8.1. Некліматичні чинники та їх вплив на зміну клімату

Тектоніка літосферних плит.

Впродовж тривалих відрізків часу тектонічні рухи плит переміщують континенти, формують океани, створюють і руйнують гірські хребти, тобто створюють поверхню, на якій існує клімат. Нещодавні дослідження показують, що тектонічні рухи посилили умови останнього льодовикового періоду: близько 3 млн років тому північно- і південноамериканська плити зіткнулися, утворивши Панамський перешийок і закривши шляхи для прямого змішування вод Атлантичного і Тихого океанів, що було суттєвим впливом на зміну термічних умов.

Сонячне випромінювання.

Сонце є основним джерелом тепла в кліматичній системі. Сонячна енергія, що перетворюється на поверхні Землі в тепло, є невід'ємною складовою формування земного клімату. Якщо розглядати тривалий період часу, то в цих рамках Сонце стає яскравішим і виділяє більше енергії, оскільки розвивається згідно з головною послідовністю. Цей повільний розвиток впливає і на земну атмосферу. Вважається, що на ранніх етапах історії Землі Сонце було надто холодним для того, аби вода на поверхні Землі була рідкою, що привело до т. зв. «парадоксу слабкого молодого Сонця».

На коротших тимчасових відрізках також спостерігаються зміни сонячній активності: 11-річний сонячний цикл і триваліші модуляції. Проте 11-річний цикл виникнення і зникнення сонячних плям не відстежується явно в кліматологічних даних. Зміна сонячної активності вважається важливим чинником настання малого льодовикового періоду, а також деяких потеплінь, що спостерігалися між 1900 і 1950 роками. Циклічна природа сонячної активності ще не до кінця вивчена; вона відрізняється від тих повільних змін, які супроводжують розвиток і старіння Сонця.

Вулканізм.

Вулканізм є частиною геохімічного циклу вуглецю. Виверження вулканів є джерелом значного підвищення концентрації сульфатних аерозолів в атмосфері, тому здатні змінити енергетичний баланс Землі та клімат.

Одне сильне виверження вулкана здатне вплинути на клімат, викликавши похолодання тривалістю декілька років. Наприклад, виверження вулкана Пінатубо в 1991 році істотно вплинуло на клімат. Гігантські виверження, що формують найбільші магматичні провінції, трапляються всього кілька разів в 100 мільйонів років, але вони впливають на клімат протягом мільйонів років і є причиною вимирання видів.

Впродовж багатьох геологічних періодів діоксид вуглецю. Проте цей внесок не порівняється по величині з антропогенною емісією оксиду вуглецю, яка, за оцінками Геологічної служби США, в 130 разів перевищує кількість СО₂, емітованого вулканами.

Внутрішні процеси Землі, що керують кліматом.

Місячно-сонячні приливні сили розтягують земну кулю (атмосферу, гідросферу і літосферу). Ці сили є однією з основних причин синхронних коливань клімату, активності землетрусів і вулканів. При розташуванні Місяця на лінії Сонце – Земля їх приливні сили в центрі Землі не дорівнюють нулю. Тому відбувається переміщення твердого ядра Землі всередині його рідкої оболонки. Ці зміщення внутрішнього ядра відносно геометричного центру рідкого ядра і розтягнення Землі по лінії Сонце – Місяць переміщують вісь обертання Землі, збільшують момент її інерції і зменшують швидкість її обертання. Зменшення швидкостей і напрямків обертання Землі (земна вісь рухається подібно осі дитячої дзиги) призводить до синхронних змін течій океанів, рідких внутрішніх шарів Землі і циркуляцій атмосфери. У твердих породах земної кори при цьому змінюються напруги та деформації, активізуються землетруси і вулкани, а в атмосфері спостерігається збільшення переміщень повітря уздовж меридіанів, що призводить до пониження температур. Таке походження одночасних похолодань і підвищень тектонічної активності (рис. 13).

