On the causes of cyclical climate changes

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

Cyclical climate changes in the Earth’s history are explained by cyclical inflows of greenhouse gases into the atmosphere.

The main source of heat in the Earth's interior is the spontaneous decay of radioactive elements. An increase in the flow of heat to the surface can be caused by the nuclear chain reactions, forced decay of radioactive elements, including uranium and thorium.

A layer of actinides near a critical thickness can be formed as a result of the deposition of high-melting high-density particles of uranium and thorium oxides from the molten outer core to the solid inner core of the Earth [Mitrofanov et al., 1999]. The upward currents of mass and heat arising during nuclear chain reactions in the Earth's outer liquid core warm up the overlying layers. With the warming of the Earth's crust and the bottom of the oceans, due to the decomposition of gas hydrates, the greenhouse gas methane enters the atmosphere. With heating of the oceans due to positive feedbacks, more and more water vapor and carbon dioxide dissolved in the ocean’s water enter the atmosphere. Climate warming is initiating and accelerating.

With the dispersion of the active layer in the thermal convective flows, the stopping of nuclear reactions and a decrease in the heat flow from the interiors occurs, the methane content in the atmosphere decreases. More and more carbon dioxide is dissolved in the cooling water of the oceans. A cold snap is coming. Actinide particles begin to settle on the Earth's inner core again, with parallel reproduction of easily fissionable isotopes [Anisichkin et al., 2008]:

238U + n → 239U → 239Np → 239Pu → 235U + α      (2.4´104 years)

The duration of climatic cycles is determined by the time of sedimentation of actinide particles. Simulation of the process of the whole sedimentation with critical size of uranium dioxide particles and viscosity of the outer core from 102 Pa s to 109 Pa s leads to a cycle duration of about 130 thousand years, which consistent with the data on climate change over the past 400 000 years obtained from ice cores in Antarctica [Gordienko et al., 1983; Petit et al., 1999; Vimeux et al., 2002].

To start nuclear chain reactions, it is enough to form a layer of actinides of critical thickness, without the sedimentation of all fissile material on the Earth’s solid inner core. But the gradual "burnout" of actinides requires more and more complete sedimentation of actinide particles. Therefore, the duration of cycles should increase over time. Indeed, over the past 400 thousand years, the duration of climatic cycles has increased from approximately 90 to 120 thousand years [Petit et al., 1999; Vimeux et al., 2002].

Approximately 1.5 million years ago, the Earth experienced a radical climate shift. The planet has already entered ice ages and emerged from them every 40 thousand years [Yuzhen et al., 2019; Voosen, 2024; An et al., 2024; Cutts, 2024]. But then the ice ages became more contrasting and longer, with an increasing duration of 90 thousand years to 120 thousand years, and the planet as a whole became colder, which cannot be explained by the changes in the level of insolation – the amount of heat coming from the Sun, Milankovitch cycles, the duration and intensity of which should be relatively constant on the such time scales. Supported nuclear hypothesis explains these rapid climate changes too. Millions of years ago, there were more easily fissile isotopes. It is possible that in the past, two georeactors periodically worked in the Earth’s interiors in different places. Therefore, the climatic cycles were approximately twice as short, less pronounced, and the climate was warmer.

Толық мәтін

##article.viewOnOriginalSite##

Авторлар туралы

V. Anisichkin

Lavrentyev Institute of Hydrodynamics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences.

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: avf@hydro.nsc.ru
Ресей, Novosibirsk

