6.13. Причини ритмічних змін клімату

У спеціальній літературі описано ряд гіпотез, в яких зроблено спро­би дати наукове пояснення змін клімату нашої планети як в історич­ному минулому, так і на сучасному етапі ЇЇ розвитку. За існуючими поглядами, зміни клімату зумовлені головним чином тектонічними, астрономічними та радіаційними причинами. Серед учених встано­вилась думка, що вплив цих чинників на клімат Землі проявляється у вигляді циклів різної тривалості: всі вони вже неодноразово при­зводили як до періодичних потеплінь, так і до похолодань.

З тектонічними причинами пов'язані найбільш тривалі і особли­во суттєві зміни клімату в глобальному масштабі. Підняття або опу­скання літосфери, як і утворення та руйнування гір, впливають на основні напрями руху океанічних і повітряних течій. Зі зміною об­рисів суші та океанів створюються нові умови для розподілу тепла і холоду на земній поверхні. Пояснюється це тим, що особливості за­гальної циркуляції атмосфери визначаються значною мірою умова­ми підстилаючої поверхні, характером рельєфу, поширенням течій, льодовиків тощо.

Як встановлено фундаментальними дослідженнями геологів, роз­виток літосфери пройшов за останні 600 мільйонів років через три основні цикли гороутворення (див. табл. З, с. 103—104): каледонський (що охоплює кембрійський, ордовікський та силурійський пе­ріоди загальною тривалістю 200 млн років), герцинський (ця фаза складчастих рухів проявилася в девонському, карбоновому та перм­ському періодах і тривала 150—190 млн років) і альпійський (гірські системи, що сформувалися впродовж мезозойської та кайнозойської ер за останні 240 млн років). Незважаючи на специфічні особливості кожного з цих циклів, у них є і спільні риси, які дають підстави говорити про певну повторюваність у різні часи спрямованості текто­нічних процесів і кліматичних умов: на початку будь-якого циклу переважали висхідні рухи земної кори, всередині відбувалося загальне опускання літосфери і накопичення великих товщ осадових відкладів, а в кінці — нові могутні складкоутворювальні рухи і зім'яття порід та утворення гір. В епоху максимальних опускань земної панували на планеті океан і більш однорідний морський клімат. и епоху піднять — широке нарощування масивів суші і гірських ма­сивів, формування різних континентальних кліматів.

Причини, які викликають ритмічні рухи літосфери, на жаль, ще не з'ясовані. Скоріше за все, вони пов'язані з тими процесами, що відбуваються у надрах Землі. Проте не виключається і вплив кос­мічних тіл на Землю підчас проходження Сонячної системи через певні ділянки її галактичної орбіти. Справа в тому, що в результаті особливостей будови Галактики космічне гравітаційне поле не є одно­рідним. Внаслідок цього відбуваються збурення земної орбіти, зміни ЇЇ нахилу і ексцентриситету. Зазначимо, що галактичний рік — про­міжок часу між двома послідовними проходженнями сонячної сис­теми через найближчу до центру Галактики ділянку орбіти — ста­новить 200—220 млн років, отже він близький до тривалості одного геологічного циклу. Саме ці факти і засвідчують їх можливий взає­мозв'язок.

Ритми великої тривалості, що мають помітні кліматичні наслідки, зумовлюються не тільки тектонічними рухами. Встановлено, що де­які з них виникають під впливом зміни положення площини еква­тора відносно площини земної орбіти (нахилу екліптики) від 21,5 до 24,5° за період в 40 700 років. При зменшенні кута нахилу тропі­ки переміщуються до екватора, а полярні кола — до полюсів. Від цього скорочується жаркий і холодний пояси та розширюється по­мірний. Похолодання на Землі відповідають мінімальним кутам, а потепління (з більш теплим літом і холодною зимою) — макси­мальним. Найбільше значення даний кут мав місце 9 тис. років тому. Нині спостерігається тенденція до зменшення кута нахилу осі обертання Землі, отже, це віщує настання нового льодовикового періоду на нашій планеті. У результаті досліджень встановлено існування великих астрономічних циклів тривалістю 92—93 тис. років. За цей період форма земної орбіти поступово змінюється від еліптичної до майже кругової і навпаки. Ексцентриситет орбіти при цьому змінюється від 0,0007 до 0,0658. Зауважимо, що тепер він дорівнює 0,017. Вчені встановили, що холодні періоди відповідають часу зна­ходження Землі на круговій орбіті. Зараз наша планета проходить через перигелій і тому порівняно більше часу проводить в області, близькій до Сонця.

Сьогодні на Землі відмічається один з найбільш теплих періодів. Проте астрономи вважають, що період помірного похолодання, мож­ливо, вже почався, оскільки орбіта планети почала трансформувати­ся в кругову. Таким чином, землян через декілька десятків тисяч років чекає чергове велике похолодання з могутнім зледенінням. Між тим, технічний прогрес людства спроможний активно протидія­ти розвитку цього природного процесу.

