題:
在“冰河世紀”或“雪球地球”時期,所有能量都在哪裡?
personjerry
2014-08-28 00:01:28 UTC
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我們似乎常常接受這樣一種想法,即在大部分時間里地球的整個表面都被凍結了。這意味著在一段時間內不會凍結整個表面。因此,表面上一定存在熱量和能量。所有這些能量如何運動導致冰河時代?所有這些能量僅僅輻射到太空或深入到地球似乎是荒謬的。

我很困惑,因為我們知道在整個地球都沒有結冰的時期:現在!
是的,我想我可以斷言。
不要將“冰河世紀”與“雪球地球”混淆
夏季變成冬季,整個北歐地區的土地都凍結了,熱能/能量將流向原地。我很確定它不僅會向南移動,是的,它只會輻射到太空中。注意,這也很快發生。
地球在晚上和冬天更冷,所以,是的,當太陽停止照射在地球上時,大氣中的能量和土壤的頂層會相當快地輻射到太空中。
_“地球的**整個表面都被凍結了,**大部分是**” _
五 答案:
David Hammen
2014-08-28 12:06:14 UTC
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我不確定問題是否在詢問冰川期,冰河時期或雪球地球,以及它是關於冰川期的開始還是結束。我會嘗試同時擊中這三個。

冰河時期和米蘭科維奇週期

冰河時期是很長的時間跨度,其特徵是冰塊遠離兩極的時間段長短散佈著冰層撤退的時期(但從未消失過)。冰層覆蓋地球相當大一部分的時間稱為冰川。冰期退縮到僅覆蓋極北和極南地區的時間稱為冰間期。我們現在生活在冰河時代。南極洲和格陵蘭島上仍然有冰。在更大的冰河時代,我們也處於冰期之間。當前的冰河時代始於大約3300萬年前,而當前的冰間期始於大約11700年前。

Milankovitch循環確定地球處於冰川期還是冰川間期。當歲差使北半球的夏季接近頂峰而冬季接近近日點時以及傾斜度和偏心率都較低時,冰形成和擴散的條件就適當了。地球目前滿足這些條件中的第一個條件,但是傾角和偏心率都太高了。這使我們的北半球夏天太熱,冬天太冷。

“米蘭科維奇循環”為“能源流向何方?”這一問題提供了幾種答案。那些條件適合冰川時期的能量在北半球的全年分佈比不利於冰川時期的能量更為均勻。夏天比較溫和,這意味著積雪不會融化太多。冬天比較溫和,這意味著會有更多的降雪。

一旦冰層變得無處不在,“能量流向何方”的另一個答案就是進入太空。冰雪是白色的。它們的存在會減少地球吸收的陽光量。

Hays等人在下面列出的第一篇論文。是將Milankovitch自行車的概念帶到最前沿的開創性論文。 Abe-Ouchi等人的第二篇論文。討論了最近的氣候模擬,該模擬成功地恢復了最近冰川的許多顯著特徵。最重要的是,這篇文章似乎已經解決了100,000年的奧秘,並說明了為什麼冰消作用如此之快。


Hays,JD,Imbrie,J.,& Shackleton,NJ(1976,十二月)。 “地球軌道的變化:冰河世紀的起搏器。” 美國科學促進會。

Abe-Ouchi,A.,Saito,F.,Kawamura,K.,Raymo,ME, Okuno,JI,高橋,K.& Blatter,H.(2013年)。 “由日射驅動的100,000年冰川週期和冰蓋體積的滯後現象。” 自然,500(7461),190-193。

溫室地球與溫室地球

地球的氣候似乎在對於地球的大部分生存來說,這是兩個極端氣候,一個極端可能是冰冷而結冰,另一個極端是全球範圍內除了極地以外都沒有冰。當地球處於溫室階段之一時,恐龍在北極和南極漫遊。地球存在的大部分時間都處於溫室階段。

Milankovitch週期在溫室地球週期內不會引起冰川作用。冰期發生在地球處於冰庫階段時。區分溫室和冰屋階段的似乎是各大洲的位置和方向。大陸位於極點上有助於冷卻氣候。以各大洲為導向,使它們以保持海洋涼爽的方式引導海洋循環,也有助於冷卻氣候。

