137

И тут линией раздела служит 35-я параллель в обоих полушариях. Их называют «ревущими сороковыми широтами». Теплые, поверхностные течения Мирового океана и встречные им холодные течения при неодинковой скорости вращения, являются причиной возникновения тайфунов (рис. 21).

Многие поколения моряков и метеорологов выделяют их в обоих полушариях, на широтах 20-25 , так как здесь самая высокая циклоническая активность земной атмосферы.

Тропические циклоны, возникая над океанами на широте 20-250 в северном и южном полушариях, развивают свою силу на широте 350 (рис. 22).

Рис. 22. Районы зарождения и основные пути движения тропических циклонов.

Эти же «ревущие сороковые» медленно, но неотвратимо действуют в твердой коре Земли. Зарождение и траектории движения тропических циклонов тесно связаны с количеством солнечного тепла, поступающего на земную поверхность. Это количество определяется высотой Солнца над горизонтом — географической широтой. Чем ближе к экватору, тем больше угол падения солнечных лучей, а значит, сильнее нагревается земная поверхность и выше температура приземного слоя атмосферы. Поэтому близ экватора средняя годовая температура равна +25, +26°С, а на севере Евразии и Северной Америки средняя годовая температура - 10°, а местами значительно ниже. Наиболее низкие температуры наблюдаются у полюсов.

Климаты отдельных мест отличаются не только температурой, но и осадками, преобладающими ветрами, которые зависят прежде всего от распределения атмосферного давления. На поверхности Земли выделяют три пояса с преобладанием низкого и четыре пояса с преобладанием высокого давления (рис. 23).

Воздух перемещается не только в горизонтальном, но и в вертикальном направлении. Сильно нагретый воздух близ экватора расширяется, становится легче и поэтому поднимается, т. е. происходит восходящее движение воздуха. В связи с этим у поверхности Земли близ экватора образуется низкое давление.

У полюсов из-за низких температур воздух охлаждается, становится более тяжелым и опускается, т.е. происходит нисходящее движения воздуха. В связи с этим, у

138

поверхности земли на широтах 650 в обеих частях полушарий давления высокое. В верхней тропосфере над экваториальной областью, где преобладает восходящее движение воздуха, давление высокое. Поднявшись над экватором, воздух рассекается к полюсам, к областям пониженного давления. Вследствие вращения земли вокруг своей оси, движущейся воздух от экватора, постепенно отклоняется к востоку и не доходит до полюсов. Охлаждаясь, он становится тяжелее и опускается примерно у 350 северной и южной широты, формируя при этом в обеих частях полушарий области высокого давления.

Таким образом, над земным шаром в приземном слое атмосферы выделяются пять поясов низкого давления, четыре пояса высокого давления. Критические широты, 350 и 650 – области высокого атмосферного давления, которые характеризуются нисходящими движениями воздушных масс и растеканием их у поверхности.

Рис. 23. Распределение поясов атмосферного давления и основных типов воздушных масс

ЦПВ – циркумполярный вихрь.

Многие ученые – В. Шардетский, Р. Ревель, Б. Мунк – находят и в земной коре признаки неравной скорости вращения на разных широтах. Это проявляется в медленном поворачивании гигантских блоков земной коры, расположенных вблизи все той же 35-й параллели. Индийские острова, по некоторым данным, медленно вращается против часовой стрелки, а Австралия – по часовой! Так пульсирует, или, если осторожнее, может пульсировать, Земля, вся в целом или отдельными своими частями, закономерно и ритмично, вздымая цепи гор, раздвигая материки. Приливы на Земле не постоянны, и раз в 1850 лет они бывают особенно сильными: Луна, Земля и Солнце оказываются в позиции, особо благоприятной для приливов.

Внутренние приливные волны поднимают в океанах нижние холодные горизонты к поверхности воды. На огромных пространствах охлаждаются воды полярных и умеренных широт. Увеличиваются белые полярные шапки Земли, переходят в контрнаступление горные ледники. Это означает, что значительная часть влаги переходит из океанов на материки и в полярные льды. Земля «худеет в талии» и начинает вращаться быстрее.

И наоборот, подсчитано, что если за какое-нибудь лето лед, покрывающий одну только Антарктиду, подтает и потеряет в своей многокилометровой толщине всего

139

лишь 1,2 сантиметра, то уровень мирового океана повысится на 1,2 миллиметра. Такое «похудение» ледникового щита Антарктиды и тем более ничтожное повышение уровня моря измерить практически невозможно. Но если подобное лето повторится 100 раз, то за один только век земные сутки удлинятся на 18 секунд!

Скорость вращения Земли в век значительного похолодания климата заметно возрастает. Возрастают и центробежные силы, сплющивающие Землю у полюсов. Часть ее массы перетекает к экватору. Но если в твердой земле это происходит далеко не сразу, с расстановкой и инерцией, то водная поверхность «геоида» перестраивается быстро. К экватору перетекает масса воды. В морях умеренных и северных широт берега как бы поднимаются из пучины, обнажается морское дно. В периоды потеплений, в сухие века, когда скорость вращения земли падает, идет обратный процесс: морские воды текут на север.

Возможно, именно так можно объяснить приключения храма Сераписа и современное наступление Черного моря на его берега, особенно северные. Здесь уровень воды повышается в 2-3 раза быстрее, чем в Мировом океане. Здесь, не без помощи человека, съедаются километры пляжей, рушатся и обваливаются в море подмытые прибоем высокие берега.

Реки тоже «чувствуют» глубокое «внутреннее влечение» к северу, когда начинает быстро падать скорость вращения Земли. Если река течет на юг, то эта встречная сила как бы подпруживает ее. Течение реки замедляется, русло искривляется, появляются старицы, протоки, дельта расчленяет ее устье. Там медленно текущая вода нагромождает наносы. Пример – дельты Волги и Днепра.

Мы живем, подчиняясь космическим ритмам. День – ночь. Зима – лето. Приливы – отливы. И вот, оказывается, приливное взаимодействие трех космических тел – Солнца, Земли и Луны – может проявить себя не только в полусуточном приливном дыхании нашей планеты.

Каждый день на водную и твердую оболочку Земли действует не та приливная сила, что действовала вчера. В течение месяца все три светила дважды бывают примерно на одной линии. Такие положения тел астрономы именуют сизигиями. В эти моменты складываются гравитационные возмущения от Солнца и Луны, и тогда бывают большие приливы. И дважды за тот же месяц Солнце и Луна действуют на Землю под прямым углом. Это моменты квадратур, во время которых приливное действие Солнца как бы вычитается из лунного. Приливы в это время наименьшие. Но и это еще не все. Раз в месяц Луна подходит к Земле максимально близко в своем беге по эллиптической орбите. Прилив в это время усиливается – на 40%! А к Солнцу Земля бывает ближе всего зимой – тогда увеличивается солнечная приливная сила. Зависит приливная сила и от многих других вещей, например, она больше, если Луна и Солнце проходят точно над экватором Земли. Но главное взаимодействие всех этих причин.

