Эволюция климата. Перспективы изменения климата Земли

Эволюция климата. Перспективы изменения климата  Земли.    

ВВЕДЕНИЕ

 Проблеме изменения климата уделяется очень большое внимание т.к. она очень важна и актуальна. Колебания температуры воздуха, суммы осадков, а также других метеорологических величин, оказывают огромное влияние на деятельность человека (сельское хозяйство, экономика). Климат меняется постоянно, но в последние столетия он стал более нестабильным по сравнению с предшествующим периодом, в результате чего встал острый вопрос о мониторинге, наблюдениях за тенденциями в изменении климата.

 Из-за отсутствия точной теории климата и недостатка, необходимых для этой цели материалов специальных наблюдений при выяснении причин изменений климата возникли большие трудности, не преодоленные до последнего времени. Сейчас не существует общепринятого мнения о причинах изменений и колебаний климата, как для современной эпохи, так и для геологического прошлого.    

КЛИМАТЫ ПРОШЛОГО 
    Четвертичный период

 Характерной чертой последнего (четвертичного) геологического периода была большая изменчивость климатических условий, в особенности в умеренных и высоких широтах. Природные условия этого времени изучены гораздо подробнее по сравнению с более ранними периодами, но, несмотря на наличие многих выдающихся достижений в изучении плейстоцена (эпоха четвертичного периода), ряд важных закономерностей природных процессов этого времени известен еще недостаточно. Плейстоцену предшествовал длительный процесс похолодания, особенно заметный в умеренных и высоких широтах. Этот процесс ускорился в последнем отделе третичного периода - плиоцене, когда, по-видимому, возникли первые ледяные покровы в полярных зонах северного и южного полушарий.

 Из палеографических данных следует, что время образования оледенений в Антарктиде и Арктике составляет не менее нескольких млн. лет. Площадь этих ледяных покровов вначале была сравнительно невелика, однако постепенно возникла тенденция к их распространению в более низкие широты с последующим отсутствием. Считают, что перемещения границы льдов начались около 700 тыс. лет тому назад.

 Масштабы оледенений различных ледниковых эпох значительно отличались. При этом заслуживает внимания мнение ряда исследователей, что эти масштабы имели тенденцию к возрастанию, то есть что оледенение в конце плейстоцена были крупнее первых четвертичных оледенений.

 Лучше всего изучено последнее оледенение, которое происходило несколько десятков тыс. лет назад. В эту эпоху заметно возросла засушливость климата. Это объяснялось разным уменьшением испарения с поверхности океанов из-за распространения морских льдов в более низкие широты. В результате понижалась интенсивность влагооборота, и уменьшалось количество осадков на суше, на которые влияло увеличение площади материков вследствие изъятия воды из океанов, израсходованной при образовании материкового, ледяного покрова. Не подлежит сомнению, что в эпоху последнего оледенения произошло громадное расширение зоны вечной мерзлоты. Это оледенение закончилось 10–15 тыс. лет тому назад, что обычно считают концом плейстоцена и началом голоцена–эпохи, в течение которой на природные условия начала оказывать влияние деятельность человека.

    Причины изменений климата

 Своеобразные климатические условия четвертичного времени, по-видимому, возникли из-за содержания углекислого газа в атмосфере и в результате процесса перемещения континентов и подъема их уровня, что привело к частичной изоляции Северного полярного океана и размещению антарктического материка в полярной зоне южного полушария.

 Четвертичному периоду предшествовала обусловленная изменениями поверхности Земли длительная эволюция климата в сторону усиления термической зональности, что выражалось в снижении температуры воздуха в умеренных и высоких широтах. В плиоцене на климатические условия начало оказывать влияние уменьшения концентрации атмосферной углекислоты, что привело к снижению средней глобальной температуры воздуха на 2– 3 градуса (в высоких широтах на 3 –5). После чего появились полярные, ледяные покровы, развитие которых привело к снижению средней глобальной температуры.

 По-видимому, по сравнению с изменениями астрономических факторов, все другие причины оказывали меньшее влияние на колебания климата в четвертичное время. 
 