大約3,300萬年前,地球從溫室模式轉變為冰室模式。正確的是,海洋中何時發生了兩個關鍵事件。直到那時,南極洲仍與澳大利亞和南美連接。與塔斯馬尼亞島的分離形成了塔斯馬尼亞門戶,而與南美洲的分離形成了德雷克通道。這標誌著非常寒冷的南部海洋的誕生,標誌著南極洲上冰的堆積,標誌著始新世的結束。


Bijl,PK,Bendle,JA, Bohaty,SM,Pross,J.,Schouten,S.,Tauxe,L.,... & Yamane,M.(2013年)。 “始新世的冷卻與塔斯馬尼亞海峽的早期流動有關。” 美國國家科學院院刊,110(24),9645-9650。

Exon,N.,Kennett,J.,& Malone ,M。Leg 189 Shipboard Scientific Party(2000)。塔斯馬尼亞門戶的開放推動了全球新生代古氣候和古海洋學的變化:第189條腿的結果。” JOIDES J ,26(2),11-18。

雪球地球和微弱的年輕太陽悖論

雪球地球事件並非如此您的平均冰齡。即使在最壞的冰河時期,冰也通常不會靠近熱帶地區。雪球地球就是這個意思;雪和冰完全侵入了熱帶,甚至可能一直延伸到赤道。

雪球問題並不在於解釋所有能量的流向。真正的問題是,為什麼從地球輻射出地球形成過程中的初始熱量之後不久開始,古老的地球卻沒有處於永久性的雪球地球狀態。

太陽常數不是很恆定。儘管它每年甚至一世紀甚至一個世紀都沒有太大變化,但在數十億年的過程中卻發生了很大變化。年輕的G級恆星產生的能量要比中年G級恆星產生的能量要少得多,而中老年G級恆星的產生能量要比老年G級恆星的產生的能量少得多。當我們的太陽還年輕的時候,它產生的能量只有現在的75%。


圖片來源: http://en.wikipedia.org /wiki/File:Solar_evolution_(English).svg

按所有權利,地球應該完全被冰覆蓋。年輕的太陽沒有產生足夠的能量來支撐大洋。顯然不是這樣。有大量的地質證據表明,即使在地球還很年輕的時候,地球也擁有開放的海洋。

這個由卡爾·薩根(Carl Sagan)和喬治·穆倫(George Mullen)首次提出的40歲難題,是微弱的年輕太陽悖論。提出了許多解決這一悖論的方法,但是沒有一種方法與地質證據完全吻合。

一個明顯的方法是地球的早期大氣與我們的氮-氧非常不同。大氣,並包含更多的溫室氣體。避免永久性雪球地球所需的溫室氣體數量一直存在爭議,範圍從很少到極端。另一出路是由於早期大陸的明顯縮小和缺乏生命所致的反照率降低。年輕的地球本來應該是海洋,而海水卻很暗(除非被冰覆蓋)。缺乏生命意味著沒有生物雲凝結核,這意味著更少的雲。


Goldblatt,C.,& Zahnle,K. J.(2011)。 “淡淡的年輕太陽悖論依然存在。” Nature ,474(7349),E1-E1。

Kienert,H.,Feulner,G.,& Petoukhov,V.(2012)。 “由於冰-反照率的反饋和早期地球的更高的自轉速度,淡淡的年輕太陽問題更加嚴重。” 地球物理研究快報,39(23)。

Rosing,M. T.,Bird,D.K.,Sleep,N.H.,& Bjerrum,C. J.(2010)。 “在昏暗的初陽下沒有氣候悖論。” 自然,464(7289),744-747。

儘管這不能直接回答問題,但我發現它非常有趣。謝謝!
我回答了你應該問的問題。您問能量去了哪裡。答案是能量永遠不會存在。實際上,能量不足。正如您從選定的期刊文章中所看到的那樣,解釋避免永久性雪球地球的能量來源非常困難。
-1
winwaed
2014-08-28 00:54:59 UTC
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當然,這不是“荒謬的”,並且從球場能源預算數字中您會看到原因:

首先,我認為沒有人聲稱地球是完全的凍結的。更多的是“赤道上的泥濘”場景。但是,為了論證起見,我們假設冰的平均厚度為1 km(即,儘管極地冰會更厚,但可能是誇大了)。

