Изменение климата на Земле.Основные гипотезы.Парниковый эффект.Парниковые газы

Ранняя часть голоцена характеризовалась  потеплением, которое перешло около 8 тыс. лет назад в интервал, известный  как “климатический оптимум” и  продолжавшийся около 2,5 тыс. лет. В  период оптимума средняя температура воздуха была выше современной, отмечена также повышенная увлажненность, в частности в пустынях Сахаре и Раджастхане в Индии. О более высокой температуре говорят хорошо сохранившиеся индикаторы климата прошлого, в частности находки стволов деревьев, произраставших на берегах Северного Ледовитого океана в Сибири, в Гренландии и на острове Элсмир. Исландию в этот период наполовину покрывали березовые леса, которые сейчас занимают не более 1% территории. В горах повысилась граница леса, а ледяной покров Северного Ледовитого океана сократился по площади почти вдвое по сравнению с современным. В Сахаре найдены остатки многих животных, которые могли жить только при наличии водоемов со стоячими и текучими водами, обнаружены остатки богатой растительности. По существующим оценкам, в Европе было теплее на 2 °С, чем сейчас, причем в основном в летний период, так как многие вечнозеленые растения - тис, падуб, и др. - контролируются зимней температурой и в это время на север не продвигались. Потепление, хотя и не столь сильное, как в северном полушарии, было отмечено и в южном.

Климатический оптимум 5,5 тыс. лет  назад сменился похолоданием, затем  наступило новое потепление, кульминация  которого пришлась на период около 4 тыс. лет назад. Следующее за ним новое похолодание совпало с периодом войн за Трою и путешествий Одиссея.

Следует сказать, что климатологи  различают геологические, исторические и современные изменения климата. Ранее речь шла о геологических  изменениях, которые изучаются только геологическими и геофизическими методами. К историческим относятся изменения климата, происходившие в период развития цивилизации до начала инструментальных наблюдений. При изучении их в дополнение к геологическим и геофизическим методам используются археологические памятники и памятники письменности. Современные изменения климата относятся только к периоду инструментальных наблюдений.

Вслед за первым историческим похолоданием с кульминацией около 3 тыс. лет назад  началось новое потепление, продолжавшееся и в первом тысячелетии нашей эры, известное как “малый климатический оптимум”. Этот период можно назвать также периодом забытых географических открытий, в отличие от периода Великих географических открытий XV и XVI вв. Открывателями новых земель были ирландские монахи, которые в середине первого тысячелетия благодаря улучшившимся вследствие потепления условиям мореплавания в Северной Атлантике смогли открыть Фарерские острова, Исландию и , как теперь предполагают, Америку. Вслед за ними эти открытия повторили норманнские викинги, которые в конце этого тысячелетия заселили Фарерские острова и Исландию, открыли и заселили Гренландию, а в самом начале последнего тысячелетия нашей эры добрались до Америки. Такая широкая экспансия норманнов в северные страны и отсутствие в исландских сагах того времени упоминаний о морских льдах как препятствии для мореплавания указывают на очень теплые условия. Норманнские поселенцы в Гренландии занимались не только добычей рыбы и зверя, но и скотоводством. Они заплывали очень далеко на север. Так, каменные пирамиды норманнов, служившие им ориентирами, обнаружены на 79 градусе с.ш. на берегу пролива Смита, разделяющего остров Элсмир и Гренландию.

Потепление раннего средневековья  привело к уменьшению увлажненности  в Европе, свидетельства чего найдены в отложениях торфяников в Средней Европе. На Руси до конца Х в. также были благоприятные климатические условия: редко случались неурожаи, не было очень суровых зим и сильных засух. Вспомним, что именно в это благоприятное время был открыт и интенсивно использовался путь “из варяг в греки”.