Крім циклу в 92—93 тис. років виявлено ще один цикл у 23 тис. років, який також пов'язаний з положенням нашої планети на її орбіті.

Розглянуті прогнози стосуються далекого майбутнього, а в більш близькі до нас століття (XXII—XXIV) кліматологи обіцяють поте­пління. Після цього почнеться поступове помірне похолодання з мак­симумом у другій половині третього тисячоліття.

Значно частіше періодичні коливання клімату викликають дві головні причини — зміни припливоутворювальних сил і сонячної активності. Прийнято вважати, що перші з них впливають на клімат всієї планети, а дія другої у вигляді тих чи інших циклів обме­жується звичайно певними територіями.

Вперше теоретичне обґрунтування впливу припливоутворювальних сил на клімат було зроблено шведським кліматологом і океа­нографом О. Петерсоном у 1912 р. Пізніше російський учений О.В. Шнітніков (1957—1969 pp.) описав прояв цієї сили у змінах ландшафтів Землі в післяльодовиковий час.

Суть даного процесу полягає в тому, що під час руху Землі навко­ло Сонця і Місяця навколо Землі відбувається періодичне розташу­вання всіх трьох тіл на мінімальній відстані між ними. При такому їх зближенні припливоутворювальні сили Сонця і Місяця досяга­ють свого максимуму. Протистояння це відбувається приблизно че­рез кожні 1850 років. В останній раз воно спостерігалося в 1433 р. У таких умовах найбільш істотну роль відіграють надмірно великі припливні хвилі, що виносять на поверхню океану прохолодні гли­бинні води: саме вони і є, як гадають, причиною поступового зни­ження температури повітря. Цим пояснюється механізм дії бага­товікових ритмів коливання кліматів нашої планети і компонентів ландшафтів, що залежать від нього.

Кожний багатовіковий цикл складається з трьох фаз: трансгре­сивної, або фази прохолодно-вологого клімату, що розвивається дуже швидко і енергійно, але відносно недовго — 300—500 років; регре­сивна, або фаза сухого і теплого клімату, тривалістю 600—800 років, яка розвивається порівняно повільно; перехідна — фаза, що охоплює проміжок у 700—800 років, причому перехід від трансгресії до ре­гресії згладжений. У трансгресивну фазу посилюється зледеніння, збільшується стік рік, підвищується рівень озер, в регресивну — льо­довики відступають, ріки міліють, рівень озер знижується.

Події багатовікового циклу нашої ери розвивалися приблизно в такій послідовності: 1) з V по XIV ст. — колонізація Ісландії та Гренландії; відступання льодовиків на земній кулі, підвищення рівня Світового океану, висихання Сахари; 2) з другої половини XIV ст. до кінця XVIII або початку XIX ст. — підвищення льодовитості Арк­тики, наступання льодовиків, або "малий льодовиковий період" (мак­симум із середини XVIII ст. до середини XIX ст.), похолодання кліма­ту, льодова "блокада" Гренландії та загибель гренландських посе­лень, поступова регресія Світового океану, високий рівень озер; 3) з другої половини XIX ст. — відступання гірських льодовиків, зни­ження рівня рівнинних озер, зменшення льодовитості Арктики, транс­гресія Світового океану.

Важливим з огляду розуміння особливостей кліматичних умов окремих регіонів планети є так званий віковий цикл, що відбувається через кожні 80—90 років: він супроводжується змінами в льодо­витості арктичних морів, проявляється в коливанні температури води в Атлантичному океані, викликає зниження і підвищення рівня Ка­спійського моря. Причиною вікових змін клімату є ритмічні коли­вання сонячної активності, що і впливає на характер циркуляції ат­мосфери та регіональний перерозподіл тепла і опадів.

Крім вікового, існують цикли меншої тривалості. Так, Е.А. Брікнер встановив ще наприкінці XIX ст. наявність у кліматі Землі внутрішньовікового циклу протяжністю ЗО—35 років. Зараз його нази­вають брікнерівським циклом. За цей час серія вологих і прохолод­них років змінюється серією теплих і сухих. Зокрема, для Європи виділені такі фази холодного клімату: кінець XVIII ст. — початок XIX ст., друга половина XIX ст., середина XX ст. Між цими фазами відбувалося потепління. Про сучасне потепління клімату свідчить, зокрема, відступання більшості гірських льодовиків на планеті.

Досить частими і регулярними є сонячнозумовлені цикли трива­лістю в 7,3; 11,2; 14,6; 19 і 22 роки. Найбільш помітним з них є одинадцятирічний цикл, який проявляється в різних природних явищах І впливає на геологічні процеси. Встановлено, наприклад, що протягом сонячного циклу змінюється температура і атмосферний тиск на планеті, кількість опадів, стан озонового шару, врожайність зернових. Давно помічено, що потовщення кілець на зрізі дерев збіга­ються з роками високої сонячної активності. Така ж ознака власти­ва і алювіальним відкладам, що формуються на дні озер. Лікарі виявили, що в цей самий час погіршується стан хворих на гіперто­нію, атеросклероз та ішемічну хворобу серця.