Әдебиет тізімі

  1. An Z., Zhou W., Zhang Z., Zhang X., Liu Z., Sun Y., Clemens S.C., Wu L., Zhao J., Shi Z., Ma X., Yan H., Li G., Cai Y., Yu J., Sun Y., Li S., Zhang Y., Stepanek C., Lohmann G., Dong G., Cheng H., Liu Y., Jin Z., Li T., Hao Y., Lei J., Cai W.l. 2024. Mid-Pleistocene climate transition triggered by Antarctic Ice Sheet growth. Science 385: 560-565.
  2. Anisichkin V.F. 1979. Generalized Shock Adiabats and Zero Isotherms of Elements. Combustion, Explosion, and Shock Waves 15(2): 245-250.
  3. Anisichkin V.F., Bezborodov A.A., Suslov I.R. 2005. Nuclear fission chain reactions of nuclides in the Earth’s core over billions of years. Atomic Energy 98(5): 352-360.
  4. Anisichkin V.F., Bezborodov A.A., Suslov I.R. 2008. Georeactor in the Earth. Transport Theory and Statistical Physics 37(5): 624-633.
  5. Barker S., Starr A., Van der Lubbe J., Doughty A., Knorr G., Conn S., Lordsmith S., Owen L., Nederbragt A., Hemming S., Hall I., Levay L. 2022. IODP Exp. 361 Shipboard Scientific Party. Persistent influence of precession on northern ice sheet variability since the early Pleistocene. Science 376(6596): 961-967.
  6. Бекман И.Н. / Ядерная физика. Курс лекций. Учебное пособие. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. Москва. 2010.
  7. Bellini G., Benziger J., Bick D., Bonfini G., Bravo D., Avanzini M.B., Caccianiga B., Cadonati L., Calaprice F., Cavalcante P., Chavarria A., Chepurnov A., D’Angelo D., Davini S., Derbin A., Empl A., Etenko A., Fiorentini G., Fomenko K., Franco D., Galbiati C., Gazzana S., Ghiano C., Giammarchi M., Goeger-Neff M., Goretti A., Grandi L., Hagner C., Hungerford E., Ianni Aldo, Ianni Andrea, Kobychev V.V., Korablev D., Korga G., Koshio Y., Kryn D., Laubenstein M., Lewke T., Litvinovich E., Loer B., Lombardi P., Lombardi F., Ludhova L., Lukyanchenko G., Machulin I., Manecki S., Maneschg W., Mantovani F., Manuzio G., Meindl Q., Meroni E., Miramonti L., Misiaszek M., Mosteiro P., Muratova V., Oberauer L., Obolensky M., Ortica F., Otis K., Pallavicini M., Papp L., Perasso L., Perasso S., Pocar A., Ranucci G., Razeto A., Re A., Ricci B., Romani A., Rossi N., Sabelnikov A., Saldanha R., Salvo C., Schönert S., Simgen H., Skorokhvatov M., Smirnov O., Sotnikov A., Sukhotin S., Suvorov Y., Tartaglia R., Testera G., Vignaud D., Vogelaar R.B., von Feilitzsch F., Winter J., Wojcik M., Wright A., Wurm M., Xu J., Zaimidoroga O., Zavatarelli S., Zuzel G. 2013. Measurement of geo-neutrinos from 1353 days of Borexino. Physics Letters B 722: 295-300.
  8. Большаков В.А., Федин В.А. Орбитальные факторы воздействия на криосферу Земли (на примере анализа антарктических кернов) // Криосфера земли. 2015 19(2): 87-97
  9. Brazhkin V.V., Lyapin A.G. 2000. Universal viscosity growth in metallic melts at megabar pressures: the vitreous state of the Earth's inner core. Physics-Uspekhi 43(5): 493-509.
  10. Carlson R.W., Boyet M. 2009. Short-lived radionuclides as monitors of early crust-mantle differentiation on the terrestrial planets. Earth and Planetary Science Letters 279: 147-156.
  11. Cutts E. 2024. Oldest ice offers view of Earth before the ice ages. Science 384(6694): 368-369.
  12. Desgranges C., Delhommelle J. 2007. Viscosity of liquid iron under high pressure and high temperature: Equilibrium and nonequilibrium molecular dynamics simulation studies. Physical Review B 76: 172102-1 172102-4.
  13. Дучков А.Д. и др. К вопросу о поисках месторождений гидратов метана в областях распространения криолитозоны // Геофизические технологии. 2018. № 2. С. 27-40.
  14. Dziewonski A.M., Anderson D.L. 1981. Preliminary reference Earth model. Physics of the Earth and Planetary Interiors 25(4): 297-356.
  15. Ershov A.P., Anisichkin V.F. 2003. Natural Neutron Fission Wave. Combustion, Explosion, and Shock Waves 39(2): 226-231.
  16. Fu M., Abbot D.S., Koeberl C., Fedorov A. 2024. Impact-induced initiation of Snowball Earth: A model study. Science Advances 10(6): 8 doi: 10.1126/sciadv.adk5489.
  17. Гордиенко Ф.Г., Котляков В.М., Короткевич Е.С., Барков Н.И., Николаев С.Д. 1983. Новые результаты изотопно-кислородных исследований ледяного керна из скважины со станции Восток до глубины 1412 м. Материалы гляциологических исследований. № 46. С. 168-171.
