Климат — это множество состояний, которые проходит система океан—суша—атмосфера за периоды времени в несколько десятилетий. При этом важно знать, как часто встречается в этом множестве каждое из возможных состояний,— тогда можно находить среднее значение по всему множеству для любой количественной характеристики этих состояний.

Мгновенное состояние системы океан—суша—атмосфера называют погодой. Она характеризуется некоторым набором глобальных полей, т. е. распределений по земному шару ряда характеристик морской воды, атмосферного воздуха, поверхности Земли и верхнего слоя почвы. Для воды и воздуха нужно брать температуру, давление, концентрации термодинамически активных примесей (для морской воды — соль, для воздуха — парообразная влага, жидкая вода и лед в облаках и туманах, углекислый газ, пыль различной природы) и векторные скорости движения. На поверхности Земли нужно знать потоки тепла и ТАН (прежде всего — испарение и осадки), наличие снежного и ледового покрова (и их толщину), для суши, кроме того,— характер растительности, влажность почвы, сток влаги.

Периоды времени в несколько десятилетий, указанные в определении климата, выбраны так, чтобы определяемые но этим периодам характеристики климата были наиболее устойчивыми, т. е. меньше всего менялись бы при переходе от одного такого периода к другому. Действительно, фактические данные (например, о температуре воздуха) показывают, что при меньших периодах осреднения (скажем, за год или за несколько лет) средние значения оказываются более изменчивыми (это — так называемая между годичная, а также и более коротко-периодная изменчивость погоды). Более интенсивной оказывается и значительно более длиннопериодная изменчивость климата, скажем, с периодами в тысячи лет.

Климат формируется под действием ряда факторов, которые можно разбить на три группы.

1. Внешние, или астрономические, факторы — светимость Солнца, положение и движение планеты и Солнечной системе, наклон ее осп вращения к плоскости орбиты и скорость вращения, определяющие воздействия на планету со стороны других тел Солнечной системы,— ее инсоляцию (облучение солнечной радиацией) и гравитационные воздействия внешних тел, создающие приливы и колебания характеристик орбитального движения и собственного вращения планеты (а потому и колебания в распределении инсоляции по внешней границе атмосферы).

2. Геофизические и географические факторы — ряд особенностей планеты, из которых для климата Земли наиболее важными являются свойства нижней границы атмосферы — подстилающей поверхности — и прежде всего те свойства, которые определяют ее динамическое и тепловое взаимодействие с атмосферой и обмен с нею термодинамически активными примесями. Из этих свойств, по-видимому, па первом месте должно быть названо географическое распределение континентов и океанов.

3. Атмосферные факторы — масса и состав атмосферы (включая и основные ее составные части, и специфические ТЛП).

Мы еще не знаем, определяется ли климат всеми этими факторами однозначно, или же при одних и тех же фиксированных значениях всех климатообразующих факторов могут получаться разные климаты. Второе из этих предположений возникает в связи с тем, что за последние 0,6— 1 млн лет каких-либо резких изменений климатообразующих факторов как будто не происходило, однако имели место резкие колебания климата — чередование ледниковых и межледниковых периодов продолжительностью в десятки тысяч лет. Их мы подробно проанализируем ниже, здесь же рассмотрим изменения климатообразующих факторов, происходившие в течение истории Земли, и порождавшуюся ими эволюцию климата.

Кажется легче всего приписывать изменения климата и даже погоды изменениям солнечной радиации. Действительно, разница в температурах воздуха у поверхности Земли между днем и ночью, экваторами и полюсами, летом и зимой создается разницей в количестве приходящей солнечной радиации: чем больше это количество, тем выше температура; так нельзя ли допустить по аналогии, что в периоды с теплым климатом приходящая на Землю солнечная радиация была повышенной, а во время ледниковых периодов она снижалась (эту гипотезу предложил ирландский астроном Е. Эник). Однако такое простое рассуждение может оказаться неверным, если небольшие повышения солнечной радиации будут приводить на Земле к увеличению испарения, росту облачности, усилению зимних снегопадов, снеготаяния из-за повышенной облачности и, как следствие, к росту ледников и понижению температуры (Г. Симпсон), Впрочем, большинство специалистов по эволюции звезд в противоположность Е. Эпику считает, что Солнце и другие звезды такого же типа («желтые карлики» спектрального класса G-2) имеют весьма стабильное излучение, мало меняющееся в течение времени порядка 10 млрд. лет (времени их пребывания па так называемой главной последовательности звезд на диаграмме светимость—цвет). Отметим, что не наблюдается и короткопериодных колебаний суммарной светимости Солнца — идущий от него поток энергии, на среднем расстоянии Земли от Солнца составляющий 1,952 кал на 1 см2 в минуту, по-видимому, не испытывает сколько-нибудь валютных изменении во времени (и потому эта величина именуется солнечной постоянной).

По изложенным причинам в дальнейшем будут рассматриваться лишь факторы, не связанные с какими-либо изменениями в светимости Солнца. Представляется, что из таковых наиболее медленные изменения климата могли создаваться геохимической эволюцией гидросферы и атмосферы, а также приливной эволюцией системы Земля-Луна.

Масса водяного пара имеет положительную обратную связь с парниковым эффектом, так как насыщающая концентрата водяного пара растет с повышением температуры: «ем больше в атмосфере водяного пара, тем сильнее парниковый эффект, выше температура и поэтому больше допустимое, т. е. насыщающее, содержание водяного пара. Сколько-нибудь падежных расчетов изменений в течение истории Земли масс водяного пара и углекислого газа В атмосфере пока нет, так что возможность соответствующих изменений климата (прежде всего температуры воздуха) еще не исключена. Однако палеонтологические данные, убедительно демонстрирующие непрерывность развития жизни, свидетельствуют о том, что никаких климатических катастроф на Земле не происходило.

Перейдем теперь к возможным климатическим последствиям приливной эволюции системы Земля—Луна. Эту систему можно рассматривать как сложный волчок, состоящий из двух тел, вращающихся вокруг своих осей и вокруг общего центра тяжести (все эти вращения имеют одинаковое направление: если смотреть со стороны Полярной звезды, то против часовой стрелки). Чтобы упростить описание этой системы, пренебрежем воздействием на нее со стороны других небесных тел. Тогда суммарный момент количества движения всех указанных вращений не будет изменяться со временем. С высокой точностью можно считать, что векторная сумма моментов количества движения собственного вращения Земли и орбитального движения Луны постоянна.

Если бы в теле Земли не было никакого трения, то приливные горбы, образующиеся на поверхности Земли из-зa притяжения Луны, были бы направлены точно по линии, соединяющей центры этих тел. Но из-за трения они увлекаются вращением Земли, много более быстрым, чем угловое движение Луны по орбите, так что их ось образует с линией центров Земля—Луна некоторый угол запаздывания б (и в каждой точке Земли максимальный прилив наступает позже момента наибольшей высоты Луны на небе). Ближний к Луне приливный горб притягивается ею сильнее, чем дальний, и это создает на Земле момент сил, стремящийся повернуть планету противоположно ее собственному вращению. Вращение Земли должно замедляться, так что ее собственный момент количества движения будет уменьшаться. Соответственно момент количества движения Луны увеличатся. Но из третьего закона Кеплера вытекает, что момент количества движения планеты на орбите пропорционален квадратному корню из среднего радиуса орбиты (или кубическому корню из периода обращения планеты). Следовательно, Луна додаем отходить от Земли (и ее угловое движение на орбите замедлится).

Расчеты показали, что из-за приливного трения вращение Земли замедляется так, что продолжительность суток увеличивается на 0,0017 с за столетие. Из-за этого крошечного прироста за тысячелетия набегает уже весьма заметная разница. Так, средняя за последние 2000 лет продолжительность суток была на 0,017 с меньше современных, следовательно, набежала разница в 3,5 часа. Значит, если мы рассчитаем время какого-либо солнечного затмения, происходившего 2000 лет тому назад, пользуясь сегодняшней продолжительностью суток, то ошибемся против истинного времени затмения на 3,5 часа. За это время Земля поворачивается на 52,°5 по долготе — столь большой будет наша ошибка в определения места наблюдения данного затмения. Этот расчет показывает, что одного только свидетельства древнего историка о наблюдении солнечного затмения в таком-то году в том или ином пункте, скажем в Древней Греции или в Вавилоне, может быть достаточно для довольно точной оценки приливного замедления вращения Земли. Получающиеся таким способом оценки оказываются очень близкими к приведенной выше цифре 0,0017 с за столетие.

Дж. Уэллс (1963) нашел еще один способ эмпирической оценки приливного замедления вращения Земли — по обнаруженным им на разрезах некоторых ископаемых кораллов микроскопическим годичным в суточным кольцам роста, позволяющим подсчитывать число дней в году в соответствующую геологическую эпоху. Согласно астрономическим теориям устойчивости планетных движений длину года можно считать практически неизменной. Поэтому, например, полученная по кораллам среднего девона, возраст которых около 380 млн. лет, цифра 400 дней в году означает, что продолжительность суток в ту эпоху составляла 21,7 часа. Эти оценки очень неплохо согласуются с приведенными выше.

Исключительно большое значение для климата имеет наклон е экватора планеты к плоскости ее орбиты к Солнечной системе. На Земле в прошлом наклон е был меньше современного, так что сезонные изменения погоды оказывались слабее, а разница между экватором и полюсами больше (па полюсы попадало меньше солнечного тепла), широтная зональность выражена резче, общая циркуляция атмосферы была более зональной и интенсивной. Эти условия были благоприятными для развития оледенении в полярных районах, особенно при наличии в них континентов, и этим, по-видимому, можно пытаться объяснять обнаруживаемые геологами следы множества докембрийскнх оледенений.

После геохимической эволюции гидросферы и атмосферы и приливной эволюции Земли следующим по темпам изменений фактором эволюции климата представляется движение континентов и полюсов. Оно происходит со скоростями порядка сантиметров в год, так что изменения глобальных масштабов, т. е. смещения на тысячи километров, образуются за сотни миллионов лет. Без знания распределения континентов в ту пли иную геологическую эпоху невозможно правильно интерпретировать показания палеоклшматических индикаторов о палеоклиматах конкретных регионов.

Вследствие того что суточные суммы приходящего на верхнюю границу земной атмосферы солнечного тепла не зависят от долготы, климат, несмотря на различия, создаваемые континентами и океанами, обладает ярко выраженной широтной зональностью. Раньше, когда массы океана и атмосферы были меньше, Земля вращалась быстрее и наклон экватора к эклиптике был меньше современного, каждый из этих факторов делал широтную зональность климата еще более резкой, чем теперь. Эта зональность выглядит следующим образом. В экваториальной зоне сильный нагрев земной поверхности создает интенсивную конвекцию с образованием мощных кучевых облаков и ливневыми осадками, так что эта зона оказывается влажной. Восходящие движения компенсируются здесь притоком воздуха к экватору в нижних слоях атмосферы (пассатные ветры) и их оттоком в более высоких слоях. В субтропиках оттекающий воздух отклоняется вращением Земли на восток, и ячейки пассатной циркуляции вынужденно замыкаются нисходящими движениями, так что субтропические зоны оказываются засушливыми (аридными). Дальше к полюсам тепло переносится подвижными циклопами, образующимися в западно-восточных течениях ударенных широт и сопровождающимися обильными осадками, так что эти зоны опять оказываются гумидными. Указанными свойствами шпротной зональности климата воспользовался П. М. Страхов при своих фанерозойских палеоклиматических реконструкциях, выявивших движение полюсов (по проделанных еще на фиксистской основе без учета движения коптинептов).

