Плотность позднепалеозойской атмосферы. Изменения солнечной радиации. Фотолиз и фотосинтез

Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

ПАЛЕОЗОЙ

 

 

Плотность позднепалеозойской атмосферы. Изменения солнечной радиации. Фотолиз и фотосинтез

 

Плотность приземных слоев атмосферы во второй половине палеозоя была приблизительно одинаковой с современной, на что указывают различные геологические-данные.

 

Многим геологам приходилось наблюдать на поверхностях напластования тонкозернистых песчаников аридных субаквальных красноцветов лунки, образовавшиеся от ударов дождевых капель. Форма и диаметры лунок «ископаемых» палеозойских дождей точно такие же, как и лунок, остающихся от капель современных дождей. Следовательно, капли древних и современных дождей имели одинаковые размеры »и скорости падения, что возможно лишь при равной плотности воздушной среды, в которой дождевые капли возникали и двигались.

 

Сейчас уже известно много примеров ископаемых, в том числе позднепалеозойских, эоловых песков, которые по морфологии дюн, наклонам элементов косой слоистости наветренного и осыпного склонов, ;ПО размерам зерен, степени их окатанности и сортировки подобны современным эоловым пескам. Это подобие древних и современных эоловых образований также является свидетельством сходства плотностей атмосферы нынешней и позднепалеозойской.

 

По составу атмосфера позднего палеозоя отличалась от современной главным образом содержанием водяного пара и углекислого газа, которые на ее плотность влияли в противоположных направлениях.

 

Известно, что воздух плотнее водяного пара, поэтому влажный воздух в сравнении с сухим имеет меньшую плотность. Так, при Р—1000 мб и t° = 20° плотность насыщенного водяным паром воздуха будет 1,178- Ю-3 г/смг, а сухого 1,189' 10~3 г/см?. С повышением температуры различие плотностей возрастает еще больше.

 

Геологические данные показывают на то, что позднепалеозойская атмосфера заключала много водяных паров. Их средне-планетарное содержание в воздухе того времени, по-видимому, было близким современному содержанию в экваториальной области (3—4%). Таким образом, повышенная концентрация водяного пара (и более высокая общая температура воздуха) понижала плотность атмосферы позднего палеозоя.

 

 

Углекислый газ в полтора раза тяжелее нормального воздуха, поэтому повышение его концентрации сопровождается ростом плотности атмосферы. Содержание С02 в позднепалеозойской атмосфере могло выражаться первыми процентами (но не более 4—5%, при котором ОСЬ уже оказывает токсическое действие на позвоночных), что повышало ее плотность, но в общем незначительно, лишь компенсируя обратное действие, связанное с повышенной концентрацией водяного пара.

 

Атмосферное давление в позднем палеозое было более однородным, чем современное, как в отношении пространственной каротины, так и устойчивости во времени. Это следует из отсутствия больших градиентов физических условий того времени, поскольку термический режим был менее дифференцированным, а увлажнение менее контрастным.

 

Сильные волнения атмосферы в палеозое, очевидно, отсутствовали. Многие палеоботаники указывают на несоответствие между крупными размерами стволов лепидофитов и их незначительной механической прочностью. Эти деревья ломались бы даже при слабом ветре.

 

Изменения солнечной радиации

 

По-видимому, единственным показателем колебаний солнечной радиации в прошлом являются внезапные и резкие изменения в составе органического мира. Эти скоротечные кризисы органического мира не могли вызываться медленными, локально или зонально проявляющимися изменениями рельефа (горообразованиями) или изменениями климата, которые в состоянии были лишь ограничить ареал распространения данной группы организмов, но не быть причиной ее полного вымирания. Наиболее вероятной причиной кризисов органического мира представляются колебания космического излучения. Только значительное увеличение радиации могло оказать всесветное влияние на организмы или путем прямого воздействия квантов высоких энергий, или через поглощение организмами радиоактивных изотопов, воздействующих на наследственную основу.