當前的熱預算可以在此處找到。 / p>

相關數據:

地熱(垂直通過岩石,主要是通過放射性衰變&冷卻產生的熱量)約為0.084 \ mathrm {W / m ^ 2} $。

太陽能輸入:$ 340 \ mathrm {W / m ^ 2} $大約有四分之一被反射回來,但這將根據條件(例如冰蓋,雲層等)而變化。假設沒有反射。 (是的,冰的存在會引起反射-但也會由於蒸發減少而減少雲層覆蓋?)。

注意:地熱能相對於太陽通量很小,因此我們將忽略它。

那1 km的冰= 1000m 3 sup>(每平方米)。

讓我們假設融化過程還會使溫度升高10°C。

所需的總能量(每$ \ mathrm {m ^ 3} $)=(溫度增加\ times水的熱容量+熔化潛熱)×體積。

因此,如果我們插入數字,則將是:

$$(10 \ times 4.2 + 334)\ times 10 ^ 6 \ times 1000 $$$$ = 3.8 \ times 10 ^ {11} \ \ mathrm {Joules} $$

同一區域的熱通量為$ 340 \ \ mathrm { J / s} $,因此所需的能量來融化冰塊的時間= $ 3.8 \乘以10 ^ {11} / 340 = 35 \ \ mathrm {years} $。

您可以爭論我的估計。例如,會有更多的反照率反射來融化冰(=需要更長的時間)。您可能不必一定要提高水溫(=>花費更少的時間),並且地球上的大部分區域不會有1 km的冰(=>花費更少的時間)。但是,這給了你一個球場“是可行的”。


編輯:我很快讀了一個問題-上面的例子表明,從冰行星到行星很容易。無冰星球。但是反之亦然。僅僅由於太陽和大氣的影響,就可以在幾個世紀的時間範圍內輕鬆地添加/減去使地球冰層保持自由的能量。

您指出地熱主要來自放射性衰變。科學證據在哪裡?我說沒有。地球核心由於放射性而變熱的想法只是一個虛構的想法或發明,沒有科學的觀測/測量/證據來支持它。這是一個故事,童話或猜測。一位真正的科學家會說“我們不知道”。
或者...一位真正的科學家可能會說,在行星大氣層和固體表面中的重力感應熱梯度理論背後有一些證據和合理的物理學,它們可以解釋從火山,岩漿流出等觀測到的地球內部的熱量。如果這個理論是正確的,那麼所有的熱量都來自太陽。
jwenting
2014-08-28 12:39:46 UTC
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太陽能輸入的可變性尚未觸及,目前的答案確實覆蓋了很多地面。

即使地球輻射出的能量保持不變(而且大概會),太陽能輸入是高度可變的,並且是決定地球總能源預算的主要因素。
即使很小的變化也會產生深遠的影響。因此,如果太陽的輸出僅下降百分之幾(即使在11年的黑子週期內也處於其變化範圍之內),地球的溫度就會隨之波動(在很短的周期內,這通常是洋流變化所平均的) )。如果這樣的“下降”持續更長的時間,請考慮幾個世紀,您將獲得一個“小冰河時代”,就像我們剛從19世紀初出現的那樣(而且由於某些原因,可能即將滑入下一個冰期)太陽似乎又不活躍了。
太陽的周期更長,如此低的活動週期可持續幾千年,很可能使地球陷入全面的冰河時代。隨著冰層的增加,反射增加,更少的能量加熱地球,更少的雲層形成。直到太陽再次進入高活動階段,行星才會(相對)保持寒冷。
如上所述,這不太可能導致整個行星在冰層下消失。例如,上一個主要的冰河時代“僅”下降到了歐洲萊茵河三角洲的緯度。