В первой четверти нашего тысячелетия  начинается постепенное похолодание. Священник Ивар Бордсон, живший в XVI в., отметил появившийся морской  лед, который отрезал Гренландию от Исландии и привел к гибели поселения норманнов. Последние сведения о норманнских поселенцах в Гренландии относятся к 1500 г. Одновременно очень суровыми стали условия в Исландии, где XVI-XVII столетия были временами тяжелых испытаний. Достаточно сказать, что с начала похолодания до 1800 г. население страны из-за голода сократилось вдвое. В Скандинавских странах стали часто повторяться серии суровых зим, неурожаи, начали наступать ледники. На равнинах Европы похолодание также сопровождалось сериями суровых зим, замерзанием ранее не замерзавших водоемов, частыми неурожаями, падежом скота. В Альпах и на Кавказе ледники продвинулись вперед, кое-где вклинившись в леса, понизилась снеговая линия и участился сход снежных лавин. Местами ледники перекрыли дороги, построенные еще римлянами. Жители высокогорных селений были вынуждены покинуть их. Советский гляциолог Г.К. Тушинский высказал в связи с этим гипотезу о том, что похолодание привело к гибели государства аланов на Кавказе, а многие их поселения были уничтожены снежными лавинами и наступавшими ледниками.

Сохранились и другие интересные факты, отражающие суровые условия этой эпохи. Так, на плавучих льдинах эскимосы могли достигать Шотландии, так  как в XIV и XVIII вв. льды несколько раз  блокировали побережье Норвегии и крупные льдины выносило к Шотландии. Согласно историческим хроникам, в 1750 г. на отмель у острова Бель-Иль у берегов Франции был вынесен гренландский айсберг, который затем таял в течение года.

На Руси начало второго тысячелетия  нашей эры ознаменовалось резким ухудшением климатических условий. Начался период страшных гроз, великих засух, суровых зим. В 1143 г. в Новгородской земле четыре месяца шли дожди. Самым тяжелым оказался XV в. - засухи сменились годами с сильными дождями, наводнениями и небывалыми грозами. Голод и эпидемии унесли десятки тысяч жителей. С XI по XVII в. - за семь столетий - на Руси в целом и в отдельных районах было 200 голодных лет, т.е. практически каждые 3-4 года (Борисенков Е.П., Пасецкий В.М. Экстремальные природные явления в русских летописях XI-XVII веков. Гидрометеоиздат, 1983.)

В целом эта ближайшая к нам  эпоха похолодания, известная как  малый ледниковый период, продолжалась до XIX в. и сменилась новым потеплением. Геологические и геофизические  следы малого ледникового периода, как и письменные источники, говорят о том, что это было явление глобального характера - оно проявлялось в северном полушарии от Западной Европы до Китая, Японии и в Северной Америке. В южном полушарии следы похолодания не столь четки, но они тоже есть.На графике изменения средней температуры воздуха у поверхности Земли для периода голоцена можно видеть, что после климатического оптимума в начале голоцена при всех последующих спадах и подъемах температуры отмечается общая тенденция к похолоданию.

Человек появился в эпоху кайнозойского оледенения. Сам человек и его человекообразные предки относятся к семейству гоминид. В Южной и Восточной Африке найдены остатки гоминид, известные как австралопитеки, которых считают прямыми предками человека. Возраст этих находок около 5 млн лет. Последующая эволюция около 2-3 млн лет назад привела австралопитеков к разделению на так называемых массивных австралопитеков, которые затем вымерли, и на гоминид, известных как гомо габилис - человек умелый, а затем как гомо эректус - человек прямоходящий. С появлением человека умелого совпадают и самые первые находки примитивных орудий труда в слоях возрастом 2,2-2,0 млн лет, а также первые признаки использования огня. На следующих этапах эволюции сформировался современный человек.Становление и развитие гомо сапиенс - человека разумного - происходило на фоне смены ледниковых периодов и межледниковых, когда колебания температуры за промежутки времени в десятки тысяч лет были соизмеримы с изменениями температуры за десятки миллионов лет кайнозойской эры. Именно в это чрезвычайно изменчивое время человек быстро развивался даже в самых суровых условиях, вблизи кромки наступающих ледников, о чем рассказывают разнообразные археологические находки. В условиях последнего валдайского ледникового периода человек широко расселился по планете, воспользовавшись в том числе коротким интервалом отступления Лаврентийского ледникового покрова, чтобы 25 тыс. лет назад по коридору между ним и Кордильерским ледниковым щитом проникнуть через Северную Америку в Центральную и Южную.