Еще древние халдеи выделяли «сверхгод» или период Сарос. Он составляет 18,6 года. Через такой промежуток времени плоскости вращения Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца совпадают на некоторый срок, и на Земле происходит сразу несколько подряд солнечных и лунных затмений, то есть полных сизигий. Значит, раз в 18,6 года приливы на Земле особенно сильны. Но есть, оказывается, и периоды еще более сильных приливов. Раз в 1 800 – 1 900 лет Земля, Луна и Солнце входят в полосу «сверхсароса». Все три тела часто попадают в точное «сизигийное» положение, одновременно и Земля оказывается ближе к Солнцу, а Луна – к Земле.

Безусловно, общий ход исторических событий определяется внутренними причинами – экономическими, политическими и социальными, но обстоятельства, внешние, географические и даже астрономические, могли иногда вмешиваться в этот общий ход, спрямляя или усугубляя иные зигзаги истории. Все это относится и к 1850-

140

летним природным ритмам. Учение советского географа А.В. Шнитникова об этих ритмах сейчас уже пользуется широкой известностью в научном мире и уважительным признанием многих географов.

Со времени последнего большого похолодания горные ледники повсеместно отступают. Но отступают не плавно (тогда конечная морена ледника тянулась бы непрерывной полосой от самой нижней точки, достигнутой когда-то ледяным языком, до теперешнего его положения), а как бы «гляциологическими квантами».

Конечных морен, четких, ясно очерченных, на пути очень многих ледников обычно восемь – в Японии и в Альпах, на Кавказе и Тянь-Шане и во многих других местах. Это значит, что за последние 15 тысяч лет, то есть за период голоцена, восемь раз ледники прекращали отход и даже наступали. Тут-то и накапливались отдельные конечные морены. Затем ледник снова отходил и оставлял следующую морену – зарубку на память. Восемь циклов за 15 тысяч лет. Так обнаружилась связь между климатическими ритмами и периодами сверх приливных эпох.

Связь между климатическими ритмами и периодами сверх приливных эпох объясняется сменой сезонных и вековых типов атмосферной циркуляции. Вековые изменения в зональной циркуляции атмосферы соответствуют существенным изменениям свободной энергии имеющейся в тропосфере. Именно зональный тип циркуляции атмосферы (в отличие от меридианального) формирует периоды сверх приливных эпох. Как сезонные, так и вековые изменения широт, на которых господствуют западные потоки, обычно следуют за смещениями границ снежного и ледяного покровов.

Всмене климатических ритмов большое значение имеет расположение полюса динамической системы тропосферы (циркумполярного вихря). В эпоху, когда циркумполярный вихрь расположен над территорией северной Аляски над североамериканским континентом устанавливается режим влажной и прохладной погоды. В это же время над североазиатским материком преобладают зональные ветры

иперенос сухих горячих воздушных масс с юго-запада на северо-восток. Установление влажной и довольно прохладной погоды над Гренландией способствует формированию ледников. В эпохи, когда циркумполярный вихрь расположен над Таймыром, над Аляской и Гренландией устанавливает режим теплой и сухой погоды. Это обуславливает таяние ледников и образование айсбергов.

Смена положений центра гидродинамики над полюсами обусловливает различия в формировании погодных условий над отдельными частями северного и южного полушарий. В вопросе о потеплении или похолодании климата на Планете определяющую роль играет количество солнечной энергии, поступающей через тропосферу к земной поверхности.

При потеплении температуры повышается, прежде всего, у полюсов, затем этот процесс распространяет по полушарию с запада на восток к экватору. Соответственно, тают ледники, разливаются реки, повышается уровень Мирового океана.

При похолодании температура воздуха у полюсов снижается. Ледяные покровы в горах растут, уровень Мирового океана понижается.

Таки образом, изменение климата играет решающую роль в развитии общества и формирования социально-экологических эпох.

Впроцессе исторического развития общества, человечество прошло несколько

социально-экологических эпох.

Эпоха первая – доминанта прокормления: охрана природы и среды жизни игнорируется, стремление к максимальному демографическому росту, территориальнодемографический экспансионизм, технологии с экономическими ограничениями. Эта эпоха занимает рабовладельческий и феодальный периоды.

142

Глава 9 ЦИКЛЫ И РИТМЫ КЛИМАТА ЗЕМЛИ

Климат Земли. Причины колебаний климата (астрономические, геологогеографические). Палеоклиматическая реконструкция климата Земли. Модель расчета разномасштабных вариантов изменчивости термического режима в приземных слоях атмосферы за 3,5 млрд. лет, 600 млн. лет, 10 млн. лет, 100 тыс. лет, 8 тыс. лет до настоящего времени и прогноз возможных вариаций на 1 млрд. лет, 100 тыс. лет, 12 тыс. лет, 2 тыс. лет вперед. Учёт природной составляющей и атропогенного влияния на климат позволяет с большей заблаговременностью предвидеть изменения климата в разных масштабах времени и видоизменять свою хозяйственную деятельность.

Климат Земли – один из наиболее динамичных компонентов географической оболочки, так как он является выражением физического состояния очень изменчивых во времени и пространстве нижних слоев атмосферы. Климат Земли это – характерный для нее в многолетнем аспекте режим погоды, обусловленный неравномерным распределением по земному шару солнечной радиации, распределением материков и океанов, форм рельефа (гор, возвышенностей, долин) и связанной с ними циркуляции атмосферы [ 95 ].

Для климата Земли характерна широтная зональность. Она обусловлена астрономическими причинами, шарообразной формой Земли и неравномерным распределением солнечной энергии на земной поверхности. Большая часть солнечной энергии приходится на экватор, а наименьшая на полюса. От этих показателей зависят значения климатических параметров, таких как температура и осадки. Средние широтные величины температур воздуха за январь и июль и средние широтные значения атмосферных осадков, выпадающих за год на земную поверхность представлены в таблице 9.1.

Таблица 9.1

Температура воздуха и осадки

Приведенные в таблице значения свидетельствуют о том, что в нижних слоях тропосферы существует определённая закономерность в распределении основных показателей климата – температуры и осадков.

В экваториальной зоне среднемесячные значения температур воздуха в течение года составляют 26-270 С. В полярной зоне северного полушария температуры в течение года колеблется от –310 С (зимой в январе) до +10 С (летом в июле). В полярной зоне южного полушария среднемесячное значение температуры воздуха составляют -420 С (зимой в июле) и -130 С (летом в январе). Наибольшее количество

143

осадков за год выпадает в экваториальной зоне (150-201см), а у полюсов наименьшее количество осадков (11-19см). В полярных широтах южного полюса осадков выпадает меньше чем у северного полюса в связи с более низкими температурами воздуха.