При отсутствии широтной зональности климата не было бы и сезонных колебаний погоды. Поэтому свидетельства о наличии в ту или иную геологическую эпоху сезонных колебаний погоды суть доказательства широтной зональности климата этой эпохи. Такими свидетельствами являются прежде всего породы с годичными слоями, так называемые варвиты, которые обнаружены практически во всех геологических периодах фансрозоя.

Качественными индикаторами климатических зон могут служить многие горные породы. Так, в аридных зонах образуются эвапориты — доломиты, ангидриты, гипсы, калийная и каменная соли, осаждающиеся из растворов в условиях сильного испарения, а также карбонатные красноцветы (продукты выветривания, обедненные кремнеземом и окрашенные окислами железа) и лёссы.

Самыми выдающимися из климатических событий в истории Земли были, конечно, ледниковые периоды, характеризовавшиеся появлением континентальных ледниковых щитов (в настоящее время такие щиты покрывают Антарктиду и Гренландию). Как уже отмечалось, геологами обнаружены многочисленные тиллиты как фаперозойского, так и докембрийского возраста. Самыми древними из них являются, по-видимому, нижнепротерозойские.

В среднем протерозое, нижнем и среднем рифее на всех континентах встречаются многочисленные слон несортированных конгломератов, иногда похожих па тиллиты, но сколько-нибудь ясной картины, как для нижнего протерозоя, здесь не складывается. Зато в верхнем рифее и в венде в разных частях мира найдены многочисленные тиллиты (рис. 59), хорошо коррелирующие друг с другом и группирующиеся в основном по двум возрастам,— нижние около 750—800 млн. лет (верхнерифейское оледенение) и верхние около 650—680 млн. лет (вендское оледенение).

К следующей ледниковой эпохе (карбопа и перми) климат пришел, по-видимому, в результате постепенного похолодания, заметного по кривой рис. 58 (в течение которого южный полюс перемещался из Западной Африки через Бразилию и Аргентину в Антарктиду, оставляя на своем пути упоминавшуюся выше цепочку силуродевопских тиллитов).

Первым крупным районом, на котором сказалось кайпозойское похолодание климата, явилась, естественно, Антарктида. Ныне ледниковый покров на ней, согласно сводке В. И. Бардина и И. А. Суетовой (1967), имеет площадь около 14 млн. км2 и объем 24 млн. км3 (что составляет около 90% объема всех ледников мира; объем Гренландского ледникового щита равен 2,6 млн. км3; на арктические и горные ледники остается менее 1%); растопление всего антарктического льда повысило бы уровень Мирового океана на 55 м. Около 83% антарктического льда сосредоточено в ледниковом куполе Восточной Антарктиды толщиной до 3,6 км, дно которого лежит в основном выше уровня моря, а поверхность в среднем выше 2 км над уровнем моря. Отделенный от него Трансантарктическими горами ледниковый щит Западной Антарктиды лежит в основном на дне океана и на ряде островов в включает огромные плавающие шсльфовые ледники в морях Росса и Уэдделла. Атмосферные осадки над Антарктидой, в среднем всего около 150 мм в год, по некоторым оценкам сейчас немного превышают потери льда (главным образок путем отрыва айсбергов).

Геологические разрезы на островах Кинг-Джорджа и Симора и в Южной Австралии (отделившейся от Антарктиды лишь в конце эоцена), а также материалы колонок донных осадков Южного океана свидетельствуют, что ледниковый щит Антарктиды образовался лишь в миоцене — около 20 млн. лет тому назад — и с тех пор существует до нашего времени (это подтверждают и данные о падении уровня Мирового океана на много десятков метров.

Климат, по определению, есть понятие глобальное, и те или иные проявления каждой ледниковой эпохи, естественно, обнаруживаются во всех районах мира, но, конечно, они отнюдь не везде и не всегда сводились к росту ледников. Всего льдом было покрыто 14% поверхности Земли, вдвое больше, чем теперь. Ледниковые щиты достигали в Европе 48°30", а в Северной Америке 37° широты.

Максимальный объем льдов суши в плейстоцене составлял 56,1 млн. км, в том числе 23,9—в Антарктиде (как сегодня), 23,9 —в Северной Америке, 7,6 —в Европе и 0,7 —в Урало-Сибирской области (60% этих льдов было сосредоточено в северном и 40%—в южном полушарии, тогда как теперь эти цифры равны 8 и 92%).

Изменение климата в геологическом прошлом

1. Нет сомнения, что на протяжении истории Земли вместе с земной природой менялся и климат. Показателями этих изменений являются ископаемые флора и фауна, включая пыльцу доисторических растений, признаки процессов выветривания и накопления осадочных отложений в слоях, относящихся к различным геологическим эпохам, и т. п. Понятно поэтому, что вопросы, относящиеся к климатам геологического прошлого, решаются на базе самой геологии (и палеонтологии). В предлагаемом курсе они будут изложены лишь очень кратко.

Геологические данные показывают, что изменения климата в прошлом Земли были очень глубокими. Эти изменения охватывали сотни миллионов лет, на протяжении которых коренным образом менялось положение на Земле: расположение суши и моря, орография, распределение океанических течений, вулканическая деятельность, состав атмосферы и пр. С другой стороны, могли меняться и космические влияния на Землю.

2. Рассматривая органические и неорганические ископаемые как признаки климатов прошлого, исходят из положения, что в прошлом существовали те же зависимости флоры, фауны, выветривания, почвообразования и пр. от климата, какие существуют и в настоящем. Интенсивное накопление морских известняковых осадков, например, а также образование коралловых рифов в настоящее время происходит в мелководных теплых морях. Обнаружение обширных и мощных толщ морских известняков и коралловых рифов в средних широтах (например, в Центральной Европе в слоях, начиная с кембрия) говорит о более теплом климате, существовавшем в этих широтах в разные эпохи жизни Земли. В пластах бурых углей в Европе вплоть до верхнего миоцена обнаруживаются остатки таких теплолюбивых растений, как веерные пальмы. Образование каменного угля происходило некогда и в Антарктиде. Богатство ископаемых видов пресмыкающихся и их огромные размеры также являются признаками теплых климатов. По распределению ископаемых рыб на протяжении третичного периода можно сделать заключение о постепенном похолодании в течение этого периода.

Одним из признаков холодных периодов является слабое химическое выветривание и, наоборот, преобладающее физическое выветривание с обилием обломочного материала в отложениях. Особенно важными показателями являются, характерные отложения и формы ландшафта, связанные с оледенениями (моренные отложения, ископаемые льды), а также соответствующие флора и фауна.

Важнейшим признаком сухих (аридных) периодов является усиленное отложение солей (особенно если климат также и жаркий). Пояса месторождений ископаемых солей на Земле меняли свое положение на протяжении геологических эпох. Пустыням прошлого, как и современным пустыням, были, свойственны определенные явления выветривания, окремнения, переноса песка, дюнообразования и т. д. Признаки таких явлений можно установить и в геологических слоях. Сухие периоды определяются также по остаткам сухолюбивой (ксероморфной) растительности, по остаткам степных животных.

Во влажных климатах сильно химическое выветривание. Поэтому признаками влажных (и достаточно теплых) периодов в прошлом являются продукты химического выветривания в составе осадочных пород, такие, как каолин, железные, марганцевые и бокситовые руды и пр. Важными показателями таких климатов являются залежи торфа и каменного угля, а также остатки богатой древесной растительности.

Есть определенные геологические признаки распределения ветра в минувшие эпохи, признаков гроз, сезонных изменении климата и пр.

Для четвертичного периода (плейстоцена), когда уже появился человек, кроме геологических средств исследования климатов прошлого, применяются еще и археологические. Геологически установлено, что в первой половине четвертичного периода Сахара отличалась обилием осадков и многочисленными полноводными реками. Археологические же исследования показывают, что несколько сотен тысяч лет назад Сахара была плодородным обитаемым плато.

3. Существует ряд попыток реконструкции климатов геологического прошлого. Наиболее разработаны представления о смене климатов в четвертичном периоде. Но в общем представления о геологических климатах носят очень общий характер.

Не будем останавливаться на последовательности предполагаемых изменений климата на протяжении ряда геологических периодов. Заметим только, что в течение последнего полумиллиарда или миллиарда лет климат Земли в умеренных и высоких широтах в основном был более теплым, чем в настоящее время. Льды в полярных и средних широтах в течение преобладающей части указанного периода отсутствовали. Климатическая зональность поэтому не была выражена так контрастно, как теперь. Тропическая флора распространялась далеко в высокие широты.

Однако на основном фоне "нормального" теплого климата неоднократно происходили сравнительно кратковременные похолодания, охватывающие сотни тысяч или миллионы лет. В ряде случаев развивались оледенения в высоких и средних широтах. Климатическая зональность в такие периоды усиливалась, т. е. углублялись тепловые и иные климатические различия между высокими и низкими широтами.

Последние несколько сотен тысяч лет - четвертичный период- являются как раз таким холодным периодом, на протяжении которого несколько раз развивались сильные оледенения. Климатические условия существенно менялись и в рамках четвертичного периода: ледниковые эпохи сменялись межледниковыми. Но в целом четвертичный период - холодный период в истории Земли.

От начала первого оледенения четвертичного периода прошло 600-700 тыс. лет. Последнее оледенение закончилось несколько десятков тысяч лет тому назад. Теперь человечество живет в послеледниковую или межледниковую эпоху. Однако большие площади Земли в высоких широтах и сейчас находятся под ледниковым покровом (сохраняющимся, по-видимому, в качестве реликта). Климат современной эпохи следует считать относящимся не к геологической <норме>, а все еще к холодному периоду.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УПРАВЛЕНИЯ»

Институт управления финансами и налогового администрирования

Кафедра управления инновациями в реальном секторе экономике

По дисциплине «ЕНОИТ»

На тему: Климат Земли в прошлом, настоящем, будущем. Его влияние на развитие цивилизации

Работу выполнила:

Разгуляева Арина Николаевна

Менеджмент 1-1, 1 курс

Москва, 2014

ВВЕДЕНИЕ

КЛИМАТ ДОКЕМБРИЯ

КЛИМАТ ПАЛЕОЗОЯ

КЛИМАТ МЕЗОЗОЯ

КЛИМАТИЧЕСКИЙ ОПТИМУМ

КЛИМАТ СРЕДНЕВЕКОВЬЯ

МАЛЫЙ ЛЕДНИКОВЫЙ ПЕРИОД

КЛИМАТ БЛИЖАЙШЕГО БУДУЩЕГО

ВЛИЯНИЕ КЛИМАТА НА РАЗВИТИЕ ЦИВИЛИЗАЦИИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ПЕРВОИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

В последнее десятилетие проблема изучения древних климатов приобрела особое значение в связи с возможностью их использования для уточнения прогнозирования климата ближайшего и отдаленного будущего. Особая важность проблемы будущего климата планеты определяется тем, что хозяйственная деятельность человека всецело зависит от климатических условий. Но в последние годы в результате хозяйственной деятельности людей возможны крупные изменения климата. Непреднамеренное глобальное загрязнение окружающей среды продуктами сжигания топлива, происходящее в региональном и глобальном масштабе, мелиоративные и ирригационные работы, строительство гидроэлектростанций и водохранилищ, уничтожение лесов на огромных площадях и т.д. могут вызвать климатические изменения, по своему характеру и размерам сходные с глобальными естественными изменениями климата, происходившими в геологическом прошлом.