Весь наш современный исторический мир полностью укладывается в рамки последнего геологического интервала - голоцена. За короткий, с геологической точки зрения - почти мгновенный, промежуток времени человек стал ведущим звеном природы. Численность людей неимоверно возросла, мощь их орудий труда уже начинают сравнивать с мощностью потока солнечной энергии к Земле, но зависимость человека от колебаний климата во многих отношениях осталась почти такой же, как в библейские времена. (С. 97-101)

Современное изменение климата

Инструментальные наблюдения за климатом, развернувшиеся в XIX в., зарегистрировали начало потепления, которое продолжалось до первой половины XX в. Но это потепление было обнаружено не сразу. Советский  океанолог Н.М. Книпович в 1921 г. выявил, что воды Баренцева моря стали заметно теплее. В 20-х годах появилось много сообщений о признаках потепления в Арктике. Сначала даже считалось, что это потепление касается только Арктической области. Такой термин, как “потепление Арктики в 30-х годах”, и сейчас нередок в художественной и даже научной литературе. Однако более поздний анализ привел к выводу, что это было глобальное потепление. Значительно раньше, чем климатологи, потепление заметили гляциологи, которые уже к концу XIX в. установили заметное отступление ледников в Альпах, на Кавказе, в Скалистых горах Северной Америки.

Изменение температуры воздуха  в период потепления лучше всего  изучено в северном полушарии, где  в этот период было сравнительно много  метеорологических станций. Тем  не менее и в южном полушарии оно было выявлено достаточно уверенно. Особенностью потепления было то, что в высоких полярных широтах северного полушария оно было выражено более четко и ярко. Для отдельных районов Арктики повышение температуры было весьма внушительным. Так, в Западной Гренландии она повысилась на 5 °С, а на Шпицбергене даже на 8-9 °С за период от 1912-1926 гг. до конца 30-х годов.

Наибольшее глобальное повышение  средней температуры у поверхности  Земли во время кульминации потепления составляло всего 0,6 °С, но даже с таким небольшим изменением - на порядок меньшим, чем в период от ледниковой к межледниковой обстановке, и в несколько раз меньшим, чем в ближайшем климатическом оптимуме и во время малого ледникового периода, - было связано заметное изменение климатической системы.

На потепление бурно реагировали  горные ледники, которые повсеместно  отступали, причем величина отступания исчислялась сотнями метров. На Кавказе, например, общая площадь оледенения сократилась за это время на 10%, а толщина льда в ледниках уменьшилась на 50-100 м. Существовавшие в Арктике сложенные льдом острова растаяли, и на их месте остались лишь подводные отмели. Ледяной покров Северного Ледовитого океана сильно сократился, что позволило обычным судам заплывать в высокие широты: в 1925 г. парусная шхуна смогла обогнуть Шпицберген, а в 1932 г. известный советский океанолог Н.Н. Зубов на небольшом боте обошел вокруг Земли Франца-Иосифа. Такая обстановка в Арктике способствовала освоению Северного морского пути, позволяя обычным неледокольным судам совершать сквозное плавание по нему в течение одной навигации. В целом общая площадь морских льдов в период навигации в это время сократилось более чем на 10% по сравнению с XIX в., т.е. почти на 1 млн км². К 1940 г. по сравнению с началом ХХ в. в Гренландском море ледовитость сократилась вдвое, а в Баренцевом почти на 30%.