Широтная зональность в основном связана с астрономическими причинами. Распределение суши и моря и циркуляция атмосферы могут значительно нарушить эту зональность.

Впервые идея широтной зональности получила выражение в «солярной» системе «климатов» древнего мира, которая оставалась господствующей почти вплоть до XIX в. В основе этих представлений лежало мнение, что климат местности определяется наибольшей высотой солнца над горизонтом и, в связи с этим, важнейшими климатическими рубежами являются экватор, тропики и полярные круги. Неверным здесь является то, что термическая характеристика климата основывается только на высоте солнца и не принимаются в расчет ни свойства подстилающей поверхности (суша, море, высота местности над уровнем моря), ни перенос тепла воздушными и океаническими течениями.

Более отвечающим природным условиям было понятие о термических поясах, выдвинутое Зупаном, Воейковым и Кеппеном в 80-х годах прошлого столетия. Ими выделены так же, как и у древних греков, пять поясов – один жаркий, два умеренных и два холодных, – но границы этих поясов проводились по иному принципу, в соответствии с ходом изотерм (во второй половине XIX в. имелись уже карты изотерм земного шара, которые и были использованы для данной цели).

Б. П. Алисовым в 1952 году было предложено принять за основу для деления земной поверхности на климатические зоны географические типы воздушных масс. Это деление неразрывно связано с условиями формирования того или иного климата, так как оно учитывает общие условия циркуляции, перенос тепла морскими и воздушными течениями, распределение суши и моря. Вместе с тем такой подход является комплексным, так как каждый из основных типов воздушных масс отличается своими специфическими, связанными между собой метеорологическими характеристиками.

Всоответствии с основными характеристиками географических типов воздушных масс, в каждом полушарии им были выделены четыре основных пояса: 1) пояс экваториального воздуха, 2) пояс тропического воздуха, 3) пояс воздуха умеренных широт, 4) пояс арктического (антарктического) воздуха. Кроме этого в каждом поясе предусматривается формирование континентальных и морских подтипов воздушных масс под влиянием суши и моря.

Всвязи с сезонными перемещениями основных климатологических фронтов были выделены три промежуточных пояса между указанными основными: пояс экваториальных муссонов (который может быть назван также субэкваториальным поясом), субтропический и субарктический (в южном полушарии – субантарктический).

Вблизи экватора в течение всего года преобладающей воздушной массой является экваториальный воздух. В пределах полосы, в которой происходит трансформация тропического воздуха, располагается экваториальный пояс (на рис. 24).

К северу от экваториального пояса располагается переходный пояс: экваториальных муссонов, или субэкваториальный. В этом поясе летом северного полушария распространяется экваториальный юго-западный муссон, несущий экваториальный воздух, зимой северо-восточный пассат, образованный из тропического воздуха. На юге Азии (Индостан, Индокитай) и в северной части Индийского океана это зимнее пассатное течение называют часто также зимним

144

муссоном. Северной границей субэкваториального пояса служит летнее положение тропического фронта.

Летом и зимой южного полушария аналогичное положение имеет субэкваториальный пояс к югу от экватора.

К северу от пояса экваториальных муссонов, находится пояс тропического воздуха (3), в котором во все сезоны года преобладает тропический воздух. Южной границей этого пояса является летнее положение тропического фронта, северной – зимнее положение полярного фронта.

Между поясами тропическим и умеренным располагается переходный субтропический пояс, в котором летом преобладает тропический воздух, зимой – воздух умеренных широт (полярный). Границами субтропического пояса служат: южной – зимнее положение полярного фронта, северной – летнее положение того же фронта.

Далее к северу располагается пояс преобладания воздушных масс умеренных широт. Южной границей его служит летнее положение полярного фронта, т.е.

среднее положение летней границы распространения к северу тропического воздуха; северной границей служит зимнее положение арктического фронта, являющееся средним положением границы продвижения к югу арктического воздуха в зимнее время года.

Рис. 24. Схематическая карта широтных климатических поясов.

1 – пояс экваториального воздуха, 2 – пояс субэкваториального воздуха, 3 – пояс тропического воздуха, 4 – пояс субтропического воздуха, 5 – пояс воздуха умеренных широт, 6 – пояс субарктического воздуха, 7 – пояс арктического (анатарктического) воздуха.

145

В каждом поясе под влиянием суши и моря формируются континетальные и морские подтипы воздушных масс.

Между поясом умеренным и областью, занятой преимущественно арктическим воздухом, лежит переходный пояс – субарктический. Летом в этом поясе преобладает воздух умеренных широт, зимой – арктический. Границами субарктического пояса служат зимнее и летнее положения арктического фронта, подобно тому, как границы субтропического пояса определяют зимнее и летнее положения полярного фронта.

Последним к северу климатическим поясом является пояс, или, лучше сказать, область арктического воздуха, где он формируется и преобладает в течение всего года. Южной границей этой области служит летнее положение арктического фронта, т.е. средний предел распространения к северу воздуха умеренных широт в летнее время.

Все сказанное, с соответствующими изменениями, относится также к южному полушарию.

Географическое распределение климатических поясов показано на схематической карте рис. 24.

Колебание климата Земли – одна из важнейших научных проблем, так как она существенно влияет на хозяйственную, социальную и политическую деятельность людей всех стран мира. В ходе геологической истории Земли климат формировался в результате неравномерного освещения ее солнечной энергией, возникновением атмосферной циркуляции и необратимых изменений взаимодействия подстилающей поверхности с атмосферой. Большую роль при этом играли процессы вулканизма. В эпохи активной вулканической деятельности в атмосфере увеличивалось количество кислотных дымов и пыли, а в эпоху ослабления вулканической деятельности усиливалась «солнечность» климатов Земли, так как соответственно возрастал приток к земной поверхности прямой солнечной радиации. Усложнялись структуры и рельеф земной коры. При этом контрасты рельефа обострялись: горы, возникавшие в течение каждого последующего цикла горообразования, были выше гор предыдущего цикла, океаническое дно углублялось [ 87 ].

К началу XXI века проблема изучения изменений климата Земли стала одной из центральных, волнующих мировую общественность. Повышение температуры воздуха климатологи связывают с возрастающими промышленными выбросами в атмосферу двуокиси углерода, азота, серы и других токсических веществ («парниковый эффект»). Прогнозируется резкое потепление, таяние ледниковых покровов, повышение уровня мирового океана с затоплением пониженных участков прибрежных регионов суши.