У ході будь-якого одинадцятирічного циклу залишається пос­тійною кількість сонячної радіації в оптичному діапазоні спектра, що досягає земної атмосфери. Залежно від активності Сонця змінюєть­ся, головним чином, короткохвильове ультрафіолетове і рентгенів­ське випромінювання, радіовипромінювання і сонячний вітер. І хоча це — не більше двох відсотків енергії, яку випромінює наше світило, але саме ними визначається характер сонячно-земних зв'язків.

Зараз уже можна вважати встановленим, що вплив сонячно-зем­них зв'язків на клімат не є однозначним для всієї земної кулі. При посиленні сонячної активності кількість опадів, що випадає в одних районах, знижується, а в інших у цей самий час підвищується. Вна­слідок просторової неоднорідності структури географічна оболонка реагує неоднаково навіть на синхронні і періодичні зовнішні подраз­ники. Тому зрозумілим є спостережуваний зсув фаз ритмів у часі та просторі, тобто гетерохрониість їх прояву на різних територіях.

Звертає на себе увагу кратність у співвідношеннях між серед­ньою тривалістю деяких циклів. Так, протяжність циклу Брікнера дорівнює трьом одинадцятирічним циклам сонячної активності, а віковий ритм — це мовби потроєний брікнерів цикл. Припускають, що така кратність є наслідком збігу в часі одразу кількох ритмів. Частіше, проте, в кліматі має місце неузгодженість і накладання од­ного на одного циклів, що мають різну тривалість. Це вносить значні зміни в процеси, які протікають у географічній оболонці, а це робить неможливим їх точний прогноз.

Завжди великий інтерес у вчених викликають дослідження ко­ротких ритмів різних природних явищ і процесів, бо вони багатора­зово повторюються за життя одного покоління людей. Найбільш важливими з них за своїми географічними наслідками є добові і річні періоди, пов'язанні з обертанням Землі навколо своєї осі та орбітальним рухом планети. Вони регулярно змінюють розподіл тепла в нижніх шарах атмосфери, впливають на фізичний стан зем­ної поверхні, визначають загальні особливості зеленого дивосвіту планети.

Добова ритміка зумовлена зміною дня і ночі, вона викликає ха­рактерний хід температури, вологості, фотосинтез і т. д. Нагрівання гірських порід вдень і охолодження їх вночі створює ритм фізично­го вивітрювання. Такий самий ритм властивий і процесам ґрунто­утворення. Бризи і гірсько-долинні вітри теж виникають під дією нагрівання й охолодження. З цієї ж причини відбувається і "дихан­ня" поверхневих шарів суходолу і гідросфери. Життя рослин, тва­рин і людей також протікає в добовому ритмі.

Річна ритміка легко виявляється в сезонному ході метеорологіч­них елементів, гідрологічних явищ (повені і паводки, межень, льодо­став і льодохід), ґрунтоутворювальних і екзогенних процесах, мігра­ціях риб і перельотах птахів, у зимовій і літній сплячці деяких тва­рин, у зміні зовнішнього вигляду рослин і т. д.

Проте не слід розуміти ритмічність як просту повторюваність кожного наступного явища без його змін. Уже античним вченим була відома істина, що в одну і ту саму річку не можна увійти двічі: а добовому ритмі сьогоднішній день не є простим повторенням учо­рашнього, а має у собі щораз щось нове. Те саме стосується й річних ритмів. Навесні, влітку, восени, взимку кожного року повторюються ті самі сезонні процеси, але тільки в загальних рисах. За цей час відбувається оновлення зеленого вбрання природи, підростають де­рева, утворюються нові нашарування на дні водойм тощо. У бага­толітніх, вікових і багатовікових ритмах, які виявляються в коли­ванні клімату, в коливальних рухах земної кори, трансгресії та ре­гресії моря тощо, кожне наступне явище зумовлює постійне посту­пальне нагромадження прогресивних змін від простого до складно­го, від нижчого до вищого, від старого до нового. Проте поступальність розвитку не означає лише плавність цього процесу. В ньому є як тривалі еволюційні так і короткочасні революційні періоди різних стрибків, коли кількість переходить у нову якість. Вони разом і являють собою розвиток матеріального світу (природи) як одну з форм його існування.

Легко помітити, що ритми різної тривалості процесів і явищ у природі накладаються один на одного, внаслідок чого змінюється характер їх перебігу. Саме тому ритмічність розвитку природи як один з важливих географічних законів ще недостатньо вивчено. А пізнання цього закону відкрило б можливості для передбачення ходу географічних процесів на тривалий час. Значення його для науки і практики величезне.