Цель работы

Показать:

.Изменения климата Земли в течение её развития

.Взаимосвязь климата прошлого, настоящего и будущего

.Влияние климата на развитие цивилизации

1. Климат докембрия

Когда же возник климат на Земле? Термин "климат" был введен древнегреческим астрономом Гиппрахом из Никеи во 2 веке до нашей эры. По современным представлениям климат возник после того, как недра Земли стали разогреваться, и в них стали образовываться глубинные «реки», несущие тепло. В это время сквозь расплавленные участки земной коры на ее поверхность стали поступать различные соединения газа. Так образовывалась первая атмосфера. Она состояла из смеси углекислого газа, аммиака, азота, водяного пара, водорода, соединений серы и паров сильных кислот. Абсолютное преобладание в ней углекислого газа и большое содержание водяного пара способствовали тому, что такая атмосфера легко пропускала солнечный свет. В результате, это привело к сильному повышению температур, которые могли достигать порядка 500°C. К примеру, аналогичные температуры характерны для поверхности Венеры.

В дальнейшем в результате постепенного уменьшения количества углекислого газа, аммиака и водяного пара в атмосфере и появлением других газов так называемый парниковый эффект начал спадать. Температуры на Земле стали понижаться. Это, в свою очередь, способствовало конденсации паров воды. Возникла гидросфера. С её образованием начался новый этап развития органических веществ. Вода - та первая среда, в которой родилась и развивалась жизнь.

Первые микроскопические организмы появились более 3,8 млрд. лет назад. Это время было довольно неуютным для живых существ. Плотная атмосфера без кислорода, постоянно раскалывающаяся сильнейшими землетрясениями поверхность планеты, огромные потоки глубинного расплавленного вещества и постоянно выделяющиеся из недр газы. В воде не было условий, для развития организмов того времени. Вода постоянно была в кипящем состоянии. В такой среде могли существовать немногие микроскопические организмы.

Со временем внутренняя активность планеты затихала. Все меньше и меньше из глубин выделялось аммиака и углекислого газа, то, что попадало в атмосферу, использовалось на процессы окисления и использовалось микроскопическими организмами на образование кремнистых и карбонатных горных пород. Возможно, в связи с этим и началось снижение температуры на Земле. По геологическим масштабам оно произошло очень стремительно, и уже 2,5-2,6 млрд. лет назад, настолько сильно похолодало, что на земной поверхности началось первое оледенение.

Изучая возникшие в тот период напластования горных пород, геологи не раз замечали присутствие в них образований, похожих на современные морены. Это были хорошо отполированные валуны и скопления галек очень твердых пород с многочисленными штриховками и шрамами, которые могли быть оставлены только острыми краями горных пород, впаянных в лед. Все это свидетельствовало о ледниковой природе рельефа и горных пород, но в то же время противоречило существовавшему мнению о господстве в то далекое время высоких температур и очень теплого климата. Тщательное изучение следов оледенения в докембрийскую эпоху привело к тому, что были найдены неопровержимые доказательства существования в глубокой древности обширных ледниковых покровных оледенений.

В докембрии по развитию древних моренных отложений и связанных с ними образованиями выделяется существование следующих эпох оледенения. Наиболее древнее оледенение произошло 2500-2600 млн. лет назад, и носит название Гуронского. Морены этих лет известны в Европе, Южной Азии, Северной Америке и Западной Австралии.

Следы оледенения с возрастом около 950 млн. лет обнаружены в Гренландии, Норвегии и на острове Шпицберген. Около 750 млн. лет назад в Австралии, Китае, на эго-западе Африки и в Скандинавии произошло Стуртианское оледенение. Наиболее сильно выражено Варангианское оледенение, которое произошло 660-680 млн. лет назад. Данные ледниковые породы найдены в Северной Америке, Гренландии, на Шпицбергене, британских островах, в Скандинавии, во Франции, Китае, Австралии, Африке, Южной Америке и на Северо-востоке России.

Низкие температуры держались довольно длительный период. Затем температуры на земной поверхности повысились, льды растаяли, уровень Мирового океана повысился, и снова наступила благоприятная пора для расцвета микроскопических организмов и сине-зеленых водорослей.

2. Климат палеозоя

Палеозой начался колоссальным разливом морей, последовавшим за появлением обширных частей суши в позднем протерозое. Большинство геологов полагают, что в ту эпоху существовал единый огромный континентальный блок, называемый Пангея (в переводе с греческого - «вся земля»), который был со всех сторон окружен мировым океаном. Позднее этот единый континент распался на части.

Кембрийский период (570-490 млн. лет назад)

О климате Кембрийского периода имеются весьма скудные и отрывочные сведения. После развития покровного оледенения на многих континентах (Южная Америка, Африка, Австралия, Северная Европа) в начале кембрия наступило значительное потепление. Практически на всех континентах создавались тропические условия. Свидетельством этого является наличие богатого теплолюбивого комплекса морской фауны. Тропические побережья материков окаймляли гигантские рифы из строматолитов, во многом напоминавшие коралловые рифы современных тропических вод. Предполагается, что для морей Сибири в раннем кембрии температура воды не опускалась ниже 25° С.

Ордовикский период (490-440 млн. лет назад)

В течение ордовикского периода климат претерпел существенные изменения. На протяжении периода массивы суши смещались все дальше и дальше к югу. Старые ледниковые покровы кембрия растаяли, и уровень моря повысился. Большая часть суши была сосредоточена в теплых широтах. Анализ климатических условий этого периода позволяет считать, что в среднем и позднем ордовике наступило значительное похолодание, охватившее многие материки.

Силурийский период (440-400 млн. лет назад)

В самом начале силурийского периода на континентах продолжали господствовать сравнительно прохладные условия. Для этого времени известны небольшой мощности ледниковые образования в Боливии, на севере Аргентины и на востоке Бразилии. Не исключено, что ледники могла покрывать и некоторые районы Сахары. Гондвана надвинулась на Южный полюс. Массивы суши, образующие Северную Америку и Гренландию, сближались. В конечном итоге они столкнулись, образовав гигантский сверхматерик Лавразию. Это был период бурной вулканической активности и интенсивного горообразования. Похолодание в начале раннего силура сравнительно быстро сменилось потеплением, которое сопровождалось постепенной миграцией к полюсам субтропического климата. Если на северо-востоке Бразилии в начале раннего силура встречаются толщи морен, то позднее среди этих отложений начинают преобладать продукты выветривания, характерные для теплого климата. Потепление привело к возникновению в высоких и средних широтах климата, близкого к субтропическому.

Девонский период (400-350 млн. лет)

Ученые считают, что поскольку в девонский период на материках были широко представлены теплолюбивые виды организмов и осадочных образований, то колебания температурного режима вряд ли выходили за пределы тропического климата. Девонский период был временем величайших катаклизмов на нашей планете. Европа, Северная Америка и Гренландия столкнулись между собой, образовав огромный северный сверхматерик Лавразию. При этом с океанского дна были вытолкнуты кверху огромные массивы осадочных пород, сформировавшие громадные горные системы на востоке Северной Америки и на западе Европы. Эрозия поднимающихся горных хребтов привела к образованию большого количества гальки и песка. Из них сформировались обширные отложения красного песчаника. Реки выносили в моря горы осадков. Образовались обширные болотистые дельты, что создавало идеальные условия для животных, осмелившихся сделать первые, столь важные шаги из воды на сушу. К концу периода уровень моря понизился. Климат со временем потеплел и стал более резким, с чередованием периодов ливневых дождей и жесткой засухи. Обширные районы материков стали безводными.

Каменноугольный период (350-285 млн. лет)

В раннем карбоне на планете господствовал влажный тропический климат. Об этом свидетельствует широкое распространение карбонатных отложений, теплолюбивый тип морской фауны. Влажные тропические условия характерны для значительной части континентов как северного, так и южного полушария. В среднем и особенно позднем карбоне отчетливо проявляется климатическая зональность. Одной из характерных особенностей этого времени является значительное похолодание и появление в южном полушарии крупных ледниковых покровов, что в свою очередь привело к резкому сокращению субтропического и тропического поясов и общему понижению температуры. Даже в экваториальном поясе средние температуры в позднем карбоне понизились на 3-5°C. Также вместе с похолоданием в ряде областей появились признаки иссушения климата.

Пермский период (285-230 млн. лет)

Климат пермского периода характеризовался резко выраженной зональностью и возрастающей засушливостью. В целом можно сказать, что он был близок к современному. Для ранней перми, за исключением западного полушария, выделяются тропический, субтропический и умеренный пояса с различным режимом увлажнения. В начале периода продолжалось оледенение, начавшееся в карбоне. Оно было развито на южных материках. Постепенно климат становится очень сухим. Пермь характеризуется наиболее обширными пустынями в истории планеты: пески покрывали даже территорию Сибири.

3. Климат мезозоя

Триасовый период (230-190 млн. лет)

В триасовый период на Земле господствовал равнинный рельеф, который предопределил широкое распространение однотипных климатов на обширных площадях. Климат позднего триаса характеризовался высокими температурами и резко возросшей степенью испаряемости. Для эпохи раннего и среднего триаса трудно провести термическую зональность, так как практически повсеместно распространены показатели только высоких температур. Относительно прохладные условия существовали на крайнем северо-востоке Евразии и на северо-западе Североамериканского континента. Ландшафты суши оставались опустыненными, а растительность произрастала только на обводненных низменностях. Мелкие моря и озёра интенсивно испарялись, из-за чего вода в них стала очень солёной.

Юрский период (190-135 млн. лет)

В течение ранней и средней юры существовала не только термическая зональность, но и зональность, вызванная различием во влажности. В среднеюрскую эпоху существовали тропический, субтропический и умеренный пояса с различным режимом увлажнения. В пределах тропического и экваториального поясов происходило интенсивное химическое выветривание, произрастала теплолюбивая растительность, а в мелководных морях обитала тропическая фауна. В позднеюрскую эпоху по характеру температурного режима выделяются тропические, субтропические и умеренные пояса. Температура для позднеюрской эпохи колебалась в пределах 19-31,5°C. Для позднеюрской эпохи отсутствуют достоверные индикаторы, позволяющие выделить экваториальный пояс. Вероятно, экваториальные условия с сезонным увлажнением существовали в основном в Бразилии и Перу. На Африканском континенте и в Южной Евразии в экваториальной части, вероятно, преобладали пустынные ландшафты.

Меловой период (135-65 млн. лет)

В течение меловой эпохи на Земле существовали экваториальный, обширный тропический, субтропический и умеренный пояса.70 миллионов лет назад Земля охлаждалась. На полюсах сформировались ледяные шапки. Зимы становились суровее. Температура падала местами ниже +4 градусов. Для динозавров мелового периода этот перепад был резким и весьма ощутимым. Такие колебания температуры были вызваны расколом Пангеи, а затем Гондваны и Лавразии. Уровень моря поднялся и опустился. Струйные течения в атмосфере изменились, вследствие чего изменились и течения в океане. В конце мелового периода температура стала резко подниматься. Существует гипотеза, согласно которой причиной этих изменений являлись океаны: вместо того, чтобы поглощать тепло они, возможно, отражали его обратно - в атмосферу. Тем самым они вызвали парниковый эффект.

