12.4. Изменения и колебания климата
Окружающая нас природа непрерывно меняется. Изменяется и климат, весь его метеорологический режим, и прежде всего температура, осадки, их внутригодовое распределение, условия увлажнения. Под изменениями климата понимают направленное коренное изменение метеорологического режима в течение геологического времени. Они связаны
с существенными изменениями климатообразующих факторов. Например, теплый климат верхнего мела – палеогена сменился в умеренных широтах в плиоцене – четвертичном периоде холодным климатом. Если же изменения климата не имеют направленного характера, ритмичны, цикличны, то предпочтительнее говорить о колебаниях климата.
Обилие гипотез свидетельствует о сложности этой проблемы, ибо климат – результирующая многих факторов: и космических, и теллурических (земных). Существует много гипотез о причинах изменений и колебаний климата. Их можно условно объединить в три группы: космические, астрономические и геолого-тектонические.
Космические гипотезы объясняют неустойчивость климата колебаниями солнечной активности, пересечением Солнечной системой участков Вселенной с различной прозрачностью и т. д.
Астрономические гипотезы связывают климатические нарушения с прецессией, периодическим изменением наклона оси вращения Земли к плоскости орбиты и колебаниями эксцентриситета. Прецессия обусловливает полный круг прохождения точек равноденствия за 26 тыс. лет. В течение 42 тыс. лет происходит полное колебание земной оси относительно плоскости эклиптики, что выражается в изменении угла ее наклона с 21°58' до 24°30' и обратно. Наконец, в течение 92 – 94 тыс. лет происходит полное изменение эксцентриситета орбиты, в процессе чего расстояние от Земли до Солнца в перигелии то уменьшается (при сильной вытянутости орбиты), то увеличивается (при приближении ее к круговой). Сопоставление этих трех ритмов (математическое наложение их друг на друга) позволило М. Миланковичу построить кривую изменений поступления солнечной радиации за последний миллион лет и связать с ней наступление и отступление четвертичных оледенений северного полушария. Сейчас модифицированная гипотеза Миланковича является одной из основных в объяснении причин оледенений.
Геолого-тектонические гипотезы объясняют изменения климата тектоническими процессами, которые меняют очертания материков, их площади, высоты и простирание горных хребтов, подводных гор и порогов, направления морских течений, т. е. условия подстилающей поверхности. Кроме того, эти процессы регулируют, наряду с эволюцией био-ты, содержание в атмосфере углекислого газа, вызывающего, как известно, парниковый эффект. Все это отражается на распределении очагов тепла и холода, вызывает нарушения теплообмена между высокими и низкими широтами и вообще глобальной циркуляции атмосферы и океаносферы.
Именно с этих позиций рассматривается некоторыми исследователями прогрессивное похолодание климата в течение плиоцена – плейстоцена при колебаниях на этом фоне температур с амплитудой порядка 8–10°С, которые вызывали смену ледниковий и межледниковий.
Рис. 71. Максимальное распространение морских трансгрессий и регрессий в бассейне Арктического океана и на смежных территориях в позднем кайнозое (по Р. К. Клиге и др.)
Рис. 72. Бассейны морского осадконакопления на территории Печорской и Западно-Сибирской низменностей в плиоцене, соединявшихся с Арало-Каспийским и Байкальским бассейнами (по Р. К. Клиге и др. I
В плейстоцене на фоне восходящего тектонического развития рельефа в высоких широтах Земли, в частности на севере Евразии, колебательные движения земной коры приводили также к чередованию трансгрессивного и регрессивного развития Полярного бассейна и изменению в связи с этим его площади (рис. 71). Согласно концепции И. Д. Данилова, они послужили наиболее вероятной причиной крупномасштабных климатических изменений в высоких и средних широтах северного полушария.
При трансгрессиях, как и прежде в раннем плиоцене, увеличивалась связь Полярного бассейна с Тихим и, что особенно важно, с Атлантическим океанами (рис. 72). Благодаря этому теплые воды Атлантики в больших количествах поступали в Арктику, обусловливая общее смягчение и увлажнение климата в высоких и средних широтах. Наоборот, регрессии Полярного бассейна были причиной его практически полной изоляции от Тихого океана и значительно большей, чем сейчас, – от Атлантического. При этом существенно увеличивалась площадь арктической суши за счет обнажавшегося шельфа. Продвижение суши на север способствовало еще большему выхолаживанию центральной части Полярного бассейна, которая сковывалась сплошным чехлом морских льдов толщиной до 10–15 м, становясь, по образному выражению В. Ю. Визе, «климатической сушей». Таким образом, замерзший Полярный бассейн как бы соединял Евразию и Северную Америку в «единый суперматерик» Арктиду – огромную область выхолаживания в высоких широтах. Все это, вместе взятое, обусловливало увеличение суровости и континентальности климата в высоких и средних широтах северного полушария, способствовало снижению среднегодовых температур воздуха и мерзлых толщ, возникновению ледниковых покровов и в целом – увеличению площади и объема криосферы (от греч. kryos – лед и sphaira – шар) Земли.