 

Основным щитом, предохраняющим жизнь на Земле от губительно действующих на нее ультрафиолетовых лучей, является слой озона, ныне располагающийся на высоте 30 км от поверхности планеты. Этот озоновый слой, как и свободный кислород, считается относительно молодым образованием земной атмосферы.

 

Согласно гипотезе Беркнера и Л. Маршалла, в дорифсе, когда свободного кислорода в атмосфере было мало и когда единственным производящим его процессом был фотолиз (расщепление молекулы водяного пара действием ультрафиолетового света), озоновый экран был тонким и редким, располагался близко к поверхности Земли и не был способным сдерживать губительное действие ультрафиолета (нуклеиновые кислоты и белки уязвимы для солнечного света диапазона 2600—3000 А). В это время поверхность суши и приповерхностный слой Мирового океана оставались необитаемыми. Жизнь могла развиваться только под защитой 10—15 метрового слоя, поглощающего смертонос^ ный ультрафиолет и вместе с тем пропускающего необходимое количе^ СТБО видимого света, используемого при фотосинтезе.

 

В рифее активно фотосинтезировали водоросли. В конце рифея, уже когда процессы фотолиза и фотосинтеза подняли содержание свободного кислорода в атмосфере до 0,01% его нынешней концентрации, озоновый слой стал настолько мощным и настолько поднялся над планетой, что зона жизни в Мировом океане смогла приблизиться к самой его поверхности: Еще позже доступной для жизни становится и суша. Однако массовый выход жизни на сушу происходит только в силуре, когда атмосфера стала существенно кислородной (азотно-углекисло-кислородной)/ и дыхание кислородом стало доминирующей энергетической основой жизни. Только во второй половине палеозоя появилась разнообразная, по своим формам наземная жизнь, по истории которой мы и можем догадываться о колебаниях солнечной радиации.

 

Возможно, что спады фотосинтетической деятельности в аридные фазы приводили к снижению концентрации свободного кислорода в атмосфере, а отсюда к некоторому ослаблению озонового щита и жь вышению уровня радиации у поверхности Земли.

 

Американские ученые М. Г. Клайн и Ф. Б. Сэлисбери из Колорадского университета провели изучение действия ультрафиолетовой радиации на различные виды высших растений (Radiation Botany, 1966). Ими было установлено, что различные виды растений широко различаются по чувствительности к солнечному излучению. Наиболее чувствительными к действию солнечной радиации оказались растения с крупными листьями, а наиболее устойчивыми — древесные хвойные породы и представители ксерофильной растительности. Результаты этих исследований дают основание считать, что максимумы аридных фаз, когда роль крупнолистных растений падала до минимума, а относительная роль хвойных пород и ксерофитов резко поднималась, были временем наивысшего уровня ультрафиолетовой радиации.

 

В эти аридные максимумы от возросшей ультрафиолетовой радиации могли погибать не только крупнолистные растения, но и крупные формы позвоночных (лабиринтодонты и дицинодонты в Т2, динозавт ры — в маастрихтском веке Сг2), а также многочисленные группы беспозвоночных, проходящих личиночную стадию в приповерхностном слое океанических вод (аммониты, белемниты), обитатели литорали и рифов (палеозойские брахиоподы, кораллы, крупные фораминиферы, рудиеты и др.).

 

В гумидные фазы интенсивно фотосинтезировавшая растительность увеличивала количество свободного кислорода в атмосфере, что, в свою очередь, влекло восстановление озонового экрана и ослабление действия радиации. Снижению уровня ультрафиолетовой радиации в эти отрезки геологической истории способствовало также возрастание влаго- содержания воздуха, поскольку пары воды способны частично поглощать кванты высоких энергий.

 

 

К содержанию: ДРЕВНИЙ КЛИМАТ ПАЛЕОЗОЯ - ДЕВОН, КАРБОН и ПЕРМЬ

 

Смотрите также:

 

ПАЛЕОЗОЙСКАЯ ЭРА Эволюция наземных позвоночных 

 

Ранний палеозой - палеозойский период  Эволюция. Учебник по теории эволюции