4. Климатический оптимум

Около 15 тыс. лет назад началось потепление. Ледниковый покров стал уменьшаться и отступать. Вслед за ним перемещались растения, которые постепенно осваивала все новые и новые ареалы. На протяжении климатического оптимума площадь морских полярных льдов в Северном Ледовитом океане значительно уменьшилась. Средняя температура вод в Арктике была на несколько градусов выше, чем в настоящее время. О наличии сравнительно высоких температур в то время свидетельствует существенное расширение ареала обитания некоторых животных. Теплый климат в Европе способствовал перемещению на север многих видов растений. В течение климатического оптимума сильно повысилась граница линии снегов. В горах леса поднялись почти на 400-500 м выше современного уровня. Если температура в период климатического оптимума в средних широтах повсеместно повысилась, то влажность менялась очень неравномерно. Она увеличивалась на севере европейской части России, а южнее 50-х широт она, наоборот, снижалась. В связи с этим ландшафты степей, полупустынь и пустынь располагались севернее современных. В Средней Азии, на Ближнем и Среднем Востоке влажность во время климатического оптимума была намного выше, чем в настоящее время. Теплый и влажный климат всего 10 тыс. лет назад существовал во всех ныне засушливых областях Азии и Африки.

Стоит обратить внимание на историю пустыни Сахара. Примерно 10- 12 тыс. лет назад на юге нынешней Сахары располагались два огромных пресных озера с густой тропической растительностью на берегах, не уступавшие по своим размерам современному Каспийскому морю. Однако благоприятный период климатического оптимума быстро подошел к концу. Все чаще стала появляться засуха, и наконец, под напором песков растительность исчезла, реки и озера высохли.

Следы потепления хорошо сохранились даже в Антарктиде. В частности, это следы водной эрозии, показывающие, что временами лед в Антарктиде оттаивал, и потоки воды размывали талый грунт.

Во время климатического оптимума было не только тепло, но и влажно, особенно в тех районах, которые в настоящее время принято считать засушливыми. Общее потепление привело к смещению к полюсам климатических поясов, изменилась атмосферная циркуляция. На ныне засушливые области выпадало большое количество осадков. Если внимательно изучить на карте поверхность современных пустынь, хорошо заметны сухие русла, по которым ранее протекали реки, и блюдцеобразной формы низины, бывшие в прошлом озерами.

Климат оказывал прямое воздействие на хозяйственную деятельность людей. С началом климатического оптимума наступает один из самых благоприятных этапов в жизни человечества. Для этого периода характерен не только высокий уровень изготовления орудий из камня, но и переход на оседлый образ жизни. Возникновение земледелия и скотоводства было связано не только с изменением климатических условий, но и с неразумной хозяйственной деятельностью. Благоприятный климат способствовал широкому распространению лесов и диких животных. Люди искали, добывали и потребляли в пищу то, что было не сложно достать, что давала природа. Но взамен ничего не создавали. С течением времени количество животных, особенно крупных, стало сокращаться. Людям проще было вместе убить крупное животное, чем долго выслеживать несколько мелких. Кроме того, охотники убивали наиболее сильных и приспособленных животных, а больные и старые доставались хищникам. Тем самым первобытные люди подрывали основу воспроизводства животных.

Неуспешная охота, длительные переходы в поисках животных, количество которых сильно сокращалась, побудили древних людей начать одомашнивать животных. Древнейшими районами одомашнивания были территории нынешней пустыни Сахары, междуречье Тигра и Евфрата, Инда и Ганга. Племена скотоводов в первое время кочевали, чтобы найти пригодные пастбища. Численность скота увеличивалась, стало тяжелее находить открытые участки. Скотоводы, как и земледельцы, стали жечь леса и использовать свободную землю для пастбищ и пашен. Освоение земель в зонах, подверженных климатическим изменениям, приводило к нарушению веками сложившегося равновесия. Изменялся влагооборот и температурный режим Земли. Массовый выпас скота способствовал быстрой деградации почвенного покрова. Уничтоженные леса, саванны и пастбища не восстанавливались. При наступлении засухи в связи с наступающим похолоданием в областях некогда пышных лесов и саванн возникли полупустынные и пустынные ландшафты.

Этот период можно назвать первым экологическим кризисом. В дальнейшем неразумное хозяйствование и вмешательство человека во многие природные процессы не раз приводили к весьма нежелательным результатам, некоторые заканчивались катастрофами.

5. Климат средневековья

Климатический оптимум окончился во II тыс. до н. э. Наступило похолодание, которое продолжалось вплоть до IV в. н. э. После этого на Земле вновь стало теплее. Теплый период продолжался с IV по XIII в., т. е. охватил раннее средневековье.

В Европе растительность средиземноморья уже не смогла преодолеть Альпы. Но все-таки почти на сотню километров к северу переместились границы произрастания теплолюбивой растительности. В Исландии снова стали выращивать зерно. Виноград выращивали на всем южном побережье Балтийского моря и даже в Англии. Самый пик потепления в Исландии пришелся на XI- XII вв. Было тепло везде: в Америке и в Азии. Древние летописи Китая сообщают, что в VII-X вв. в долине Хуанхэ росли мандарины, это означает, что климат этих территорий был субтропическим, а не умеренным, как в настоящее время. В период малого климатического оптимума влажный климат господствовал в Кампучии, Индии, странах Ближнего и Среднего Востока, Египте, Мавритании и странах, расположенных на юге пустыни Сахара.

Развитие человеческого общества, различные события в жизни народов и государств, межгосударственные отношения документально хорошо зафиксированы в Европе. Многие народы населяли этот континент в раннем средневековье, но в качестве примера остановимся на жизни викингов, так как их саги рассказывают много о природных условиях конца I и начала II тыс. Выходцы из Скандинавии, викинги, в России их называли варягами, совершали дальние переходы, захватывали чужие страны и осваивали новые земли. Завоеваниям и переходам викингов способствовало потепление климата. В X в. викинги открыли Гренландию. Своим названием этот остров обязан тем, что в то время он представился викингам в виде безбрежного зеленого ковра. На 25 судах 700 человек со скарбом и скотом переплыли Северную Атлантику и основали в Гренландии несколько крупных поселений. Поселенцы в Гренландии занимались скотоводством и, вероятно, возделывали зерновые. Трудно себе представить, что Гренландия, этот безмолвный и покрытый толстым ледяным панцирем остров, всего тысячу лет назад мог быть цветущим. Однако на самом деле это было так. Викинги пробыли в Гренландии недолго. Под натиском наступающего льда и развивающегося похолодания они вынуждены были покинуть этот огромный остров. Лед хорошо сохранил дома, хозяйственные постройки и предметы утвари викингов, а также следы пребывания скота и даже остатки зерновых.

На небольших деревянных судах, которые обладали прекрасными мореходными качествами, викинги совершали плавание не только в западном направлении и доплывали до берегов Канады, но и плавали далеко на север. Они открыли Шпицберген, неоднократно входили в Белое море и достигали устья Северной Двины. Все это дает основание считать, что в начале II тыс. в Арктике вероятнее всего, многолетний толстый лед отсутствовал. На Шпицбергене недавно обнаружены остатки ископаемой тундровой почвы, имеющей возраст всего 1100 лет. Следовательно, в X-XI вв. и даже раньше на Шпицбергене не только отсутствовал ледниковый покров, но и располагались тундровые и лесотундровые ландшафты.

Причины малого климатического оптимума средневековья:

1.Повышенная солнечная активность

.Редкие извержения вулканов

.Периодические колебания Гольфстрима, связанные с изменением солености океанской воды, которая в свою очередь зависит от изменений объемов ледников

6. Малый ледниковый период

После теплой эпохи наступило новое похолодание, которое получило название малого ледникового периода. Этот период продолжался с XIV до конца XIX в. Малый ледниковый период делится на три фазы.

Первая фаза (XIV-XV века)

Исследователи полагают, что наступление малого ледникового периода было связано с замедлением течения Гольфстрима около 1300 года. В 1310-х годах Западная Европа пережила настоящую экологическую катастрофу. После традиционно тёплого лета 1311 года последовали четыре хмурых и дождливых лета 1312-1315 годов. Сильные дожди и необыкновенно суровые зимы привели к гибели нескольких урожаев и вымерзанию фруктовых садов в Англии, Шотландии, северной Франции и Германии. Зимние заморозки стали поражать даже северную Италию. Прямым следствием первой фазы малого ледникового периода стал массовый голод первой половины XIV века.

Примерно с 1370-х годов температура в Западной Европе стала медленно повышаться, массовый голод и неурожаи прекратились. Однако холодное, дождливое лето было частым явлением на протяжении всего XV века. Зимой часто наблюдались снегопады и заморозки на юге Европы. Относительное потепление началось только в 1440-е годы, и оно сразу привело к подъёму сельского хозяйства. Однако температуры предшествовавшего климатического оптимума восстановлены не были. Для Западной и Центральной Европы снежные зимы стали обычным явлением.

Существенным было влияние малого ледникового периода и на Северную Америку. На восточном побережье Америки было чрезвычайно холодно, в то время как центральные и западные районы территории современных нам США стали настолько сухими, что Средний Запад превратился в регион пыльных бурь; горные леса полностью выгорели.

В Гренландии стали наступать ледники, летнее оттаивание грунтов становилось всё более кратковременным, и к концу века здесь прочно установилась вечная мерзлота. Выросло количество льда в северных морях, и предпринимавшиеся в последующие века попытки достигнуть Гренландии обычно заканчивались неудачей.

Вторая фаза (XVI век)

Вторая фаза ознаменовалась временным повышением температуры. Возможно, это было связано с некоторым ускорением течения Гольфстрима. Другое объяснение «межледниковой» фазы XVI века - максимальная солнечная активность. В Европе вновь было зафиксировано повышение среднегодовых температур, хотя уровень предшествовавшего климатического оптимума достигнут не был. В некоторых летописях даже упоминаются факты «бесснежных зим» середины XVI века. Однако приблизительно с 1560 года температура начала медленно понижаться. По-видимому, это было связано с началом снижения солнечной активности. 19 февраля 1600 года произошло извержение вулкана Уайнапутина, сильнейшее за всю историю Южной Америки. Считается, что это извержение было причиной больших климатических изменений в начале XVII века.

Третья фаза (условно XVII - начало XIX века)

Третья фаза стала наиболее холодным периодом малого ледникового периода. Пониженная активность Гольфстрима совпала по времени с наиболее низким после V в. до н. э. уровнем солнечной активности. После сравнительно тёплого XVI века в Европе резко снизилась среднегодовая температура. Глобальная температура понизилась на 1-2 градуса по Цельсию. На юге Европы часто повторялись суровые и продолжительные зимы, в 1621-1669 годах замерзал пролив Босфор, а зимой 1708-1709 годов у берегов замерзало Адриатическое море. По всей Европе наблюдался всплеск смертности.