    Дочетвертичное время

 По мере отдаления от нашего времени количество сведений о климатических условиях прошлого уменьшается, а трудности интерпритации этих сведений возрастают. Наиболее надежную информацию о климатах отдаленного прошлого мы имеем из данных о непрерывном существовании на нашей планете живых организмов. Мало вероятно, чтобы они существовали вне пределов узкого интервала температуры, от 0 до 50 градусов С, который в наше время ограничивает активную жизнедеятельность большинства животных и растений. На этом основании можно думать, что температура поверхности Земли, нижнего слоя воздуха и верхнего слоя водоемов не выходила из указанных пределов. Фактические колебания средней температуры поверхности Земли за длительные интервалы времени были меньше указанного интервала температур и не превосходили нескольких градусов за десятки млн. лет.

 Из этого можно сделать вывод о трудности исследования изменений термического режима Земли в прошлом по эмпирическим данным, так как погрешности определения температуры, как методом анализа изотопного состава, так и другими известными сейчас методами составляют обычно не меньше нескольких градусов.

 Климатические условия мезозойской эры и третичного периода характеризировались двумя основными закономерностями:

 На протяжении этого времени средняя температура воздуха у земной поверхности была значительно выше современной, в особенности в высоких широтах. В соответствии с этим разность температур воздуха между экватором и полюсами была гораздо меньше современной;

 В течение большей части рассматриваемого времени преобладала тенденция к снижению температуры воздуха, в особенности в высоких широтах. Это  объясняется изменением содержания углекислого газа в атмосфере и изменением положения континентов. Более высокая концентрация углекислого газа обеспечивала повышение средней температуры воздуха примерно на 5 градусов по сравнению с современными условиями. Низкий уровень континентов повышал интенсивность меридионального теплообмена в океанах, что увеличивало температуру воздуха в умеренных и высоких широтах.

 Повышение уровня континентов уменьшало интенсивность меридионального теплообмена в океанах и приводило к постоянному снижению температуры в умеренных и высоких широтах.

 При общей высокой устойчивости термического режима в мезозойское и третичное время, обусловленной отсутствием полярных льдов, в течение сравнительно редко коротких интервалов могли происходить резкие понижения температуры воздуха и верхних слоев водоемов. Эти понижения были обусловлены совпадением во времени ряда вулканических извержений взрывного характера.   

Современные изменения  климата.

 Наиболее крупное изменение климата за время инструментальных наблюдений началось в конце 19 века. Оно характеризовалось постепенным повышением температуры воздуха на всех широтах северного полушария во все сезоны года, причем наиболее сильное потепление происходило в высоких широтах и в холодное время года. Потепление ускорилось в 10-х годах 20 века и достигло максимума в 30-х годах, когда средняя температура воздуха в северном полушарии повысилась приблизительно на 0, 6 градусов по сравнению с концом 19 века. В 40-х годах процесс потепления сменился похолоданием, которое продолжается до настоящего времени. Это похолодание было довольно медленным и пока еще не достигло масштабов предшествующего ему потепления.

 Хотя данные о современном изменении климата в южном полушарии имеют менее определенный характер по сравнению с данными для северного полушария, есть основания считать, что в первой половине 20 века в южном полушарии также происходило потепление.

 В северном полушарии повышение температуры воздуха сопровождалось сохранением площади полярных льдов, отсутствием границы вечной мерзлоты в более высокие широты, продвижением к северу границы леса и тундры и другими изменениями природных условий.

 Существенное значение имело отмечавшееся в эпоху потепления изменение режима атмосферных осадков. Количество осадков в ряде районов недостаточного увлажнения при потеплении климата уменьшилось, в особенности в холодное время года. Это привело к уменьшению стока рек и падению уровня некоторых замкнутых водоемов.

 Особую известность получило произошедшее в 30-х годах резкое снижение уровня Каспийского моря, обусловленное главным образом уменьшением стока Волги. Наряду с этим в эпоху потепления во внутриконтинентальных районах умеренных широт Европы, Азии и Северной Америки возросла частота засух, охватывающих большие территории.