Опасения возможных катастрофических явлений и давление экологических организаций заставляют правительства разных стран выделять огромные средства на борьбу с последствиями потепления климата. Однако при изучении изменения климата следует учитывать не только антропогенную, но и природную составляющую климатической изменчивости, потому что при суперпозиции воздействий на климат факторов внешней среды волна антропогенного потепления может гаситься встречной волной природного похолодания климата.

Если природные процессы ведут к потеплению климата, то антропогенные факторы только усиливают этот процесс. И наоборот, в случае очередного похолодания климата антропогенные факторы уменьшают интенсивность похолодания.

Для того чтобы выяснить природную составляющую климатической изменчивости, необходимо использовать палеоклиматическую информацию о климатах прошлых эпох и на основе моделирования установить не только закономерности развития процесса в настоящее время, но и составить прогноз его в будущем.

146

Колебания климата оказали в свое время большое влияние на отложение таких ископаемых, как соль и гипс, каменный уголь, а также на растительность и животный мир прошлых эпох и на их постепенную эволюцию. Последняя стадия эволюции климата была связана с суровыми условиями жизни в последнюю ледниковую эпоху.

Вкаждую геологическую эпоху сочетание климатообразующих факторов было своеобразным, не похожим на другие эпохи, поэтому климаты геологического прошлого неповторимы.

Ярче всего выражена другая закономерность, сопровождавшая направленную эволюцию климатов, – ритмические (циклические) их изменения. История земных климатов еще в большей мере, чем история земной коры и рельефа, дает убедительный пример цикличности, относительной (но не абсолютной) периодичности. В ходе геологической истории повторялись эпохи обширных материковых оледенении (рифей, поздний палеозой, антропоген) и эпохи господства теплых гумидных климатов (кембрий, ранний карбон, ранняя юра, эоцен и др.), эпохи резкого обострения климатической зональности и эпохи относительного ослабления ее.

Вгеологические эпохи происходили изменения температуры в приземных слоях атмосферы, на поверхности земли и в океанах. Причины этих изменений разнообразны. От изменений солнечного излучения до изменений геоморфологии суши, движений моря, астрономических движений Земли и флуктуаций атмосферной и океанической циркуляций.

Эти изменения климата носили циклический характер, поскольку рано или поздно восстанавливались условия, сходные с первоначальными. В число главных общепланетарных климатических событий в истории Земли входят:

1) главные эпохи оледенения, разделенные интервалами от 100 до 300 млн. лет; 2) температурные циклы, наблюдавшиеся в неледниковые эпохи и

продолжавшиеся от нескольких до многих миллионов лет; 3) повторяющиеся температурные циклы в эпоху плейстоцена, длительностью в

десятки тысяч лет.

Геологические данные об этих изменениях температуры основаны на множестве наблюдений и измерений, собранных в различных областях науки, включая палеонтологию, палеоботанику, геоморфологию, геохимию и почвоведение.

9.1. Причины колебаний климата Земли

Причины изменений климата Земли можно подразделить на две группы: астрономические и геолого-географические.

Астрономические факторы климатообразования включают влияние солнечной активности и галактической среды, которые обусловливают различные пульсирующие воздействия на изменение элементов земной орбиты и скорости вращения Земли.

Впоследние десятилетия установлена синхронность изменений активности Солнца

исовременных колебаний климата, на основе, которой был сделан вывод о причинных связях между этими явлениями. Колебания солнечной активности имеют многоциклический характер, т.е. существуют циклы разной продолжительности, соподчинённые друг другу (в 2-3 года, 5-6 лет, 10-12 и 22-23–летние и т.д.; самый продолжительный, по современным данным, – в 5 300-5 400 лет).

Изменения солнечной активности сопровождаются изменением количественного и качественного состава солнечной радиации, а именно: в циклы усиления солнечной активности, совпадающие с активным образованием пятен на Солнце, увеличивается приток к Земле ультрафиолетовой радиации, что влечет за

147

собой изменения геомагнитного поля Земли (появление геомагнитных бурь) и глобальных процессов в атмосферной циркуляции.

Многоцикличность деятельности Солнца была характерна и для геологического прошлого, вызывая ритмику климатических процессов.

Кгеолого-географическим факторам относятся ритмические изменения рельефа

вжизни земной коры, ритмические изменения в составе атмосферы, которые обусловлены цикличным воздействием внешних космических факторов на процессы тектогенеза земной коры. Эпохи орогенеза и усиления геоморфологической дифференциации земной поверхности, как правило, были и эпохами обострения климатических различий. Геократические фазы в жизни континентов одновременно были и фазами отчётливо выраженной аридизации климатов, в то время как талассократические фазы сопровождались смягчением климатических контрастов и расширением гумидных зон.

Эпохи относительного тектонического покоя и господства выровненного рельефа сопровождались тоже ослаблением зонально-климатических контрастов. Ритмичность вулканизма (чередование эпох активизации и ослабления вулканической деятельности вызывала ритмические изменения состава атмосферы, повторяемость эпох повышенного и пониженного содержания углекислого газа, вулканической пыли, водяных паров, играющих определённую климатообразующую роль.

Установлено, что эксцентриситет, характеризующий степень эллиптичности (вытянутости) земной орбиты, периодически меняется (увеличивается – уменьшается) с периодом в 90 000 лет. Это означает, что меняется расстояние Земли от Солнца и, следовательно, приток солнечной радиации.

Существует также другое периодическое явление – прецессия (предварение равноденствий), вследствие которой перигелий (ближайшая к Солнцу точка земной орбиты) приходится на разное время года (то на лето, то на зиму). Это приводит к периодическим изменениям притока солнечной радиации в разные времена года (с периодом около 26 000 лет), т.е. тоже дает определённый климатический эффект.

Периодически меняется и наклон земной оси (с периодом в 40 000 лет) в пределах от 21°58/ (по отношению к отвесному положению оси) до 24°36/. Как показывают расчеты К. Брукса, изменения в наклоне земной оси не только вызывают изменения в степени контрастности климатических сезонов, но и изменения в зональной схеме притока солнечной радиации: при увеличении наклона земной оси ослабевают зональные контрасты в притоке солнечной радиации, при уменьшении – обостряются.

Колебания климата Земли могли происходить и при участии такого фактора, как изменения скорости вращения Земли. Но истинная роль этого фактора пока плохо изучена. На процесс уменьшения скорости вращения Земли, вызывающего удлинение суток и медленные сдвиги в зональной схеме циркуляции атмосферы (в частности, очень медленное смещение в более высокие широты субтропических барометрических максимумов), накладываются скачкообразные увеличения – уменьшения скорости вращения (с периодами разной длительности), что должно усиливать ритмику климатических процессов.