Новую волну похолодания Европа пережила в 1740-е годы. В это десятилетие в ведущих столицах Европы - Париже, Петербурге, Вене, Берлине и Лондоне - отмечались регулярные метели и снежные заносы. Во Франции неоднократно наблюдалась снежная пурга. В Швеции и Германии, по свидетельствам современников, сильные метели нередко заметали дороги. Аномальные морозы отмечались в Париже в 1784 году. До конца апреля город находился под устойчивым снежным и ледовым покровом. Температура колебалась от -7 до -10 °C.

Причины малого ледникового периода:

1.Усиление активности вулканов, пепел которых затмевал солнечный свет

.Понижение солнечной активности

.Замедление Гольфстрима

7. Климат ближайшего будущего

Каким же будет климат? Одни считают, что на планете будет похолодание. Конец XIX и XX столетие - это передышка, подобная той, какая была в средние века. После потепления температура вновь понизится и наступит новый ледниковый период. Другие говорят, что температуры будут непрерывно повышаться.

В результате хозяйственной деятельности человека в атмосферу во все возрастающем количестве поступает углекислый газ, создающий тепличный эффект; Окислы азота вступают в химические реакции с озоном, разрушают преграду, благодаря которой существует на Земле не только человечество, но и все живое. Хорошо известно, что озоновый экран препятствует проникновению ультрафиолетового излучения, которое пагубно воздействует на живой организм. Уже сейчас в крупных городах и промышленных центрах повышена тепловая радиация. В ближайшем будущем этот процесс усилится. Тепловые выбросы, в настоящее время оказывающие влияние на погоду, в будущем будут интенсивнее воздействовать на климат.

Установлено, что в земной атмосфере прогрессивно снижается количество углекислого газа. В течение всей геологической истории содержание этого газа в атмосфере довольно сильно менялось. Было время, когда углекислого газа в атмосфере было в 15-20 раз больше, чем в настоящее время. Температура Земли в этот период была довольно высокой. Но стоило количеству углекислоты в атмосфере снизиться, как температуры понижались.

Прогрессивное снижение углекислого газа в атмосфере началось около 30 млн. лет назад и продолжается ныне. Расчеты показывают, что уменьшение атмосферной углекислоты будет происходить и в будущем. В результате снижения количества углекислого газа произойдет новое сильнейшее похолодание, наступит оледенение. Это может случиться через несколько сотен тысяч лет.

Это достаточно пессимистическая картина будущего нашей Земли. Но здесь не учитывается влияние хозяйственной деятельности человечества на климат. А оно настолько велико, что равноценно некоторым природным явлениям. В предстоящие десятилетия основное воздействие на климат будут оказывать, по крайней мере, три фактора: скорость роста выработки различных видов энергетики, главным образом тепловой; увеличение содержания углекислого газа в атмосфере в результате активной хозяйственной деятельности людей; изменение концентрации атмосферного аэрозоля.

В наше столетие естественная убыль атмосферной углекислоты не только была приостановлена в результате хозяйственной деятельности человечества, но в 50-е и 60-е годы начали медленно повышаться концентрации углекислого газа в атмосфере. Это было обусловлено развитием промышленности, резко возросшим количеством сжигаемого топлива, необходимого для выработки тепла и энергии.

Значительное влияние на содержание атмосферной углекислоты и формирование климата оказывают вырубки лесных массивов, продолжающиеся во все возрастающих размерах, как в тропических странах, так и в умеренном поясе. Уменьшение площади лесных массивов приводит к двум весьма нежелательным для человечества последствиям. Во-первых, сокращается процесс переработки углекислого газа и выделение растениями свободного кислорода в атмосферу. Во-вторых, при вырубке лесов, как правило, оголяется земная поверхность, а это приводит к тому, что солнечная радиация отражается сильнее и вместо нагревания и сохранения тепла в приземной части поверхность, наоборот, охлаждается.

Однако при прогнозе климата будущего надо исходить из реально существующих тенденций, вызванных хозяйственной деятельностью человека. Анализ многочисленных материалов по антропогенным факторам, воздействующим на климат, позволил советскому ученому М.И. Будыко еще в начале 70-х годов дать достаточно реалистический прогноз, согласно которому увеличивающаяся концентрация атмосферной углекислоты приведет к повышению средних температур приземной части воздуха к началу XXI в. Этот прогноз в то время был практически единственным, так как многие климатологи считали, что процесс похолодания, начавшийся в 40-е годы нынешнего столетия, будет продолжаться. Время подтвердило правильность прогноза. Еще 25 лет назад содержание углекислого газа в атмосфере составляло 0,029 %, но за прошедшие годы оно увеличилось на 0,004%. Эта, в свою очередь, привело к возрастанию средних глобальных температур почти на 0,5°C.

Каким образом распределятся температуры на земном шаре после повышения? Наибольшие изменения температуры приземной части воздуха будут происходить в современных арктическом и субарктическом поясах в зимний и осенний сезон. В Арктике средняя температура воздуха в зимний сезон возрастет почти на 2,5- 3°C. Такое потепление в области развития морских арктических льдов приведет к их постепенной деградации. Таяние начнется в периферических частях ледникового щита и медленно будет смещаться в центральные районы. Постепенно толщина льда и площадь ледяного покрова будут уменьшаться.

В связи с изменением температурного режима в ближайшие десятилетия должен стать другим и характер водного режима земной поверхности. Глобальное потепление на планете всего на 1° приведет к уменьшению количества осадков в значительной части степной и лесостепной зон умеренного климатического пояса примерно на 10-15 % и к увеличению примерно на такую же величину увлажненной зоны в субтропическом поясе. Причины такого глобального изменения заключаются в существенном изменении атмосферной циркуляции, которая происходит в результате уменьшения разности температур между полюсами и экватором, между океаном и континентами. В период потепления таяние льдов в горах и особенно в полярных областях вызовет повышение уровня Мирового океана. Увеличившаяся площадь зеркала водной поверхности будет оказывать сильное влияние на формирование атмосферных фронтов, облачности, увлажненности и в значительной степени повлияет на рост испаряемости с поверхности морей и океанов.

Предполагается, что в первой четверти XXI в. в тундровой зоне, которая к тому времени полностью исчезнет и заменится таежной, осадки в основном будут выпадать в виде дождей и общая сумма осадков намного превысит современные. Она достигнет величины 500-600 мм в год. Учитывая, что средние летние температуры в современной тундровой зоне повысятся до 15-20°С, а средние зимние - до минус 5-8 °С, эти области перейдут в пояс умеренного климата. Здесь возникнут ландшафты хвойных лесов (таежная область), но не исключена возможность появления зоны смешанных лесов.

При развитии потепления в Северном полушарии расширение географических или ландшафтно-климатических областей будет происходить в северном направлении. Сильно расширятся области равномерного и переменного увлажнения. Что же касается областей с недостаточным увлажнением, то смена температурного режима отразится на миграции областей пустынь и полупустынь. Увеличивающееся увлажнение в тропических и экваториальных областях вызовет постепенно сокращение пустынных и полупустынных ландшафтов. Они будут сокращаться на южных границах. Однако взамен этого произойдет расширение их к северу. Засушливые области как бы будут мигрировать к северу. Предполагается также расширение в пределах умеренного пояса лесостепных и степных областей за счет сокращения зоны широколиственных лесов.

8. Влияние климата на развитие цивилизации

климат ледниковый докембрийский

Хозяйственная деятельность человека во многом зависит от климата и определяется им. На заре развития человеческого общества климат был одним из главных факторов, который определял выбор человеком мест обитания и охоты, мест собирания, а в дальнейшем и выращивание определенных продуктов питания и т.д. Климат оказывал влияние даже на развитие цивилизации. Так, в период потепления исландские поселенцы посылали своих колонистов на запад Гренландии. В результате похолодания колония в Гренландии пришла в упадок, а в дальнейшем усиление холода привело к уничтожению и основных колоний норманнов в Исландии.

Последовательное усиление засухи на территории Ближнего и Среднего Востока, происходившее в 1 тысячелетии до н.э., привело к уничтожению многих крупнейших для своего времени городов и поселений. Многие из них в дальнейшем оказались погребенными под слоем песка наступающих пустынь. Следовательно, изменение климата в ту или иную сторону приводило к весьма серьезным последствиям для развития цивилизаций.

Исторические данные дают огромный материал, свидетельствующий о том, что похолодание или засуха в древности приводили к резкому сокращению сельскохозяйственной продукции и в связи с этим периодически наступали голодные годы.

Согласно многочисленным оценкам климатологов, изменяющийся климат может оказать влияние на производство продовольствия, как в региональном, так и в глобальном масштабе. Так, например, после второй мировой войны урожайность зерновых культур возросла вследствие внедрения новой технологии в обработке почвы, возделывания, правильного внесения необходимого количества удобрений, вывода новых засухоустойчивых и морозоустойчивых сортов и т.д. В последнее десятилетие мировое продовольственное производство росло на 3% в год главным образом за счет ввода новых площадей под сельскохозяйственные угодья. Но вместе с тем прирост продовольственного производства, происходивший в течение 60-х годов 20 в., резко снизился в начале 70-х годов и главным образом в 1972 г. в результате неблагоприятного влияния климатических аномалий.

Большое влияние оказывает климат на распределение водных и энергетических ресурсов. Не вызывает сомнения тот факт, что колебания климата выражаются и в изменении циркуляции атмосферы, общего количества атмосферных осадков, режима выпадения осадков и общего количества речного стока. Несмотря на то, что системы водоснабжения и водохранилища спроектированы с определенными запасами, учитывающими погодные изменения в связи с возможными изменениями режима выпадения атмосферных осадков в будущем, в регионах, расположенных в засушливом климате, могут возникнуть большие проблемы с водоснабжением населенных пунктов и промышленных объектов.

В определенной мере изменения климата, как в сторону похолодания, так и потепления в будущем внесут свои коррективы в выработку и потребление энергии. Невозобновляемость топливных ресурсов и неуклонное их сокращение с течением времени создают дополнительные проблемы, которые особенно рельефно выражаются при наступлении похолоданий.

Несмотря на столь очевидную зависимость хозяйственной деятельности человека от климата, технические средства, уровень развития науки и особенно рост технических возможностей в обозримом будущем могут сильно изменить характер воздействия климатических изменений.

Заключение

Рассматривая процесс формирования и развития климата Земли с исторической стороны, можно прийти к выводу о том, что в течение последних 600 млн. лет климат неоднократно с определенной периодичностью менялся. В соответствии с климатическими колебаниями происходило изменение природных условий, менялся состав атмосферы, развивалась органическая жизнь, расширялись ареалы обитания растений и животных. С течением времени возникали новые типы климата и неизвестные раннее ландшафтно-климатические условия.

Многочисленные исследования климатологов разных стран свидетельствуют о том, что хозяйственная деятельность человека, связанная с сжиганием ископаемого топлива во все возрастающем количестве, а также сокращение лесных массивов в конечном счете приведут к изменению химического состава атмосферы. Можно ожидать, что в ближайшие десятилетия концентрация углекислого газа в атмосфере возрастет до полутора, а в первой четверти 21 века - почти в 2 раза по сравнению с современной эпохой. Для надежного прогнозирования, и, главное, для определения генерального направления хозяйственной деятельности человека в ближайшие десятилетия необходимо правильно представить себе не только характер или тенденцию изменения температуры, но и дать объективную характеристику ожидаемых изменений в природных условиях. Этому неоценимую помощь оказывает определение времени существования аналогичных климатических условий в геологическом прошлом и сопоставлении природных условий с предполагаемым в будущем.