Збільшення швидкостей обертання при зближенні центрів твердого та рідкого ядер Землі, відповідно, зменшує сейсмічну активність, меридіональну циркуляцію атмосфери і збільшує температури повітря.

Взаємодії земних процесів і кліматичне майбутнє.

Швидкість обертання Землі залежить від зовнішніх приливних сил і є однією з найважливіших величин, від якої в тій чи іншій мірі залежать всі земні процеси. Земні процеси, в свою чергу, впливають один на одного і можуть змінювати результати зовнішніх впливів і швидкість обертання Землі. Наприклад, виверження вулканів (рис. 14) збільшують кількість вулканічних аерозолів у повітрі, які, як і зменшення швидкостей обертання Землі, сприяють зниженню температур. Тобто, вулканічні процеси можуть додатково збільшувати похолодання, викликані місячно-сонячними припливами.

Рис. 13. Моделі індексів глобальної сейсмічності (МГС) і температур північної півкулі (МТСП) у відхиленнях від середньої температури за період 1951-1975 рр. Підвищені значення тектонічної активності спрямовані вниз для зручності їх зіставлення з зниженнями глобальних температур [14].

Рис. 14. Вулкан Етна, Сицилія (листопад 2002 р).

Активізація спостерігалася в 1999-2003 рр.

Зниження температур збільшує площу сніжного покриву. Зростання площі сніжного покриву, в свою чергу, знову знижують температури Землі за рахунок більшого відбиття сонячної радіації. Таким чином, формування снігових та льодових покривів підтримує і розтягує фази похолодання, викликані зовнішніми причинами, формуючи більш тривалі похолодання і льодовикові епохи. Маси накопиченого снігу і льоду збільшують момент інерції Землі і ще більше сповільнюють швидкість її обертання. Тому теплі періоди становлять близько 10%, а холодні – 90% часу в тисячолітніх циклах (рис. 15). Таке ж співвідношення холодних і теплих фаз клімату спостерігалося в льодовикові епохи в останні 700 тисяч років. Це свідчить про відсутність ефективних природних процесів земного походження, які сприяють тривалому нагріванню атмосфери. Індустріальні гази, на жаль, також не отеплюють клімат.

Сучасне потепління (1920 - 2035 рр.) – це результат додавання теплих фаз кліматичних коливань з періодами 230, 500 і 1000 років. Починаючи з 2035 +/-1 рік температура та природні умови поступово стануть нагадувати холодний початок ХХ століття: закриється Північний морський шлях, зміняться умови видобутку нафти і газу на шельфі і в північних провінціях, упаде середня врожайність.

Пониження сезонних температур для регіонів узбережжя і шельфів зростають в 5-10 разів у порівнянні з зниженнями річних температур півкуль (рис. 15). Тому вже зараз треба почати вчитися жити при більш низьких температурах, створювати додаткові запаси енергоносіїв, продовольства, тепличні господарства, забезпечити північні промисли атомними станціями, новими технологіями видобутку і доставки вуглеводнів при обліку підвищеної льодовитості, збільшити криголамний флот та інше.

Рис. 15. Температури Північної півкулі (СП), показані у відхиленнях від середньої річної температури за період 1951-1975 рр.

Зелена лінія – температури СП, відновлені по приросту деревних кілець.

Блакитна лінія – модельні температури СП. Похибки моделі (П) становлять +/- – 0,8°С. Вони дані в 50-річних усередненнях [9].

З 2035 р по 2150 р буде проходити холодна частина 230-річної хвилі, до якої будуть поступово додаватися холоди від 500 - і 1000-річної кліматичних хвиль. Складання всіх 14-ти кліматичних коливань дає мінімум температур в 2300 році, подібний середньовічному в 1250 р. Тому в найближчі сторіччя буде спостерігатися стійкий тренд похолодання з Локальними потепліннями тривалістю близько 11 років (Рис. 15).