Многообразны факторы, вызывающие ритмические колебания климата; действие их часто противоречиво: в одно и то же время могут действовать факторы, усиливающие региональные климатические контрасты и ослабляющие их. Это усугубляет неповторимость климатов прошлого, так как исключает абсолютную повторяемость сходных сочетаний климатообразующих факторов.

Весьма отчетливо в геологическом прошлом была выражена неравномерность изменений климата в пространстве. Главное ее проявление – разная степень

148

изменчивости климатов в различных регионах. Для иллюстрации этой закономерности достаточно вспомнить последний отрезок геологической истории – поздний кайнозой.

Максимальная изменчивость климата в позднем кайнозое (неогене и антропогене) характерна была для высоких и средних широт северного полушария, минимальная – для экваториальных и тропических широт.

Хотя многие факторы климатообразования имеют общеземную значимость и, следовательно, их изменчивость должна была приводить к повсеместным изменениям климата, тем не менее, факты показывают, что амплитуда изменений климата в разных регионах была различной. Расчёты английского климатолога Брукса убедительно показали, что каждый широтный пояс по-своему преломляет влияние тех или иных (астрономических и географических) факторов климатообразования. Например, изменения наклона земной оси и соотношения площадей моря и суши наибольший климатический эффект дают в высоких и средних широтах, наименьший – в экваториальных и тропических. Весьма существенной причиной неравномерных изменений климата можно считать региональную специфику тектонических движений земной коры и связанных с ними крупных форм рельефа, играющих большую климатообразующую роль.

Климатическая зональность сформировалась в то время когда появились атмосфера и гидросфера, а температура поверхности Земли стала ниже 100 С. Однако степень выраженности климатических зон в ходе геологической истории менялась весьма существенно, менялось и само число зон, и гидрометеорологические характеристики однотипных зон. Термические условия и условия увлажнения, например, в зонах умеренно-влажного климата в разные геологические эпохи значительно варьировали, поэтому нередко по термическим условиям и количеству осадков эти зоны приближались к современным влажным субтропикам, однако в сравнении с синхронными им климатическими зонами субтропического, тропического, субэкваториального и экваториального широтных поясов они были действительно умеренными с отчетливо выраженной сменой климатических сезонов. Менялась и степень засушливости климата в аридных (засушливых) зонах.

О характере климатических зон той или иной геологической эпохи объективно можно судить, не столько сравнивая климат соответствующей эпохи в определенном регионе с современным, сколько сопоставляя синхронные климаты разных регионов.

Особую остроту вопроса об эволюции климатов Земли составляет проблема смещения климатических зон. Палеоклиматические документы указывают на большие сдвиги климатических зон в ходе геологической истории.

Причины смещения климатических зон можно подразделить на два типа: астрономические и геолого-географические.

1. Астрономические факторы (положение Земли в космическом пространстве). Относительное перемещение оси вращения в теле Земли, вызывает миграцию полюсов и экватора и, соответственно, миграцию климатических зон на земной

поверхности.

Идея миграции географических полюсов не нова, она высказывалась еще Кеппеном, Вегенером и др. Важно отметить, что в настоящее время миграцию полюсов обосновывают не только чисто палеоклиматическими данными, но и палеомагнитными исследованиями.

Для многих отрезков геологической истории палеоклиматические и палеомагнитные материалы однозначно указывают местоположение полюсов и экватора. Это одно из самых убедительных доказательств правильности выводов

149

палеоклиматологии (Монин А.С. С соавт., 1979; Будыко М.И., 1992; Павлов А.В., 1997; Анисимов О.А. С соавт., 1998 и др.).

Причина климатической изменчивости кроется в воздействии на планету гравитационных и электромагнитных волн Солнца и Галактики, а также в тектонических движениях земной коры, изменении колебаний земной оси, эксцентриситета земной орбиты, наклона эклиптики и периодов прецессии.

2. Геолого-географические факторы вызывают общеземные или крупные региональные изменения климата, которые сопровождаются сдвигом климатических зон (изменения в распределении моря и суши, циркуляции и составе атмосферы и гидросферы, крупных форм рельефа, наклона земной оси, эксцентриситета земной орбиты, скорости вращения Земли и т.д.). Однако не все климатические зоны подвержены смещению в равной степени:

Наиболее постоянно положение зоны тропического климата, поэтому и в современную эпоху области экваториальных лесов и саванн не выходят за пределы тропиков, несмотря на все разнообразие рельефа Земли и распределение морских течений.

Наименее постоянны границы климатических зон умеренно-влажного и особенно аридно-пустынного типа. Смещение границ этих зон может достигать, судя по современному их положению, 1 000-1 500 км, но не превосходит их средней ширины.

Возможно, в прошлом, в эпохи талассократические (влажные) с господством малоконтрастного рельефа, амплитуда смещения зон пустынного климата была больше, вплоть до почти полного их исчезновения. Но вряд ли было такое положение, что исчезали климаты умеренно-влажные и субтропические (влажные или сезоннозасушливые), так как их существование тоже определяется относительно постоянными астрономическими факторами (формой Земли, ее движением вокруг Солнца и вращением вокруг оси при наличии определённого угла наклона земной оси к плоскости эклиптики).

9.2. Палеоклиматическая реконструкция климата Земли

Под палеоклиматической реконструкцией приземных слоев атмосферы понимается восстановление климата в целом или отдельных её элементов (солнечной радиации, температуры воздуха, влажности воздуха, осадков и характеристики ветров) в приземных слоях атмосферы за прошедшие геологические эпохи.

Работы в этом направлении проводятся учеными с XVIII века. Гениальный русский ученый М.В. Ломоносов (1711-1765) – один из основоположников палеонтологии и современного естествознания в работе «О слоях земных» – изложил воззрение о вековых колебаниях суши, землетрясениях, тектонических движениях земной коры и изменениях климата. Он писал, что в земных слоях сохранились следы жизни животного и растительного происхождения, соответствующие климатам прошлых геологических эпох [86, 87].

Инструментальные наблюдения за погодой на планете начаты с XVI века, когда были изобретены термометр и барометр. С XVII века метеорологические наблюдения приобретают научный характер. В XIV веке английские исследователи Мич, Виннер (1877), Харгривс (1896) сделали первые попытки «пролить свет на геологические исследования, связанные с изучением температуры на земном шаре в очень удаленные эпохи» и получили формулы, связывающие радиацию на любой широте и ее вековые колебания с изменениями эксцентриситета, долготы перигелия и наклона эклиптики. Эти исследования продолжили А.И. Воейков (1902); М. Миланкович (1920); Л.А.Вительс (1948); Л.С. Берг (1947); П.П. Предтеченский (1948); С. Эмиллиани (1954);

151

температура, W – радиация на данной широте, А – альбедо (с учетом отражения в атмосфере), М – масса столба воздуха, – коэффициент поглощения для длинных волн и — постоянная Стефана, основное соотношение, даваемое Миланковичем, имеет вид

Т 4 12 1 А 1 М W ,

где (Т) – температура самого нижнего слоя атмосферы.