  18. Hausfather Z., Marvel K., Schmidt G.A., Nielsen-Gammon J.W., Zelinka M. 2022. Climate simulations: recognize the ‘hot model’ problem. Nature 605: 26-29.
  19. Кирдяшкин А.А., Кирдяшкин А.Г. Взаимодействие термохимического плюма с мантийными свободно-конвективными течениями и его влияние на плавление и перекристаллизацию мантии. Геология и геофизика. 2013. 54(5): 707-721
  20. Kvenvolden K.A., Lorenson T. 2013. The Global Occurrence of Natural Gas Hydrate. Geophysical Monograph Series. In book: Natural Gas Hydrates. doi: 10.1029/GM124p0003.
  21. Livermore P.W., Hollerbach R., Finlay C. 2017. An accelerating high-latitude jet in Earth’s core. Nature Geoscience 10: 62-68.
  22. Luo H., O’Rourke J.G., Deng J. 2024. Radiogenic heating sustains long-lived volcanism and magnetic dynamos in super-Earths. Science Advances 10: eado7603.
  23. Marsh S.P. (Editor). 1980. ASL Shock Hugoniot Data. University of California Press.
  24. Milankovitch M. 1941. Kanon der Erdbestrahlungen und seine Anwendung auf das Eiszeitenproblem. Royal Serbian Academy. Section of Mathematical and Natural Sciences. Belgrade 33.
  25. Mineev V.N., Funtikov A.I. 2004. Viscosity measurements on metal melts at high pressure and viscosity calculations for the Earth's core. Physics–Uspekhi 47(7): 671-686.
  26. Митрофанов В.В. и др. О возможности взрывного ядерного энерговыделения в недрах планет. Труды Международной конференции V Забабахинские научные чтения. Снежинск. Издательство РФЯЦ-ВНИИТФ. 1999. С. 67-76.
  27. Petit J.R., Jouzel J., Raynaud D., Barkov N.I., Barnola J.-M., Basile I., Bender M., Chappellaz J., Davis M., Delaygue G., Delmotte M., Kotlyakov V.M., Legrand M., Lipenkov V.Y., Lorius C., Pépin L., Ritz C., Saltzman E., Stievenard M. 1999. Climate and atmospheric history of the past 420 000 years from the Vostok ice core, Antarctica. Nature 399: 429-436.
  28. Petrov Yu. V. 1977. Natural nuclear reactor at Oklo. Uspehi Fizicheskih Nauk 123(3): 473-486.
  29. Rusov V.D., Pavlovich V.N., Vaschenko V.N., Tarasov V.A., Zelentsova T.N., Bolshakov V.N., Litvinov D.A., Kosenko S.I., Byegunova O.A. 2007.Geoantineutrino spectrum and slow nuclear burning on the boundary of the liquid and solid phases of the Earth’s core. Journal of Geophysical Research 112: b09203.
  30. Shaviv N.J., Svensmark H., Veizer J. 2022. The Phanerozoic climate. Annals of the New York Academy of Sciences. Vol. 1519. Is. 1. P. 7-19.
  31. Smylie D.E., Brazhkin V.V., Palmer A. 2009. Direct observations of the viscosity of Earth's outer core and extrapolation of measurements of the viscosity of liquid iron. Physics–Uspekhi 52(1): 79-92.
  32. Van Nes E., Scheffer M., Brovkin V., Lenton T., Ye H., Deyle E., Sugihara G. 2015. Causal feedbacks in climate change. Nature Climate Change 5: 445-448.
  33. Vimeux F., Cuffey K.M., Jouzel J. 2002. New insights into Southern Hemisphere temperature changes from Vostok ice cores using deuterium excess correction. Earth and Planetary Science Letters 203: 829-843.
  34. Vočadlo L., Ballentine C., Brodholt J.P. 2022. Primitive noble gases sampled from ocean island basalts cannot be from the Earth’s core. Nature Communications 13(1): 3770.
  35. Voosen V. 2024. Sharp shift in ice age rhythm pinned to carbon dioxide. Science 383(6685): 805-806.
  36. Xian J.-W., Sun T., Tsuchiya T. 2019. Viscoelasticity of liquid iron at conditions of the Earth's outer core. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 124: 11105-11115.
  37. Yuzhen Y., Bender M.L., Brook E.J., Clifford H.M., Kemeny P.C., Kurbatov A.V., Mackay S., Mayewski P.A., Ng J., Severinghaus J.P., Higgins J.A. 2019. Two-million-year-old snapshots of atmospheric gases from Antarctic ice. Nature 574: 663-666.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
2. Fig. Cyclic changes in the volume concentration of greenhouse gases in the atmosphere and cyclic changes of the temperature in Antarctica [Petit et al., 1999; Vimeux et al., 2002]. CO2 (PPMv – parts per million), CH4 (PPBv – parts per billion).

Жүктеу (57KB)

© Anisichkin V.F., 2025

Creative Commons License
Бұл мақала лицензия бойынша қол жетімдіCreative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».