее подходящая температура для человеческого организма;
• Гипертермальные (выше 42 °C) — организм человека не способен долго выдерживать такую температуру.

Термы в городке Пай на севере Таиланда. Температура здесь от 36 до 40 градусов

Туристы греются в термальных водах на высокогорном плато Альтиплано в Боливии. Снаружи — очень холодно! А в воде — тепло!

Гейзеры

Название «гейзер » происходит от исландского слова «geysa», что в переводе буквально означает «хлынуть». Гейзер представляет собой столб горячей воды, бьющий из земли в атмосферу на высоту от десятков сантиметров до сотен метров под напором пара, образовавшегося при магматическом перегреве подземных вод. Гейзеры существуют в местности с вулканической активностью. Долины гейзеров образуются недалеко от вулканов или в районах вулканической активности, где горячая магма подходит близко к поверхности Земли. Подземные воды рядом с вулканами содержат примеси множества минералов. В результате парообразования часть воды испаряется, а примеси оседают, образуя твердое дно бассейна вокруг гейзера.

Виды гейзеров:

• Маленькие (выбрасывают фонтаны воды каждые несколько минут, так как для нагрева и образования достаточного для извержения гейзера пара требуется не очень много времени);
• Большие (извергают столб воды гораздо реже, время повторения зависит от глубины залегания пятна контакта магмы и воды).

Например, Гейзер-великан из Долины гейзеров на полуострове Камчатка в России выбрасывает фонтан воды с перегретым паром раз в 40 минут, и его высота достигает нескольких десятков метров. А (Олд Фейтфул — Old Faithful) в в штате Вайоминг США извергается раз в 65 или 90 минут (это зависит от предыдущих извержений) на высоту от 30 до 50 метров, выбрасывая в атмосферу от 14 до 32 тонн горячей воды!

Самый знаменитый гейзер в мире — Старый служака (Олд Фейтфул) в национальном парке Йеллоустоун в США

Факты о гейзерах

• Самый большой известный гейзер в мире — Уаймангу был в Новой Зеландии в 1899-1904 годах и извергался на высоту более 400 метров, выбрасывая при этом около 800 тонн горячей воды! Но он прекратил свое существование из-за минеральных отложений, которые не только формируют дно бассейна гейзера, но и образуют на поверхности трубку, со стенками вдоль извергающегося столба воды с перегретым паром. Таким образом увеличивается глубина гейзера, а давление водяного столба на дно становится настолько высоким, что процесс кипячения и парообразования замедляется и в итоге силы перегретого пара уже не хватает на извержение.
• На Камчатке в 1941 году была открыта Долина гейзеров (количеством более 100, из которых 20 — крупные).
• В национальном парке Йеллоустоун в США находится многочисленное скопление гейзеров разных видов, в том числе там расположен самый высокий современный гейзер, называемый Пароход (Стимбот — Steamboat). Высота его фонтана варьируется от 90 до 120 метров в высоту.
• Гейзеры бывают регулярные и нерегулярные. Отличаются они друг от друга тем, что у первых установился постоянный цикл извержений, а у вторых — он изменчив во времени.
• Основная масса воды, выбрасываемая гейзером на поверхность, атмосферного происхождения, иногда с примесью магматической воды.
• Известные крупные долины гейзеров находятся на Камчатке в России (Долина Гейзеров), в США (Национальный парк Йеллоустоун), Исландии (Страна гейзеров), Новой Зеландии (северная часть Северного острова), Чили (Высокогорная долина гейзеров Эль Татио на высоте 4200-4300 метров в пустыне Атакама на границе с Боливией), а также имеются одиночные гейзеры в Канаде, Китае, Японии.

Зоны вулканической активности на Земле

Огненное кольцо	Берега и островные дуги Тихого океана. Алеутские, Курильские, Японские, Филиппинские, Зондские острова
Средиземноморско-Индонезийская зона	Берега Италии, Эгейское море, Восточная Турция, Иран
Атлантическая зона	Исландия, Канарские острова. Хребет, проходящий в центре Атлантического океана
Индоокеанская зона	Коморские острова
Вулканы центральных частей материков	Южная Америка - Анды, Африка - Кения, Камерун, Эфиопия, Уганда, Танзания
Вулканы на окраинах материков	Северная Америка, Центральная Америка, в Андах и на западе Южной Америки, Камчатка, Антарктида

Вулканы различаются как по внешнему виду, так и по характеру активности. Некоторые вулканы взрываются, извергая при этом пепел и камни, а также пары воды и различные газы. Этому типу извержения соответствовало извержение горы Сент-Хеленс в Соединенных Штатах Америки в 1980 году. Другие вулканы могут спокойно изливать лаву.

Почему некоторые вулканы взрываются? Представьте, что Вы взбалтываете бутылку с теплой содовой водой. Бутылка может разорваться, выделяя при этом воду и углекислый газ, который растворен в воде. Газы и водяной пар, которые находятся внутри вулкана под давлением, тоже могут взорваться. Самым сильным вулканическим взрывом, когда-либо зарегистрированным в истории человечества, явилось извержение вулкана Кракатау, вулканического острова в проливе между Явой и Суматрой. В 1883 году взрыв был такой силы, что его слышали на расстоянии 3200 километров от места взрыва. Большая часть острова исчезла с лица Земли. Вулканическая пыль окутала всю Землю и находилась в воздухе еще в течение двух лет после взрыва. Образовавшаяся гигантская морская волна унесла жизни более 36 000 человек на близлежащих островах.

Очень часто перед извержением вулканы как бы дают предупреждение. Это предупреждение может быть в виде газов и пара, выделяющихся из вулкана. Местные землетрясения могут указывать на то, что внутри вулкана поднимается магма. Земля вокруг вулкана или на самом вулкане вспучивается, и породы наклоняются под большим углом.

Если извержение вулкана происходило в недалеком прошлом, такой вулкан считается действующим или активным. Спящий вулкан - это такой, который извергался в прошлом, но уже не действует в течение многих лет. Потухший вулкан - это такой, извержение которого не предвидится. Большинство вулканов на Гавайских островах считаются потухшими.