 Потепление, достигшее максимума в 30-х годах, по-видимому, определялось увеличением прозрачности стратосферы, повысившим поток солнечной радиации, поступающей в тропосферу (метеорологическую солнечную постоянную). Это привело к возрастанию средней планетарной температуры воздуха у земной поверхности. Изменения температуры воздуха на различных широтах и в различные сезоны зависели от оптической толщины стратосферного аэрозоля и от перемещения границы морских полярных льдов. Обусловленное потеплением отступления морских арктических льдов привело к дополнительному, заметному повышению температуры воздуха в холодное время года в высоких широтах северного полушария.      Представляется вероятным, что изменения прозрачности стратосферы, произошедшие в первой половине 20 века, были связаны с режимом вулканической деятельности и, в частности, с изменением поступления в стратосферу продуктов вулканических извержений, включая в особенности сернистый газ. Хотя этот вывод основан на значительном материале наблюдений он, однако, является менее очевидным по сравнению с приведенной выше основной частью объяснения причин потепления. Следует указать, что это объяснение относится только к главным чертам изменения климата, которое произошло в первой половине 20 века. Наряду с общими закономерностями процесса изменения климата этот процесс характеризовался многими особенностями, относящимися к колебаниям климата за более короткие периоды времени и к колебаниям климата в отдельных географических районах. Но такие колебания климата были в значительной мере обусловлены изменениями циркуляций атмосферы и гидросферы, которые имели в некоторых случаях случайный характер, а в других случаях были следствием автоколебальных процессов. Есть основания думать, что в последние 20-30 лет изменения климата начали в известной мере зависеть от деятельности человека. Хотя потепление первой половины 20 века оказало определенное влияние на хозяйственную деятельность человека и явилось наиболее крупным изменением климата за эпоху инструментальных наблюдений, его масштабы были незначительны по сравнению с теми изменениями климата, которые имели место в течение голоцена, не говоря уже о плейстоцене, когда развивались крупные оледенения.

 Тем не менее, изучение потепления, произошедшего в первой половине 20 века, имеет большое значение для выяснения механизма изменений климата, освещенным массовыми данными надежных инструментальных наблюдений.

 В связи с этим всякая количественная теория изменений климата должна быть, прежде всего, проверена по материалам, относящимся к потеплению первой половины 20 века. 

 
    Климат  будущего 
    Перспективы изменений климата

 При изучении климатических условий будущего следует сначала остановиться на тех изменениях, которые могут произойти вследствие естественных причин. Эти изменения могут зависеть от следующих причин:

 Вулканическая деятельность. Из изучения современных изменений климата следует, что колебания вулканической активности могут влиять на климатические условия для периодов времени, равных годам и десятилетиям. Возможно, также влияние вулканизма на изменения климата за периоды порядка столетий и за длительные интервалы времени;

 Астрономические факторы. Изменение положения поверхности Земли по отношению к Солнцу создает изменения климата с временными масштабами в десятки тысяч лет; Состав атмосферного воздуха. В конце третичного и в четвертичное время, определенное влияние на климат оказывало убывание содержания углекислого газа в атмосфере. Принимая во внимание скорость этого убывания и соответствующие ему изменения температуры воздуха, можно заключить, что влияние естественных изменений содержания углекислоты на климат существенно для интервалов времени более ста тысяч лет;

 Строение земной поверхности. Изменение рельефа и связанные с ними изменения положения берегов морей и океанов могут заметно изменить климатические условия на больших пространствах за периоды времени, не меньше сотен тысяч- миллионов лет;

 Солнечная постоянная. Оставляя в стороне вопрос о существовании влияющих на климат короткопериодических колебаний солнечной постоянной, следует принять во внимание возможность медленных изменений солнечной радиации, обусловленных эволюцией солнца. Также изменения могут существенно влиять на климатические условия за периоды не менее ста миллионов лет.

 Наряду с изменениями, обусловленными внешними факторами, климатические условия меняются в результате автоколебательных процессов в системе атмосфера–океан - полярные льды. Также изменения относятся к периодам времени порядка годов–десятилетий и, возможно, также к периодам в сотни и даже тысячи лет. Сейчас существует проблема предсказания изменений климата в результате деятельности человека, которая существенно отличается от проблемы прогноза погоды. Ведь для нее необходимо принять во внимание изменение во времени показателей хозяйственной деятельности человека. В связи с этим задача предсказания климата содержит два основных элемента–прогноз развития ряда аспектов хозяйственной деятельности и расчет тех изменений климата, которые соответствуют изменению соответствующих показателей деятельности человека. 
 
    Возможный экологический кризис