8.1. Причины колебаний климата Земли

Причины изменений климатов Земли можно подразделить на две группы: астрономические и геолого-географические.

Астрономические факторы климатообразования включают влияние солнечной активности и галактической среды, которые обусловливают различные пульсирующие воздействия на изменение элементов земной орбиты и скорости вращения Земли.

Установлено, что эксцентриситет, характеризующий степень эллиптичности (вытянутости) земной орбиты, периодически меняется (увеличивается – уменьшается) с периодом в 90 000 лет. Это означает, что меняется расстояние Земли от Солнца и, следовательно, приток солнечной радиации.

Существует также другое периодическое явление—прецессия (предварение равноденствий), вследствие которой перигелий (ближайшая к Солнцу точка земной орбиты) приходится на разное время года (то на лето, то на зиму). Это приводит к периодическим изменениям притока солнечной радиации в разные времена года (с периодом около 26000 лет), т.е. тоже дает определенный климатический эффект.

Периодически меняется и наклон земной оси (с периодом в 40000 лет) в пределах от 21°58^/ (по отношению к отвесному положению оси) до 24°36^/. Как показывают расчеты К. Брукса, изменения в наклоне земной оси не только вызывают изменения в степени контрастности климатических сезонов, но и изменения в зональной схеме притока солнечной радиации: при увеличении наклона земной оси ослабевают зональные контрасты в притоке солнечной радиации, при уменьшении – обостряются.

В последние десятилетия установлена синхронность изменений активности Солнца и современных колебаний климата, на основе которой, был сделан вывод о причинных связях между этими явлениями. Колебания солнечной активности имеют многоциклический характер, т.е. существуют циклы разной продолжительности, соподчиненные друг другу (в 2-3 года, 5-6 лет, 10-12 и 22-23–летние и т.д.; самый продолжительный, по современным данным, – в 5300-5400 лет).

Изменения солнечной активности сопровождаются изменением количественного и качественного состава солнечной радиации, а именно – в циклы усиления солнечной активности, совпадающие с активным образованием пятен на Солнце, увеличивается приток к Земле ультрафиолетовой радиации, что влечет за собой изменения геомагнитного поля Земли (появление геомагнитных бурь), и глобальных процессов в атмосферной циркуляции.

Многоцикличность деятельности Солнца была характерна и для геологического прошлого, вызывая ритмику климатических процессов.

К геолого-географическим факторам относятся ритмические изменения рельефа в жизни земной коры, ритмические изменения в составе атмосферы, которые обусловлены цикличным воздействием внешних космических факторов на процессы тектогенеза земной коры. Эпохи орогенеза и усиления геоморфологической дифференциации земной поверхности, как правило, были и эпохами обострения климатических различий. Геократические фазы в жизни континентов одновременно были и фазами отчетливо выраженной аридизации климатов, в то время как талассократические фазы сопровождались смягчением климатических контрастов и расширением гумидных зон.

Эпохи относительного тектонического покоя и господства выровненного рельефа сопровождались тоже ослаблением зонально-климатических контрастов. Ритмичность вулканизма (чередование эпох активизации и ослабления вулканической деятельности, вызывала ритмические изменения состава атмосферы, повторяемость эпох повышенного и пониженного содержания углекислого газа, вулканической пыли, водяных паров, играющих определенную климатообразующую роль.

Колебания климатов Земли могли происходить и при участии такого фактора, как изменения скорости вращения Земли. Но истинная роль этого фактора пока плохо изучена. На процесс уменьшения скорости вращения Земли, вызывающего удлинение суток и медленные сдвиги в зональной схеме циркуляции атмосферы (в частности, очень медленное смещение в более высокие широты субтропических барометрических максимумов), накладываются скачкообразные увеличения – уменьшения скорости вращения (с периодами разной длительности), что должно усиливать ритмику климатических процессов.

Многообразны факторы, вызывающие ритмические колебания климата; действие их часто противоречиво: в одно и то же время могут действовать факторы, усиливающие региональные климатические контрасты и ослабляющие их. Это усугубляет неповторимость климатов прошлого, так как исключает абсолютную повторяемость сходных сочетаний климатообразующих факторов.

Весьма отчетливо в геологическом прошлом была выражена неравномерность изменений климатов в пространстве. Главное её проявление – разная степень изменчивости климатов в различных регионах. Для иллюстрации этой закономерности достаточно вспомнить последний отрезок геологической истории – поздний кайнозой.

Максимальная изменчивость климата в позднем кайнозое (неогене и антропогене) характерна была для высоких и средних широт северного полушария, минимальная – для экваториальных и тропических широт.

Хотя многие факторы климатообразования имеют общеземную значимость и, следовательно, их изменчивость должна была приводить к повсеместным изменениям климата, тем не менее, факты показывают, что амплитуда изменений климата в разных регионах была различной. Расчеты английского климатолога Брукса убедительно показали, что каждый широтный пояс по-своему преломляет влияние тех или иных (астрономических и географических) факторов климатообразования. Например, изменения наклона земной оси и соотношения площадей моря и суши наибольший климатический эффект дают в высоких и средних широтах, наименьший – в экваториальных и тропических. Весьма существенной причиной неравномерных изменений климата можно считать региональную специфику тектонических движений земной коры и связанных с ними крупных форм рельефа, играющих большую климатообразующую роль.

Климатическая зональность сформировалась в то время когда появились атмосфера и гидросфера, а температуры поверхности Земли стала ниже 100 С. Однако степень выраженности климатических зон в ходе геологической истории менялась весьма существенно, менялось и само число зон, и гидрометеорологические характеристики однотипных зон. Термические условия и условия увлажнения, например, в зонах умеренно-влажного климата в разные геологические эпохи, значительно варьировали, поэтому нередко по термическим условиям и количеству осадков, эти зоны приближались к современным влажным субтропикам. Однако в сравнении с синхронными им климатическими зонами субтропического, тропического, субэкваториального и экваториального широтных поясов они были действительно умеренными с отчетливо выраженной сменой климатических сезонов. Менялась и степень засушливости климата в аридных (засушливых) зонах.

О характере климатических зон той или иной геологической эпохи объективно можно судить не столько сравнивая климат соответствующей эпохи в определенном регионе с современным, сколько сопоставляя синхронные климаты разных регионов.

Особую остроту вопроса об эволюции климатов Земли составляет проблема смещения климатических зон. Палеоклиматические документы указывают на большие сдвиги климатических зон в ходе геологической истории.

Причины смещения климатических зон можно подразделить на два типа: астрономические и геолого-географические.