Список первоисточников

1. Ясаманов Н.А. Занимательная климатология. 1989.

Ясаманов Н.А. Древние климаты Земли. 1985

Википедия - свободная энциклопедия. http://ru.wikipedia.org/wiki/Малый_ледниковый_период

Http://www.fio.vrn.ru/2004/7/index.htm

BBC «Климатические войны» (документальный фильм) 2008

Посмотрим теперь, что нам из­вестно об изменениях климата в настоящем и относительно не­давнем прошлом. Начнем с ре­зультатов инструментальных на­блюдений. Данные по температу­ре воздуха за последние 100 лет удалось представить в виде кри­вых, осредненных по всему север­ному полушарию для широт уме­ренного пояса (рис. 1, а). Что же оказалось?

От года к году отмечаются сильные температурные, в несколько градусов, колебания. В этих коле­баниях для температур и особен­но осадков во многих районах наблюдается квазидвухлетняя

цикличность. Такую цикличность объясняют как эффект удвоения периодов годовых сезонных ко­лебаний. Однако двухлетняя цикличность удерживается лишь 5-7 лет. Затем происходит пере­бой - аномалии одного знака два раза подряд, после чего цик­личность восстанавливается вновь на 5-7 лет. Эта цикличность наиболее четко проявляется в смене направления циркуляции в нижнем слое стратосферы в экваториальном поясе - с запад­ного на восточное и обратно. Поэтому и фазы циклов получили название «западная» и «восточ­ная», хотя, если принять гипотезу о резонансе с сезонными колеба­ниями, правильнее было бы гово­рить о «зимней» и «летней» фазах и ожидать сдвига циркуляции в течение соответствующих лет к зимнему или летнему типам.

Наряду с сильными межгодо­выми существуют меньшие, но устойчивые изменения между климатическими эпохами длиной порядка 30 лет. Их амплитуда - доли градуса, но речь идет о сред­них за десятки лет на площади в десятки миллионов квадратных ки­лометров. В 1960-1980-е годы в умеренном поясе и, по-види­мому, на всей Земле произошло небольшое похолодание относи­тельно предыдущих десятилетий 1930-1950-х годов. Но температу­ры на земном шаре в современ­ную эпоху в среднем на 0,5° выше, чем в начале XX столетия. В срав­нении с предыдущими десяти­летиями намного усилилась измен­чивость условий погоды.

Это, как показал советский климатолог профессор Б. Л. Дзер­дзеевский, отражает изменения типа циркуляции атмосферы. Если возмущения поля давления - циклоны и антициклоны - пере­двигаются вдоль широты, а вместе с ними перемещаются и воздуш­ные массы, то мы говорим о зо­нальной форме циркуляции. Если же широтная полоса атмосферных фронтов разрывается, а циклоны и воздушные массы смещаются по меридиану между широтами, то следует говорить о меридио­нальной форме циркуляции. Уси­ление меридиональной циркуля­ции приводит к частым северным и южным вторжениям и усили­вает изменчивость погод. На рис. 1, б отражена повторяемость зональной и меридиональной форм циркуляции. Из сопостав­ления с температурной кривой (см. рис. 1, а) видно, что в умерен­ных широтах в среднем за год зо­нальная циркуляция сопровожда­лась потеплением, а меридиональ­ная - похолоданием. Заметно также, что в начале века и в по­следние десятилетия меридио­нальная циркуляция повторялась чаще, а в середине века - реже, чем в среднем за столетие.

Подобное учащение перемен погоды (рост частоты аномалий) в современную эпоху - не исклю­чение. Анализ разрозненных ме­теорологических данных позволя­ет предполагать большие аномалии и в прошлом. Вспомним «Евге­ния Онегина»: «Снег выпал только в январе, на третье… (т. е. на пятнадцатое по новому стилю) в ночь». И произошло это где-то в Твери.

Заглянем глубже в прошлое. Сведения о погодных явлениях содержатся в исторических доку­ментах. Летописцы сообщают о засухах, наводнениях, морозах, полегании хлебов от дождей. В Москве уже с 1650 г. караульные стрельцы Приказа тайных дел Московского Кремля вели записи о погодных явлениях по балль­ной системе («мороз не велик», «морозец», «мороз», «великий мороз», «мороз непомерно лют»). Известно 2000 таких записей. Со­хранилось 7000 походных журна­лов эпохи Петра Первого, содер­жащих также записи о погоде. Сотрудником Института географии АН СССР М. Е. Ляховым сделана попытка количественной интер­претации летописей. Разность холодных и теплых аномалий за обозримый период он связал со средними температурами и осад­ками и по разности аномалий восстановил эти средние осадки и температуры по сезонам для Центральной России и Киева с 1200 г.

Другой пример. В Японии изве­стны даты цветения вишни за последние 1100 лет. Они испыты­вали колебания по годам в десятки дней, но и в среднем, например, в XI!-XIV в. вишня зацветала на 6 дней позже, чем в IX-X веках. Потепление в IX-X вв. охватило все северное полушарие. Известны исторические данные об уменьше­нии в это время льдов в Север­ной Атлантике (плавания Эрика Рыжего и его сына до Америки), смещение земледелия на север вплоть до Гренландии. Уменьша­лась ледовитость и в XVI в., когда западноевропейские путешествен­ники проникли на крайний север Западной Сибири и основали здесь богатый город Мангазею. Новое уменьшение ледовитости пришлось на середину XX в., создав благоприятные условия для развития Северного мор­ского пути. И наоборот, ледо­витость увеличивалась, а земледе­лие в Европе отступало к югу в холодные эпохи XIII-XIV и XVII-XIX вв. В теплый же XVI в. Москва снабжалась хлебом из вологодчины, а не с Поволжья и Черноземья, как впоследствии. В XII в. славились английские вина, виноделие распространялось до северной Германии. Затем северная его граница резко от­ступила. Однако, например, в Саксонии оно процветало и в XVI в. и вновь зарождается в XX в., т. е. в века потеплений. Спи­сок таких исторических примеров можно продолжать долго.

О многих изменениях природы, вызванных колебаниями климата, мы можем судить не по историче­ским документам, а по «записям», оставляемым самой природой. Высоко в горах и в полярных странах сохраняются ледники - скопления льда из выпадающего там снега, не успевающего стаять за короткое лето. Наблюдения за инструментальный период показы­вают, что колебания «языков» ледников связаны с изменением типов циркуляции атмосферы и средней температуры воздуха (рис. 1, в). Действительно, доля наступавших ледников в Альпах, которая была значительной в хо­лодный период начала XX в., ока­залась ничтожной при потеплении середины века и снова увеличилась в последние десятилетия.

Значит, и по данным о наступании ледников в прошлом мы мо­жем судить о прежних климати­ческих условиях. Следы ледни­ков - морены - иногда удается датировать по радиоуглеродному возрасту находящихся в них или перекрытых ими древесных ство­лов, остатков торфа или другой органики (метод состоит в измерении относительной концентрации радиоактивного изотопа углерода 14 С в образцах органических материалов. Живот­ные и растения, части которых представлены в образцах, при жизни ассимилировали 14 С из атмо­сферы, а после смерти, прекратив углеродный обмен с окружающей средой, постепенно теряют его вследствие распада. Период полураспада ра­диоуглерода равен 5570+30 лет, в связи с чем этот метод применим к отложениям, возраст ко­торых лежит в интервале от 500 до 40 тыс. лет). Дополнительные дан­ные о возрасте морен, образован­ных за последние 700-1500 лет, получают по диаметру «пятен» (слоевищ) некоторых видов ли­шайников, растущих столетиями на камнях. Далекие от нынешних ледников морены имеют возраст более десятка тысяч лет и отно­сятся, следовательно, к леднико­вой эпохе, а ближайшие к ледни­кам морены датируются XVII- XX, XIII и I-11 вв. (но очень редко промежуточными датами). Оче­видно, именно на эти периоды приходились стадии наступания ледников, а следовательно, они были холодными и (или) богатыми снегом.

Однозначно разделить вклад похолоданий или роста осадков в продвижение ледников на основа­нии только наблюдений за ними невозможно. Но есть и другой признак изменений климата - ширина, плотность, изотопный со­став древесных колец. Все эти характеристики зависят от клима­тических условий, собственного возраста, здоровья, местных условий питания, освещенности дере­ва и т. д. Климатический вклад выделяется при осреднении дан­ных по многим деревьям или на отдельных деревьях-великанах, выживших благодаря оптималь­ным местным условиям.

Совмещение характерных ано­малий ширины или плотности ко­лец на разных деревьях позволяет составить типовые «дендрохроно­логические» шкалы за тысячи лет. Сложен вопрос об их клима­тическом истолковании. Так же как и рост ледников, прирост деревьев может зависеть от коле­баний и тепла и влаги. Но в целом к теплу более чувствительны де­ревья, растущие в условиях его дефицита, т. е. у полярной или верхней (в горах) границы леса. К влаге же чувствительны деревья, растущие в условиях ее дефици­та, - в Евразии на южной, степ­ной границе леса.

Наконец, источником информа­ции о климатических условиях прошлого служит состав раститель­ных остатков (семян, пыльцы и др.), сохраняющихся в отложениях озер и торфяников. Колебания доли влаго- и сухолюбивых, теплолюби­вых и морозоустойчивых растений указывают на соответствующие изменения климата. Сходство на­боров видов растений, определяе­мое по составу пыльцы, собран­ной в древних отложениях, с их набором в современной раститель­ности других местностей указы­вает на сходство климата прошлого с современным климатом там, где такие растения живут теперь. О количестве осадков в прошлом судят и по степени разложения торфа в его глубоких слоях.

Все перечисленные здесь мето­ды восстановления климата, взя­тые в отдельности, недостаточно надежны. Но если применение нескольких методов дает соглас­ные результаты, такая надеж­ность намного возрастает. Кривые изменения состава пыльцы, шири­ны древесных колец, числа упоми­наний об аномалиях климата в летописях, изотопного состава льда для северной половины евро­пейской территории СССР за по­следнее тысячелетие согласно свидетельствуют об основных кли­матических изменениях. Начало тысячелетия отмечалось потепле­нием более сильным, чем в нашем столетии, затем в XII-XV вв. по­следовало похолодание, в XVI в. новое потепление, сравнимое с со­временным, в XVII-XIX вв. - новое похолодание, когда обыч­ным стало передвижение на конь­ках по редко замерзающим ныне голландским каналам, а в XX в. - новое потепление.Эпоху XIII - XIX вв. нередко называют «малым ледниковым периодом», хотя фак­тически было два холодных пе­риода, разделенных теплым XVI столетием.

Исходя из анализа изменений климата за последнее тысячеле­тие, можно считать, что потепле­ние XX в. подходит к концу. Оно не является исключительным, и по­этому его нельзя приписывать росту индустриализации. Вековые колебания климата за 1000 лет со­ставляли около 1,5-2,0°С, что отвечает колебаниям границ при­родных зон и условий земледе­лия на 200-300 км по широте или на 250-300 м по высоте в горах. В начале нашей эры в холодную эпоху Ливия служила хлебной житницей древнего Рима.

Таким образом, вековые ко­лебания климата в прошлом про­исходили так же, как и в наше время, и они влияли не только на хозяйство, но и на ход истории.