Повсюду происходило отступание границы  многолетней мерзлоты на север. В  европейской части СССР она местами  отступала на сотни километров, увеличилась  глубина протаивания мерзлых грунтов, а температура мерзлой толщи повысилась на 1,5-2 °С.

Потепление сопровождалось изменением увлажненности отдельных районов. Советский климатолог О.А. Дроздов  выявил, что в эпоху потепления 30-х годов в районах недостаточного увлажнения возросло количество засух, охватывающих большие территории. Такие засухи отмечались в СССР, а также в Соединенных Штатах, где они известны как знаменитые засухи 30-х годов под наименованием “даст боул”, что в переводе с английского означает “пыльный котел”. Сравнение холодного периода с 1815 по 1919 г. и теплого с 1920 по 1976 г., показало, что каждые десять лет в первый период наблюдалась одна крупная засуха, тогда как во второй - две. В период потепления из-за уменьшения количества осадков произошло значительное падение уровня Каспийского моря и ряда других внутренних водоемов.

Потепление повлекло за собой изменение  границ распространения многих животных. В Гренландии стал гнездоваться сизоголовый  дрозд, в Испании появились ласточки и скворцы. Перелетные птицы весной стали появляться в среднем на 10 дней раньше. Потепление океанических вод, особенно заметное на севере, привело к изменению мест нереста и откорма промысловых рыб.

Н.М. Книпович в связи с такими явлениями отметил, что “в какие-нибудь полтора десятка лет и даже более короткий промежуток времени произошли такие изменения в распределении представителей морской фауны, какие связываются обыкновенно с представлением о долгих геологических промежутках”.

После 40-х годов стала проявляться  тенденция к похолоданию. Льды в северном полушарии стали снова наступать. В первую очередь это выразилось в росте площади ледяного покрова Северного Ледовитого океана. С начала 40-х и до конца 60-х годов площадь льда в арктическом бассейне возросла на 10%. Горные ледники в Альпах и на Кавказе, а также в горах Северной Америки, ранее быстро отступавшие, или замедляли отступление, или даже начали снова наступать.

В 60-е и 70-е годы возрастает число  климатических аномалий. Это были суровая зима 1967/68 г. в СССР и три  суровые зимы с 1972 по 1977 г. в Соединенных Штатах. В этот же период в Европе отмечается серия очень мягких зим. В Восточной Европе в 1972 г. - очень сильная засуха, а в 1976 г. - на редкость дождливое лето. Из других аномалий можно вспомнить необычайно большое количество айсбергов у берегов Ньюфаундленда в летние периоды 1971-1973 гг., частые и сильные штормы в Северном море между 1972 и 1976 г. Но аномалии охватили не только умеренную зону северного полушария. С 1968 по 1973 г. длилась сильнейшая засуха в Сахеле и Африке. Дважды, в 1976 и 1979 г., сильные заморозки губят кофейные плантации в Бразилии. В Японии по данным метеорологических наблюдений установлено, что за десятилетие 1961-1972 гг. число месяцев с необычно низкими значениями температуры было вдвое больше, чем с высокими значениями, а число месяцев с недостаточными осадками также почти вдвое превышало число месяцев с избытком осадков. На карте климатических аномалий для 1972 г. видно, что аномалии охватывали больше половины территории суши и проявлялись как в северном, так и в южном полушариях.

Начало 80-х годов также ознаменовалось серьезными и обширными аномалиями. Зима 1981/82 г. в Соединенных Штатах и Канаде была одной из самых холодных. Термометры показывали температуру  воздуха более низкую, чем в  последние несколько десятилетий, а в 75 городах, в том числе в Чикаго, морозы побили все предыдущие рекорды. 230 американцев погибли от холода. Зимой 1983/84 г. снова отмечались очень низкие температуры на обширных территориях в Соединенных Штатах, в том числе во Флориде. На редкость холодной была зима в Великобритании.