В этом приближении «распределение солнечной температуры» дается для устойчивого состояния радиационных условий (инсоляции).

Кривую солнечной радиации Миланкович (1924) строил для широт 55-65 с.ш. из расчета средней температуры воздуха 15,2 С и синхронности изменений климата в северном и южном полушариях (рис. 25) с шагом 5 тыс. лет на временном отрезке 350 тыс. лет. Для случая, когда решался вопрос о восстановлении палеотемператур для временного отрезка времени – 650 тыс. лет, температуры определялись через каждые

10тыс. лет.

9.3.Математическая модель расчета изменчивости климата Земли

Л.Сверловой

В1973 году Л.И. Сверловой разработана модель временной изменчивости климата

сучетом эндогенных ( Sэнд) и экзогенных ( Sэкз) факторов. Под эндогенными факторами понимается влияние эволюционных процессов Земли связанных с постепенным охлаждением планеты. Под экзогенными процессами – влияние ритмов, циклов Галактики солнечной активности и положения планеты в космическом пространстве (экцентриситета земной орбиты, наклона эклиптики, периодов прецессии). Экзогенные и эндогенные факторы формировали климат одновременно. Автором данной модели использован принцип классической физики – суперпозиции, позволяющий учитывать эффект от сложения нескольких гармоник независимых воздействий как сумму эффектов от каждого воздействия на климат планеты.

На основе разработанной модели произведена реконструкция колебаний термического режима планеты за период от 3,5 млрд. лет до настоящего времени. Расчет температурных аномалий осуществлялся с учетом палеоклиматических показателей за рассматриваемый период времени.

Формула расчета температурных вариаций ( s) для широтах 45-55 градусов в обоих частях полушария имеет вид:

Sвоз Sэнд Sэкз ,

где, Sэнд – средняя годовая температура Земли на широтах 45-55 градусов на глубине 5 метров;

Sэкз – температурные аномалии приземных слоев атмосферы для широт 45-55

n 1

153

Тi - фактическое время от того периода, от которого производится расчет остывания планеты;

Тc - постоянная времени охлаждения Земли. Это промежуток времени, за который температура воздуха у остывающей поверхности Земли (th) уменьшится в e раз.

где G - вес тела Земли, (кал/г.град);

G = m х g = 5,98 х 1029 х 9,81 = 58,6638 х 1029 = 5,87 х I0 30 г.

S – поверхность земли (см2);

S х gy – полная теплоотдача со всей земной поверхности; с - удельная теплоемкость Земли, (кал/г.град).

Удельная теплоемкость минерального скелета грунта равна 0,2 кал/г.град, а воды - 1,0 кал/г.град. Земная кора состоит из силикатного материала и воды, поэтому нами удельная теплоемкость верхних слоев коры принята 0,5 кал/г.град.

Если принять, что поверхность Земли равна 5,1х1018 см2 , а полную теплоотдачу со всей ее поверхности – 2,5х1021 кал/год, то постоянная времени охлаждения Земли будет равна Тс = 0,94х109 лет. Используя эту информацию, по формуле рассчитана температура охлаждающейся поверхности Земли (в масштабе 1:100 000 000).

Приведенная информация, а также расчетные данные (рис. 26) позволили сделать вывод, что к началу геологической истории Земли (3,5 млрд. лет назад) температура поверхности Земли была уже в пределах современных значений и решающего влияния на климат планеты не оказывала.

Климат на Планете стал определяться энергией Солнца. Все другие факторы то усиливали поступление солнечной радиации на земную поверхность, то ослабляли.

Снижение поступления солнечной энергии на земную поверхность формировалось похолодание климата, при повышении поступления энергии – потепление.

Рис. 26. Кривая температуры охлаждающейся поверхности Земли.

154

Модель расчета температурных аномалий приземных слоев атмосферы за 3,5 млрд. лет

Земля как планета солнечной системы, испытывает на себе все флюктуации галактической среды. Как отмечалось нами ранее, скорость вращения Солнца вокруг Галактического ядра составляет 250 км/сек. При расстоянии от Солнца до центра Галактики (созвездие Стрельца), равного около 10 000 пс, Солнце совершает полный оборот за 175 млн. лет.

При вращении солнечной системы вокруг галактического ядра в одном из рукавов Галактики Солнце периодически испытывает на себе ударные волны за счет различной плотности галактической среды. При этом космические лучи сверхвысоких энергий, проникая в солнечную систему, вызывают определенную реакцию в деятельности Солнца и планет солнечной системы,

За период 3,5 млрд. лет геологического развития нашей планеты Солнечная система, в т.ч. и Земля, совершили 23 полных оборота вокруг галактического ядра. Это не могло не сказаться на эволюции литосферы, гидросферы и биосферы Земли. Вариации воздействия плотности межзвездной среды регулировали солнечную активность, геомагнитные бури и оказывали существенное влияние на земные процессы (вариации атмосферной циркуляции, скорость вращения Земли, смену траектории холодных и теплых течений, тектонические движения земной коры и вулканические извержения). Каждый из отмеченных факторов соответственно влиял на температурный режим нашей планеты и формировал климат Земли.

В 1965 (Сверлова Л.И., 1973) разработан метод реконструкции климатов планеты на основе моделирования процессов, вызывающих изменения климата исходя из учета следующих закономерностей.

На каждом временном интервале эволюционного развития крупные ритмы, оказывали большее влияние на изменение климата, чем мелкие. Мелкие ритмы воздействия только затушевывали влияние основных ритмов, определяющих тенденцию развития климата.

Таблица 9.3.1. Экстремальные феномены изменений климата, использованные при реконструкции

155

С помощью искусственных спутников Земли стало известно, что вариации в ультрафиолетовом излучении в течение 27-дневного цикла солнечной активности быстро уменьшаются с ростом длины волны.

При реконструкции палеоклиматов использован математический метод суперпозиции гармоник циклов и ритмов) воздействия внешних факторов на климат Земли.

К реконструкции палеоклимата подходили с точки зрения расчета палеотемпературных аномалий приземных слоев атмосферы для широт 45-55 .

Модель расчета палеотемпературных колебаний в приземных слоях атмосферы ( Sз) за период 2,5 млн. лет, когда среднегодовая температура поверхности Земли перестала быть зависима от внутреннего тепла Земли, имеет следующий вид:

n

Sэкз An cos n T n ,

n 1

где, Аn - амплитуды колебаний температуры приземных слоев атмосферы от воздействия ритмов (табл. 9.3.1);

n – угловая частота колебаний определяется по формуле 2 , где Тn –

Tn

периоды ритмов (табл. 9.3.1); Т – временной интервал, через который определяется данная температура. Если

масштаб времени выбран 1:100, то значение температуры мы получим с интервалом через 100 лет. Если масштаб времени выбран 1:10, то значение температур мы получим через каждые 10 лет;

n - углы начальных фаз гармонических колебаний внешних воздействий на температурный режим приземных слоев атмосферы от начала отсчета (каждому ритму придаются значения от 0 до 360 , при этом выбирается тот вариант, который по температурным показателям колебаний нашел свое отражение в геологических событиях данного отрезка времени).