На протяжении всего тысячеле­тия не обнаружено ясного тренда в изменениях климата, который колебался около некоторого сред­него, что свидетельствует о посто­янстве условий на суше за это время. Вспомним, что ветра в Средиземноморье не изменились со времен плавания Одиссея, т. е. за 3000 лет. Распашка лесов зашла достаточно далеко и 1000 лет назад, о чем можно судить, например, по большой плотности земледельческих культур поздних «дьяковцев» на месте Москвы 1500 и более лет назад (Дьяковцы - культура, выделенная по рас­копкам у села Дьяково в Москве около Коломен­ского). Наконец, в последнее тысячелетие не заме­чено правильных колебаний клима­та. Эти колебания отражают слу­чайные аномалии стационарного процесса, причем их энергия воз­растает с ростом периода подобно амплитуде колебаний молекул в броуновском движении.

Однако, как мы уже говорили, судя по геологическим данным, климат не остается стационарным вечно. Если колебания климата в силу обратных связей приво­дят к изменению влияющих на него факторов, например, к расши­рению заснеженных площадей и появлению ледниковых покровов на равнине, стационарность клима­та нарушается, он попадает в не­устойчивое состояние, чреватое климатическими катастрофами, т. е. переходами из одного устой­чивого стационарного состояния в другое. Такое же неустойчивое состояние может быть вызвано и резким внешним вмешатель­ством - астрономической ката­строфой или ядерной войной.

Случайность очень важных для человечества колебаний климата делает крайне затруднительным их определенный прогноз с указа­нием даты и размаха. Такой прог­ноз станет возможным только на основе достаточно полного моде­лирования климатической систе­мы, по оценкам экспертов, лишь примерно через 50 лет, хотя по­пытки такого моделирования с учетом отдельных факторов уже делаются. Зато случайный харак­тер колебаний делает возможным вероятностный прогноз - оценку вероятности тех или других ано­малий климата на основе его изученной истории. Внедрение такого прогноза в практику плани­рования народного хозяйства так, как это уже сделано с вероят­ностным прогнозом речного сто­ка, - дело ближайшего буду­щего.

Пределы вероятностному прог­нозу кладутся допущением о не­изменности факторов, формирую­щих климат и его изменения. Учет физических основ климата и их изменений может коренным образом повлиять на вероятност­ный прогноз.

Стихии и погода

Наука и техника

Необычные явления

Мониторинг природы

Авторские разделы

Открываем историю

Экстремальный мир

Инфо-справка

Файловый архив

Дискуссии

Услуги

Инфофронт

Информация НФ ОКО

Экспорт RSS

Полезные ссылки

Важные темы

Изменения климата Земли в исторической перспективе.

Со времени формирования Земли из протопланетного облака происходили сильные изменения в температурном режиме ее поверхности. После того, как почти прекратились бомбардировки Земли кусками протопланетного вещества, распалась большая часть радиоактивных изотопов элементов, уменьшилась диссипация энергии приливов (благодаря отодвиганию Луны), и произошла значительная гравитационная дифференциация земного вещества, эти источники тепла стали слишком слабы, и основными факторами, влияющими на температуру всей поверхности Земли в целом, остались только поток солнечной энергии, поступающей к Земле, а также условия прохождения его и переизлученного потока через атмосферу. Т.е. основными факторами остались только солнечная светимость, пропускание земной атмосферой солнечного излучения, а также парниковый эффект.

Если посмотреть, как менялись солнечная светимость и парниковый эффект за всю историю Земли, то окажется, что солнечная светимость и парниковый эффект изменялись разнонаправлено - солнечная светимость постепенно росла, а парниковый эффект в целом уменьшался (хотя у него наблюдались и колебания на более коротких промежутках времени). Эти разнонаправленные процессы, после того, как основная роль в формировании термического режима поверхности Земли перешла именно к ним, позволили удерживать температуры на поверхности Земли в относительно узком коридоре, в котором возможна биологическая жизнь.

В начальный момент существования Земли, около 4,5 млрд. лет назад, солнечная светимость составляла примерно 1/3 часть от нынешней величины - это связано с тем, что хоть звезда типа Солнца в стабильной фазе своего существования почти не меняется, некоторые медленные изменения все же происходят - водород в ядре постепенно выгорает, и это приводит к очень медленному, но все таки заметному постепенному росту светимости. Парниковый же эффект на начальных этапах существования Земли был очень мощным - значительный нагрев Земли в это время за счет выпадения протопланетных обломков, высокой радиоактивности, и прочих указанных в начале главы причин, вызывал мощную дегазацию земных недр, поток углекислого и других парниковых газов в атмосферу был высок, а эффективных путей вывода их из атмосферы еще не было.

Рис. Изменение средней глобальной температуры поверхности Земли, содержания углекислого газа и кислорода в атмосфере Земли, с архея по настоящее время, в самом грубом приближении

Если в катархее большая часть земной поверхности была расплавлена (особенно значимую роль тут вероятно играла кинетическая энергия соударения с выпадающими на поверхность кусками протопланетного вещества), то в первой половине архея температуры на поверхности уже опустились до уровня примерно 150 градусов Цельсия и даже ниже, что в условиях мощной атмосферы с высоким давлением, позволило начать конденсироваться водяным парам. Наличие жидкой воды включило механизмы геохимического, неорганического механизма вывода углекислого газа из атмосферы. В это время температура опустилась примерно до 70-90 °С, и сохранялась на таком уровне почти до конца архея. К концу архея, примерно около 2,5 млрд. лет назад значительно уменьшилась тектоническая активность, что уменьшило дегазацию недр. Ускорился и вывод углекислого газа из атмосферы. В результате всего за сотню-полторы миллионов лет основные запасы углекислого газа были выведены из атмосферы, наступило первое в истории земли мощное оледенение, известное как гуронское. Оно продолжалось более сотни миллионов лет, и средняя температуры на поверхности Земли на уровне моря в это время составляла менее 10 °С. В дальнейшем все же произошло некоторое накопление углекислого газа в атмосфере, и температуры повысились, хотя так и не достигли архейских значений. Средние температуры большей части протерозоя составляли около 35-40 °С, как показывают исследования. Однако к концу протерозоя на процессы вывода углекислого газа из атмосферы начал влиять новый мощный фактор.

В период примерно 900-600 млн. лет назад, на Земле вновь прошла череда сильнейших оледенений. Похоже они были вызваны широким распространением к тому времени живых организмов, способных к фотосинтезу, причем в условиях, очень хороших для захоронения органики (отсутствие кислорода на океанических глубинах) и вывода углекислого газа из атмосферы на длительный срок. Периодическое чередование таких оледенений была вызвана, вероятно, изъятием очень больших объемов углекислого газа из атмосферы биотой, похолоданием и оледенением, и в конце гибелью большей части биомассы, что приводило к сильному сокращению вывода углекислого газа из атмосферы, его накоплению в атмосфере вновь, и опять к потеплению и возрождению жизни.

Но началу фанерозоя, около 600 млн. лет назад, в атмосфере накопилось уже очень много кислорода, кроме того, вода океанических глубин также насыщалась кислородом, благодаря совокупности биологических, так и геохимических факторов. В результате заработали и механизмы, эффективно возвращающие часть захороняемого углерода из органики обратно в атмосферу в виде углекислого газа. Т.е. эффектитвно заработали и процессы окисления захороняемой органики. Благодаря этому, мощные колебания содержания углекислого газа в атмосфере, и соответственно парникового эффекта, поуменьшились, и климатическая система стала стабильнее.

Рис. а) Изменение содержания углекислого газа в атмосфере (в количествах, кратных современной концентрации), средней глобальной температуры, средней температуры тропических широт, а также величины оледенения начиная от начала фанерозоя (ок. 600 млн. лет назад) и до настоящего времени (Crowley, T.J. and Berner, R.A., 2001, CO2 and climate change, Science 292: 870-872); б) сглаженные данные изменения температуры от докембрийских эпох до наших дней, с указанием конкретного температурного корридора.

Итак, начиная с фанерозоя, изменения средней глобальной температуры в целом стали относительно небольшими, до 10-15 градусов. В основном, это была более теплая эпоха, по сравнению с современностью, хотя за это время и произошли три оледенения, не достигшие однако, масштаба оледенений протерозоя. Это оледенения на границе верхнего ордовика-нижнего силура (460-420 млн. лет назад), слабое оледенение верхнего девона (370-355 млн. лет назад), и наиболее мощное среди них, пермо-карбоновое (350-230 млн. лет назад), начавшеес в каменноугольном периоде. Связывают их с усилением вывода из атмосферы углекислого газа, с возраставшим в эти периоды потоком захоронения углерода (что отражено даже в названии каменноугольного периода). Кроме того, возможно на колебания климата с приблизительными периодами в 150-250 млн. лет (а именно столько проходит между великими длительными оледенениями) влияет накопление захороненого углерода в предыдущие эпохи. Благодаря движению океанической коры и явлению постоянного подныривания и задвига одних плит под другие (субдукция), происходит модуляция выброса вулканами углекислого газа и метана в атмосферу, запасами углерода накопленного на океаническом дне в предыдущие эпохи.

После продолжительной, почти постоянно теплой мезозойской эры, температура опять начала постепенно падать. Падало и содержание углекислого газа в атмосфере - в начале кайнозоя оно было примерно в пять раз больше, чем в современную эпоху.

Рис. Изменение средней глобальной температуры в течение кайнозойской эры, за последние 65 млн. лет.

Описывая изменения климата в относительно холодные эпохи, необходимо особо выделить одно особо важное обстоятельство. После того, как общее понижение температуры достигало такой величины, что в районе полюсов температура опускалась довольно близко к 0 °С, к точке замерзания воды, на климат Земли начинали влиять очень сильно многие факторы, которые в теплые эпохи были малозаметны. Это происходит потому, что тогда даже малого влияния достаточно, чтобы в полярных районах начинали формироваться ледяные шапки, а значит, чтобы и возникала заметная обратная связь между небольшим первоначальным похолоданием, и ростом альбедо, что приводит к дальнейшему, уже большему похолоданию. Так во второй половине эоцена благодаря тому, что ранее вплотную прижатая к Антарктиде Австралия оторвалась от последней, и начала дрейфовать в строну экватора, вокруг Антарктиды начало формироваться широтное циркумполярное течение, которое стало препятствием для притока к Антарктиде теплых вод, идущих от экватора, и это послужило толчком к началу формирования ледяного щита Антарктиды. В дальнейшем, уже в миоцене, после того, как и Южная Америка отодвинулась от Антарктиды, это широтное течение замкнулось, сформировалось окончательно, и полностью преградило доступ тепла, переносимого океаном, к Антарктиде. В результате, при том что продолжалось и снижение парникового эффекта, и сформировался столь мощный ледяной щит в Антарктиде.

Заметно было и влияние на климат горообразования, повлиявшее уже на атмосферную циркуляцию и перенос атмосферой тепла от экватора к полюсам. Это относиться прежде всего к горообразованию в Евразии, в которой на протяжении кайнозоя сформировался значительный горный пояс, от Пиренеев до Гималаев, что привело к ухудшению переноса атмосферой тепла и влаги в сторону Северного полюса.

