On the causes of cyclical climate changes

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Циклические изменения климата в истории Земли объясняются циклическими поступлениями парниковых газов в атмосферу.

Основной источник тепла в недрах Земли – спонтанный распад радиоактивных элементов, в том числе урана и тория. Увеличение потока тепла из недр к поверхности может вызываться вынужденным делением актиноидов – цепными ядерными реакциями. Слой актиноидов околокритической толщины мог образоваться в результате гравитационной дифференциации веществ по плотности вследствие оседания частиц тугоплавких высокоплотных соединений актиноидов из расплавленного слоя на твердое из-за высокого давления внутреннее ядро Земли.

Возникающие при цепных ядерных реакциях восходящие потоки массы и тепла во внешнем жидком ядре Земли прогревают вышележащие слои. С началом прогрева земной коры и дна океанов из-за разложения газогидратов в атмосферу поступает парниковый газ метан. С прогревом океанов в атмосферу поступает все больше растворенного в воде океанов углекислого газа и паров воды. За счет положительных обратных связей потепление климата запускается и ускоряется. С разуплотнением активного слоя в тепловых конвективных потоках, прекращением цепных ядерных реакций и снижением потока тепла из недр содержание метана в атмосфере падает, все больше углекислого газа растворяется в остывающей воде океанов, влажность атмосферы уменьшается, наступает похолодание климата.

Рассеянные в тепловых конвективных потоках частицы актиноидов начинают вновь оседать на твердое внутреннее ядро Земли. Моделирование климатических циклов, продолжительность которых определяется временем повторного оседания частиц актиноидов в форме диоксида урана, приводит в расчетах к продолжительности одного цикла около 130 тысяч лет. Такая цикличность согласуется с данными по глобальным изменениям климата за последние четыреста тысяч лет, полученными из ледяных кернов Антарктиды.

Примерно 1.5 миллиона лет назад Земля пережила радикальный климатический сдвиг. Планета уже входила в ледниковые периоды и выходила из них каждые 40 тыс. лет. Но потом ледниковые периоды стали контрастнее и длиннее, с увеличивающейся продолжительностью от 90 до 120 тыс. лет, и в целом планета стала холоднее, что не может объясняться циклами Миланковича, длительность которых должна быть относительно постоянна в таких временных масштабах. Миллионы лет назад легкоделящихся изотопов было больше. Возможно, потому, что в прошлом в недрах Земли в разных местах периодически работали два геореактора. Поэтому климатические циклы были приблизительно в два раза короче, менее выражены, и климат был теплее.

Об авторах

V. F. Anisichkin

Институт гидродинамики имени М. А. Лаврентьева Сибирского отделения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: avf@hydro.nsc.ru
Россия, Новосибирск

Список литературы

  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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. Циклические изменения объемной концентрации парниковых газов в атмосфере и циклические изменения температуры в Антарктиде [Petit et al., 1999; Vimeux et al., 2002]. CO2 (PPMv – частей на миллион), CH4 (PPBv – частей на миллиард).

Скачать (57KB)
Метаданные

© Anisichkin V.F., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative 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».