我知道,從長遠來看,基本上沒有什麼變化。正如winwaed的答案所示,小的變化實際上是非常明智的,因此並不需要花很長時間。謝謝!
@personjerry是的,很大一部分的很小的變化(百分比百分比)仍然是很多。太陽提供了很多能量。
請!這不是正確的答案。太陽常數在整個太陽週期中的可變性大約是百分之一的1/10,而不是“百分之幾”。數百年的可變性鮮為人知,但這遠不是導緻小冰期的主要原因的主要假設。伏爾加教與米蘭科維奇循環相結合是主要假設。懸浮氣溶膠會增加反照率,而小冰河時期的特徵是過度硫化。
這個答案需要一些參考來支持關於太陽可變性大小的斷言。 “直到太陽再次進入高活性階段,地球才會(相對)保持寒冷。”這根本是不正確的,首先,太陽和反照率並不是控制全球溫度的唯一因素,而且還有溫室效應。
@David Hammen。如果錯誤,請糾正我,但是..太陽常數是太陽輸出的量度。非常有趣,實際上變化可能很小,但我們感興趣的是地球的輸入,而不是太陽輸出的總(或一部分)。當我們的家圍繞熱源旋轉時,由於不規則的軌道(和軸角),太陽輸入地球的時間變化很大。在沒有儀器的情況下,只需在兩天之內走出實驗室即可輕鬆觀察到這種巨大的輸入變化,其中一個在冬天,另一個在夏天。
Mountain
2017-11-15 00:58:59 UTC
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在地球上形成冰川的原因之一是火山活動產生的塵埃,即您聽說過火山或核冬天。

在冰川形成期間,大陸板上堆積了一英里或兩英里的冰,其重量大大增加並實際上下沉了。當我們看到一塊岩石時,我們看到的是一塊堅硬的石頭物體,但是在巨大壓力下地球上的那個岩石不是“岩石”固體,它更像花生醬,它柔軟而柔韌。這樣一來,大陸板塊就可以沉入一英里或兩厚厚的冰塊中。

不僅大陸板塊的重量向下壓在花生醬上,就像我們下面的岩石一樣,海洋也有重量,它們也將其下面的板塊向下推入像石頭一樣的花生醬中。在最後一次冰河期。跨越地球所有海洋的400英尺水的損失大大減輕了海底的重量。相同的水變成了雪,並在大陸板上積聚成冰,這使現在的大陸板增加了相同的重量。因此,海洋板塊上升而大陸板塊下降。

在間冰期,隨著高海水位的返回,即全球海平面上升(如我們目前所經歷的),大陸板塊變輕,而海洋板塊變重。大陸板塊上升而海洋板塊下降。這種反應不是立即發生的,如果您想像花生醬,如果您將一塊木板放在幾英寸的花生醬上並增加木板的重量,花生醬需要花費一些時間來擠壓側面,這與大陸板和他們坐在上面的柔軟的石頭。大陸板塊反彈到原始高度需要數千年的時間。在大陸板塊的反彈和海洋板塊的下降過程中,火山活動逐漸開始增加。最終,由於板塊的運動在大氣中產生大量的灰燼,您又一次又一次的大火山噴發只是時間問題,隨著火山活動水平的提高,這種情況一次又一次地持續下去。這些灰燼將光反射回太空並使其到達並加熱表面,從而降低了全球平均溫度。

這當然不是控製冰川最大和冰川間期的唯一機制,但它確實與您對問題的先前書面答復一致。人類生存期間我們星球的正常狀況是冰川最大狀況,我們現在經歷的“冰川間期”僅約20%的時間存在,平均每10萬年約2萬年。這是過去10萬年來的第二次冰期期。在下一個上一個冰期之間,您已經回到了12萬至13萬年。

Charles Weber
2015-02-11 11:20:57 UTC
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,我建議“雪球地球”被撞擊澳大利亞的巨大隕石(地球上已知最大的隕石)的塵埃封閉(請參閱 http://charles_w.tripod.com/antipode .html)在冰上定居,並因裸露的土壤變暖影響而融化(請參見 http://charles_w.tripod.com/climate.html),從而啟動寒武紀。那時,施肥於海洋的灰塵可能極大地促進了生命的爆炸。隨後從海底甲烷冰中釋放出甲烷氣體,以及來自巴哈馬群島的火山噴發產生的灰塵,這些火山噴發位於上述撞擊的對映體(球體的對面),這可能在很大程度上促進了這一啟動。火星上的火山與隕石在其對映體之間的緊密聯繫為這種現象提供了佐證。

。此致Charles Weber

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