Кроме того, сильно стали влиять на климат и циклы Миланковича - периодические изменения параметров земной орбиты, с периодами 23, 41 и 100 тыс. лет. Эти циклы определяют изменения количества солнечной энергии, получаемой различными широтными зонами Земли в отдельные сезоны. Если в теплые эпохи их влияние не превышало 1 градуса, то в холодные, после образования хотя бы небольшого ледяного покрова, их влияние на среднепланетарную температуру начинало возрастать, и в конце концов возрастало в несколько раз.

Это происходило прежде всего потому, что возникали сильные обратные связи между изменением температуры, площадью оледенения (а значит и величиной альбедо) и содержанием водяного пара в атмосфере над оледенением (который является основным парниковым газом и вымораживается над ледяным покровом, а ведь современный парниковый эффект от водяного пара превышает целых 20 градусов!).

Кстати, наличие таких обратных связей и сильное влияние ледяного покрова на местный климат приводит к тому, что изменения температуры в высоких широтах (если там есть оледенение), намного превышает изменение температуры в теплых приэкваториальных широтах (понятно, что при этом сильно растет и общая разница температур между экватором и полюсом). К примеру, при переходе между ледниковым периодом и относительным межледниковьем (типа нынешнего), средняя температура теплых областей, где отсутствовал ледяной покров, менялась всего на 1-2 градуса Цельсия, а изменения в полярных областях были около 10 градусов и выше (колебания в Северном полушарии были выше чем в Южном, в связи с тем, что происходили еще сильные изменения в океанической циркуляции - прежде всего в течении Гольфстрим). А при глобальном переходе от состояния с практически полным отсутсвием льда к состоянию ледниковой эпохи (наподобие ледниковых периодов четвертичного периода) изменения температуры в полярных областях были еще значительнее, составляя уже несколько десятков градусов.

Рис. В теплые эпохи, наподобие мезозоя, градиент температуры между экватором и полюсом составлял около 15-20 градусов. В холодные эпохи, наподобие современной, когда возникало оледенение (сначала в приполярных регионах, распространяясь в сторону низких широт со временем), температура в приполярных регионах опускалась значительно сильнее чем на экваторе, на несколько десятков градусов, в то время как на экваторе изменения составляли всего несколько градусов. Градиент температуры между экватором и полюсами увеличивался при этом до 40-60 градусов.

Как видно из рисунка ниже, за последние 5 млн. лет при постепенном снижении температуры сильно росло влияние миланковических циклов (на данном рисунке хорошо видны 100-тысячелетние и наложенные на них 41-тысячелетние циклы), благодаря чему при общем снижении температуры росла амплитуда ее колебаний.

Рис. Изменение температуры за последние 5 млн. лет по данным изотопного анализа органических карбонатов. Температурные колебания даны в эквиваленте колебаний температуры в приполярных областях (т.е. заметно более резких чем в среднем по планете)

Наиболее точно известны температуры (прежде всего высоких широт) и содержание углекислого газа и метана в атмосфере за последние несколько сотен тысяч лет. Это связано с тем, что есть возможность прямого измерения содержания указанных газов в пробах льда, взятого из ледяных щитов Антарктики и Арктики; кроме того, измерение температуры изотопным методом, благодаря доступу к древнему льду, позволяет проверять и подтверждать данные изотопного анализа, получаемые по карбонатным отложениям.

Рис. Изменение температуры и содержания некоторых парниковых газов за последние 160 тыс. лет по данным ледяных кернов.

На рисунке выше показано изменение температуры и содержания углекислого газа за последние 160 тыс. лет. При этом изменение температуры хорошо отображает миланковические циклы (даже видны 20-тысячилетние циклы). Хорошо видно и почти синхронное изменение содержания углекислого газа и температуры. Вместе с тем отмечается, что при переходе от холодной эпохи к более теплой, температура и содержание углекислого газа в атмосфере меняется синхронно, а при обратном переходе изменение концентрации углекислого газа чуть запаздывает по сравнению с изменением температуры.

Судя по всему, в относительно холодные эпохи, когда парниковый эффект сам по себе уже мал (по сравнению с теплыми эпохами, наподобие мезозоя), и существуют уже очаги оледенений, на климат за счет указанных выше обратных связей (по оледенению и водяному пару) начинают сильно влиять факторы Миланковича, и эти же факторы начинают заметно модулировать парниковый эффект и от углекислого газа и метана. Ведь существуют еще и обратные связи между содержанием углекислого газа и метана в атмосфере и температурой. За счет влияния последней на природные резервуары, в которых законсервированы выведенные из атмосферы парниковые газы, возникают к примеру, такие связи: при изменении температуры меняется растворимость углекислого газа в воде, могут разрушаться либо образовываться метангидраты, меняется скорость выброса в атмосферу углекислого газа и метана при разрушении отмершей органики (об этих и других подобных обратных связях будет отдельная глава). Этим можно объяснить то запаздывание снижения уровня углекислого газа в атмосфере по сравнению со снижением температуры, которое наблюдается при похолодании - ведь переход углекислого газа из атмосферы в остывающий океан (холодные воды могут вместить больше углекислого газа) требует довольно длительного времени (в том числе это связано и с растворением карбонатных пород, для высвобождения карбонат-ионов и образования бикарбонат-ионов - а это тысячелетние характерные времена). А синхронное повышение температуры и содержания углекислого газа в атмосфере при потеплении может быть обусловлено мощным выбросом углекислого газа из растаявших при отступлении ледников болот и общей активизации процессов биологического разложения органики. Да и обратное разложение в океане бикарбонат-ионов с разделением на углекислый газ и карбонат-ионы идет уже быстро.

Вместе с тем, нельзя и недооценивать влияние парникового эффекта холодные эпохи - он значительно усиливает колебания температуры. К примеру, оценка влияния парниковых газов за последний климатический цикл на изменение температуры в Антарктиде составляет около 50%, т.е. примерно 3 градуса из 6 (амплитуды ледниково-межледникового изменения) - это изменения температуры благодаря изменению парникового эффекта.

Рис. Изменения средней годовой температуры за последние 140 лет для всего земного шара и изменения среднегодовой температуры за последнюю тысячу лет для Северного полушария. Изменения даны в отклонениях от средней глобальной температуры периода 1960-1990 гг.

Рис. Изменение выброса углекислого газа от человеческой деятельности за последние 140 лет.

В последнее время температура на поверхности планеты начала быстро и сильно расти. Причем, как видно из представленных выше графиков, рост температуры хорошо совпадает с выбросами углекислого газа от человеческой деятельности. Вместе с тем, надо обратить внимание на небольшое потепление в 30-40 годах, заметное на графике. Это потепление связывают не столько с повышением содержания углекислого газа в атмосфере (его в то время было еще маловато), сколько с увеличением прозрачности атмосферы для солнечного излучения, уменьшением альбедо в это время. Дело в том, что примерно с 20х годов ХХ века на несколько десятилетий установилась низкая вулканическая активность, что привело к уменьшению поступления аэрозолей, отражающих солнечный свет, в атмосферу. Однако вскоре вулканическая активность восстановила свой уровень, количество аэрозолей в атмосфере возросло, и дальнейшее потепление было обусловлено только парниковыми газами.

Скорость климатических изменений и уникальность настоящего момента

Как видно из представленных материалов, изменения глобальной средней температуры на Земле были обычно довольно медленными, для колебаний около 1 градуса и более. Даже наиболее резкие изменения в циклах Миланковича, шли со скоростью примерно 1-1,5 °С за 10 тыс. лет, и то в относительно высоких широтах, с ледяным покровом (изменение в среднем по планете в несколько раз меньше, ведь в низких, приэкваториальных широтах, температура меняется очень слабо). В настоящее же время изменения средней глобальной температуры примерно на 1 °С, произошли за время около 100 лет, а прогнозируемые в моделях МГЭИК (IPCC) изменения составляют еще 2-6 градусов за последующие 100 лет.

Вместе с тем, резкие изменения климата в истории Земли все же бывали. Правда они были преимущественно довольно локальными, не распространяясь полностью на всю планету. По настоящему глобальное резкое изменение климата в истории Земли известно только одно - это эоценовый термический максимум. Однако вначале разберемся с локальными изменениями.

При исследовании ледяных кернов Гренландии за последние несколько десятков тысяч лет были обнаружены резкие колебания температуры - менее чем за столетие из очень холодного состояния, местный климат в Гренландии теплел более чем на 10 градусов, температура поднималась до почти современных (правда тоже довольно низких) значений.

Рис. Изменения температуры за последние 40 тыс. лет в приполярных регионах Северного и Южного полушария по данным изотопного анализа ледяных кернов. Хорошо заметны резкие колебания в Северном полушарии и практическое отсутствие их в Южном.

Резкие изменения температуры в эпоху «юного дриаса» и несколько более ранних эпох, заметны не только в Гренландии, но и в Европе, да и во многих других районах Северного полушария. Однако в южном полушарии эти изменения почти не заметны, а в Антарктиде и вовсе отсутствуют (в эпоху «юного дриаса» в Антарктиде правда тоже было небольшое изменение, начавшееся, однако на 1000 лет раньше и бывшее заметно слабее). Подобные резкие изменения температуры в районе Северной Атлантики связывают с резкими изменениями течения Гольфстрим, которое несет теплые поверхностные воды из приэкваториальных районов к приполярным. Подобные резкие, но относительно локальные изменения могут произойти и в самом ближайшем будущем, под действием даже значительно менее заметных глобальных изменений климата.

Как уже указано выше, в истории Земли на сегодняшний день известно и одно довольно резкое глобальное изменение климата. Это эоценовый термический максимум 55 млн. лет назад (см. резкий пик на одном из рисунков выше, там где представлен график изменения средней глобальной температуры за последнее 67 млн. лет). Это событие началось с резкого и быстрого повышения температуры, за несколько тысяч лет потепление на поверхности океанов составило 8 °С, глубинные воды потеплели на 6 °С. И потом около 200 тыс. лет потребовалось для восстановления прежнего состояния.

Рис. Эоценовый термический максимум 55 млн. лет назад характеризовался быстрым и значительным подъемом температуры поверхности Мирового океана и глубинных вод. При этом отмечалось и резкое повышение содержания метана в атмосфере.

Это резкое изменение связывают с большим выбросом метана в атмосферу, из подвергнувшихся внезапному разложению запасов метангидратов, предположительно благодаря начавшейся тектонической активности в районе одного из больших скоплений метангидратов, либо благодаря изменению океанических течений. Как раз к тому времени на океаническом дне уже около десятка млн. лет, как существовали относительно благоприятные условия для накопления метангидратов - ведь температура, и особенно глубинных вод, по окончании мезозойской эры заметно понизилась. Это и позволило накопиться заметно количеству метангидратов. Под воздействием внешней силы они начали интенсивно разрушаться, а далее, благодаря сильному влиянию выбросов метана на парниковый эффект, уже сами выбросы и потепление от них, способствовали дальнейшему разрушению метангидратов, пока их запасы не исчерпались, и поступление метана в атмосферу из этого источника не прекратилось.

Подобная ситуация резкого, и даже более резкого чем тогда, глобального потепления может повториться и в близком будущем - ведь прогнозируемое потепление в несколько градусов, от обычных антропогенных выбросов парниковых газов, уже вполне может повлиять на условия залегания метангидратов, вполне может нарушить их стабильность. А накоплено сейчас метангидратов в примерно десять раз больше, чем было накоплено ко времени эоценового термического максимума.