Угловая частота колебаний определяется величиной смещения синусоиды относительно начала координат. Она измеряется абсциссой точки перехода отрицательной полуволны в положительную. При реконструкции отрицательной полуволне придавалось значение похолодания климата на планете, а положительной – потепления. Значения начальной фазы изменялись от 0 до 360 градусов. В процессе моделирования принималась та величина «гармоники», которая при суперпозиции обеспечивала резонанс либо яркого потепления, либо похолодания в соответствии с принятым постулатом для рассматриваемого отрезка времени (табл. 9.3.1).

При реконструкции климата определялся масштаб времени, в пределах которого рассматриваются колебания климата. В зависимости от временного масштаба осуществлялось построение модели. При этом последовательно осуществлялся переход от больших отрезков времени к меньшим. Например, 3,5-0,1 млрд. лет; 600-0,1 млн. лет; 60-0,1 млн. лет; 10-0,1 млн. лет; 2-0,1 млн. лет; 12-0,1 тыс. лет.

За период геологической истории Земли кривая термического состояния Земли имеет довольно плавный ход (рис. 26), поэтому те термические вариации, которые на планете имели место в прошлом, можно отнести за счет вариаций, связанных с экзогенными воздействиями.

Рассмотрим методику составления расчета палеотемпературных вариаций в пределах разных временных периодов: 3,5 млрд. лет, 600 млн. лет, 10 млн. лет, 10 тыс.

156

лет и 2 тыс. лет до настоящего времени. Для каждого периода нами устанавливались ритмы возможных космических воздействий и время ярчайших потеплений либо похолоданий климата (названных нами «постулатами»), которые были подтверждены палеомагнитными, палеоморфологическими и палеонтологическими данными и радиоуглеродными датировками (табл. 9.3.1).

В связи с тем, что среднегодовая температура планеты по своей абсолютной величине близка к среднегодовой температуре умеренных широт, мы производили расчет для широт 45-:-550.

Расчет вариаций термического режима автором выполнен для периодов 3,5 млрд.

лет (в масштабе 1:100 000 000), 600 млн. лет (М 1:10 000 000), 10 млн. лет (М 1:100 000), 100 тыс. лет (М 1:1000), 10 тыс. лет (М 1:100), 2 тыс. лет (М 1:100) и составлен прогноз возможных вариаций климата в будущем.

При моделировании обязательным условием было выполнение следующих постулатов (основных положений, четко зафиксированных в палеогеологии и палеонтологии):

1.В течение всей геологической истории Земли (3,5 млрд. лет) наибольшее потепление климата имело место 1,4 млрд. лет назад, а наибольшее похолодание – 600 млн. лет назад. В течение 10 млн. лет наибольшее потепление климата отмечено 4,5 млн. лет назад. (Брукс А., 1952; Синицын П.С., 1963; Сорохтин О.Г., Ушаков С.А, 1991; Будыко М.И., 1997 и др.).

2.В течение последних 100 тыс. лет наибольшее похолодание климата отмечено 23 тыс. лет назад (Флирт, Брандтер, 1966; Эмилиани, 1969). В плейстоцене максимальное похолодание была в Валдайскую ледниковую эпоху. Это похолодание вызвало сильное уменьшение влажности воздуха, суровость и малоснежность зим (Брукс, 1952; Фейрбридж, 1976; Сорохтин О.Г. С соавт., 1991).

3.В течение 10 тыс. лет выдающимся климатическим феноменом (голоцен) был климатический оптимум, имевший место 4 тыс. лет назад (Айдероон,1905;

Строка,1960; Гричук Е.П., 1969; Будыко М.И., 1996).

4.За последние 2 тыс. лет наибольшее похолодание произошло в V-VII веках н.в. с кульминацией в 520 году (Брукс,1952; Альман,1962, Ладюри,1971).

Реконструкция температурных аномалий за 3,5 млрд. лет до н.в. и прогноз на 1 млрд. лет вперед

За период геологического развития Земли (3,5 млрд. лет) наиболее эффективно могли себя проявить циклы Галактики - 175; 87,5; 43,750 млн. лет, связанные с циклами вращения Галактики вокруг своей оси (годовым, полугодовым и сезонными). Воздействия на температурное поле Земли проявлялись как непосредственно, так и через солнечную активность. Степень воздействия цикличной деятельности Галактики могла вызвать изменения температур приземных слоев атмосферы.

Реконструкция температурных аномалий за весь период геологического развития Земли производилась на основе учета ритмов галактической среды, при этом устанавливались ритмы инверсии магнитного поля Галактики. Полный инверсионный цикл – 21,9 млрд. лет; 0,5 инверсионного цикла – 10,95 млрд. лет; 0,25 инверсионного цикла- 5,47 млрд. лет. При расчете за основу был принят постулат: за период 3,5 млрд. лет наиболее высокие температуры воздуха были 1,4 млрд. лет назад. При моделировании начальные углы сдвига фаз подбирались таким образом, чтобы ко времени 1,4 млрд. лет назад все три цикла гармонических колебаний при сложении дали положительный резонанс в соответствии с принятым постулатом.

157

В итоге была получена кривая хода температурных аномалий за рассматриваемый период. Для проверки адекватности расчетной кривой осуществлялось сопоставление ее колебаний с данными палеогеографических исследований и историей тектонического развития Земли (рис. 27).

1,2

1,1

ср

-1,0 -2,0

0,6

Рис. 27. Реконструкция температурных аномалий Земли за период 3,5 млрд. лет назад и прогноз на 1 млрд. лет вперед;

1 – температурные аномалии приземных слоев атмосферы в С (М 1:10 000 000); 2 – температурная кривая охлаждающейся поверхности Земли.

Геологические эры: А – архейская, Pt – протерозойская, Pz – палеозойская, Мz – мезозойская, Кz – кайнозойская.

Тектонические эпохи: Тg1 – саамская, Тg2 – беломорская, Тg3 – карельская, Тg4 – сатпурская, Тg5 – неогейская.

Ритмичные воздействия высокоэнергичных корпускулярных энергий галактической плазмы оказывали стимулирующее влияние на эндогенные и экзогенные процессы Земли, определяя тектоническое развитие земной коры. В результате в истории тектонического развития земной коры выделяются 10 эпох: тектогенеза: саамская, беломорская и карельская (выделяющиеся на Восточно-европейской платформе), сатпурская (на севере Индии), байкальская, каледонская, герпинская, мезозойская, альпийская и тихоокеанская.