Рис. 74. Изменения летней температуры воздуха северного полушария в голоцене (по В. А. Зубакову)
По этой модели не только и не столько возникновение и исчезновение ледниковых покровов суши приводило к трансгрессиям и регрессиям Мирового океана, а, наоборот, тектонически и эвстатически обусловленные трансгрессии и регрессии Полярного бассейна вызывали климатические изменения и, как следствие, чередование эпох ледниковий и межледниковий.
Период последнего оледенения (Осташковской стадии Валдайского оледенения) 20 – 12 тыс. лет назад А. А. Величко считает самым холодным и сухим временем за весь плейстоцен. Уровень Мирового океана в тектонически стабильных районах в это время
находился ниже современного более чем на 100 м. На этот же период приходится и максимальная регрессия Полярного бассейна. Осушались моря Лаптевых, Восточно-Сибирское, исчезал Берингов пролив, вместо которого возникала «Берингийская суша», Новосибирские острова соединялись с континентом (см. рис. 71 и 138). В западном секторе Арктики, куда поступало достаточное количество осадков, развивалось наземное покровное оледенение (в Фенноскандии, на Новой Земле, Полярном Урале, Таймыре, плато Путорана). Горные ледники переходили в так называемые ледники подножий. На северо-востоке Азии наземное оледенение имело ограниченный характер из-за скудости осадков и было приурочено только к высоким горным хребтам, зато широкое распространение получило подземное оледенение. По оценкам Р. К. Клиге и других ученых, в конце плейстоцена наземное оледенение было развито на площади 5 – 6 млн км2, т. е. в 2,5–3 раза больше, чем сейчас, а подземное оледенение – на площади 40 – 45 млн км2.
Рис. 75. Особенности глобальной атмосферной циркуляции в ледниковые и межледниковые эпохи плейстоцена (по Р. К. Клиге и др.)
В период с 18 до 12 тыс. лет назад (как и при более ранних оледенениях) на Восточно-Европейской равнине существовала система приледниковых озер, образовавшаяся при подпруживании ледником стока рек бассейна Северной Двины и Печоры (рис. 73). По мнению М. Г. Гроссвальда, аналогичная и даже большая по размерам система стока существовала и в Сибири, охватывая бассейны великих сибирских рек: она проходила от приледниковых озер Средней и Западной Сибири (подпруженных Енисея, Оби и их притоков) через Убаган-Тургайскую ложбину в Аральское и Каспийское моря, а затем через Манычскую впадину в Черное море и далее в Мировой океан.
Расчеты показывают, что температура воздуха на рубеже плейстоцена и голоцена 12 – 10 тыс. лет назад повысилась в умеренных широтах на 8–10 °С, что привело к быстрой (в течение 3 тыс. лет) деградации ледников. В голоцене самые высокие температуры в умеренном поясе отмечались около 6 тыс. лет назад, в голоценовый оптимум. Температуры в то время здесь были на 2,5 °С выше современных (рис. 74).
В историческое время самые высокие температуры в Европе наблюдались с IV по XI в. Благодаря тому что уменьшалась ледовитость северных морей, норманны летом достигали берегов Гренландии и Северной Америки, основывая там свои поселения. XIII–XV вв. – период похолодания, который называют малым ледниковым периодом. Альпийские ледники в то время спускались к подножиям гор, установилась ледовая блокада Северной Атлантики, была потеряна связь гренландских колоний с метрополией в Европе, а колонисты и эскимосы частью мигрировали на Северо-Американский континент, где смешались с индейцами, частью погибли.
В XX в. самое значительное потепление, зафиксированное инструментально, приходится на период с 1919 по 1940 г. С 1940 по 1970 г. наблюдалось незначительное прерывистое похолодание, а в последние десятилетия наметилось потепление в средних и высоких широтах северного полушария, что связывают с антропогенно обусловленным парниковым эффектом. В век НТР влияние деятельности человека на климат неудержимо возрастает и в потенциале может привести к глобальным катастрофам (см. пункт 5.4 о «ядерной зиме»). Потепление уже привело к сокращению объема ледников и повышению уровня Мирового океана со скоростью 1,5–2 мм в год. 2000 г. оказался в среднем самым теплым за период с 1860 г.
Потепления и похолодания климата приводят к изменению глобальной циркуляции атмосферы, что отчетливо видно на рисунке 75.