Первые четыре эпохи складкообразования принадлежат к древнему этапу развития земной коры, закончившемуся еще к началу позднего протерозоя (рифея); остальные шесть – к последующему этапу геологической истории, названному неогеем.

Саамская эпоха складкообразования проявилась в позднем архее, беломорская – в раннем протерозое, карельская – в среднем протерозое, сатпурская – в позднем протерозое. Байкальская эпоха складкообразования проявилась в середины протрозоя до начала кебрийского периода палеозоя. Каледонская эпоха складкообразования началась кое-где еще в конце позднего протерозоя, а закончилась в конце силура – начале девона.

В последнее время эту эпоху складкообразования некоторые ученые стали разделять на две самостоятельные эпохи: раннекаледонскую и позднекаледонскую. Герпинская эпоха складкообразования началась в девонском периоде (местами, например на Урале, даже с конца ордовика) и закончилась в начале позднего триаса. Мезозойская эпоха складкообразования начала проявляться еще с конца палеозоя и закончилась к началу позднего мела. Альпийская и тихоокеанская эпохи

158

складкообразования проявились с начала мезозоя (первая даже с перми) и продолжаются в настоящее время.

Эти эпохи скдадкообразования, приуроченные к определенному периоду их проявления, были совмещены с рассчитанной нами палеотемпературной кривой (рис. 27). В результате получено полное совпадение эпох тектогенеза с этапами ярчайших потеплений климата. Это позволило нам произвести восстановление продолжительности фаз активного складкообразования.

Геологическая история дает очень много примеров существенных изменений климатов: наиболее жаркие и сухие климаты конца перми – начала триаса или гумидные климаты ранней юры и эоцена, периоды обширных материковых оледенений (карбон, пермь, антропоген) и периоды с отсутствием или слабым развитием индикаторов холодного климата (триас, юра, мел, палеоген).

Развитие климата происходило не в прогрессивном похолодании или потеплении, увлажнении или засушливости, а в неуклонном формировании климатических различий на земной поверхности. Эта закономерность не сразу бросается в глаза, так как в сильной степени завуалирована ярко выраженной ритмичностью палеоклиматических процессов.

Реконструкция температурных аномалий

за 600 млн. лет до н.в.

Восстановление палеотемпературных аномалий приземных слоев воздуха за 600 млн.лет до н.в. (в палеозойскую и кайнозойскую эры) производилось в масштабе времени 1:1 000 000 (рис. 28).

В процессе реконструкции был принят постулат: наибольшее похолодание климата было 590 млн. лет назад. Из полученного ряда температурных аномалий (рис. 28) следует, что за период 600 млн. лет до н.в. яркие потепления климата имели место 430, 260, 100 млн. лет назад, а похолодания - 485, 330, 160 млн. лет назад. Из них наибольшее потепление было в перми (280-250 млн. лет назад).

1,2

1,0

ср

-1,0 -1,2 -1,4

Рис. 28. Реконструкция температурных аномалий Земли за период 600 млн. лет н.в.

1 – температурные аномалии приземных слоев атмосферы в С.

Этапы похолодания 500-470, 335-310, 180-120, 80-0 млн. лет назад связаны с оледенением полюсов, а этапы потепления – 600-500, 470-355, 310-180, 120-80 млн. лет назад – с их деградацией. Эти колебания климата вызвали усиление дифференциации ландшафтно-географических зон. Во второй половине палеозоя (перми). В плейстоцене вследствие похолодания становятся ярче зональная и провинциальная дифференциации.

159

Система, состоящая в средней перми из 5 зон, переходит к системе из 7 основных зон (появляются тундровая зона в северном и южном полушариях). Усиливаются и провинциальные контрасты внутри зон. Похолодание постепенно прогрессирует и охватывает зоны средних и высоких широт. Резко обозначаются сухие зоны затропических барометрических максимумов. Вместе с похолоданием уменьшается уровень Мирового океана и увеличивается площадь суши.

Реконструкция палеотемпературных аномалий планеты за 600 млн. лет позволяет сделать выводы:

1.Термический максимум подобный среднепермскому, имел место 410-450 млн. лет назад (в верхнем ордовике и нижнем силуре).

2.В середине мелового периода на общем фоне похолодания было крупное потепление 90-120 млн. лет назад, но оно не достигло по своим значениям среднепермского максимума.

3.Термические минимумы, подобные плейстоценовому, но менее интенсивные были 150-180 млн. лет назад (в средней пре), 310-340 млн. лет назад (в среднем карбоне) и 460-500 млн. лет назад (в среднем кембрии – нижнем силуре). Похолодания сопровождались частичным оледенением полюсов.

Сопоставление расчетной кривой с данными других авторов подтверждают правильность расчетов. Так, приведем современное представление о климате в Якутии

впалеозое и мезозое. В раннем кембрии (350 млн. лет назад) в Якутии имели место оптимальные климатические условия. Тропического облика флора этой эпохи, обилие карбонатных пород свидетельствуют о жарком и влажном климате с элементами засушливости (доломиты, гипсы) в верхнем Верхоянье. В среднем карбоне (320 млн. лет до н.в.) отмечалось общее похолодание климата. Климат Якутии становится умеренно-теплым и влажным, поскольку преобладающим в это время был гумидный тип осадконакопления (терригенные породы без существенного участия карбонатных). В пермском периоде замечено два периода похолодания (280 и 240 млн. лет назад), подтверждаемые наличием ледово-морских отложений. Последние свидетельствуют о резко выраженной климатической сезонности с холодными морозными зимами. В ранней триассе (220 млн. лет назад) отмечается засушливость климата Якутии.

В среднем триассе (200 млн. лет назад) отмечается небольшое похолодание. Дождливые сезоны стали чаще и продолжительнее. Возобновились процессы угленакопления, указывающие на достаточное увлажнение.

Все отмеченные вариации нашли отражение в палеоклиматической реконструкции (рис. 28). Таким образом, в течение палеозоя, мезозоя и кайнозоя неоднократно эпохи потепления сменялись эпохами похолодания. Эпохи интенсивного тектогенеза сменялись эпохами относительного покоя. Это приводило к миграции растительных зон и дифференциации растительных формаций.

В.М.Синицын еще в 1962 г. отмечал, что вся территория Северной Сибири и Верхояно-Колымской зоны в средне-олигоценовое похолодание располагалась в нулевой изотерме самого холодного месяца. Об этом свидетельствует и распространение в морских отложениях глауконита, для которого нулевая изотерма является границей географического ареала. Температуры летом не были высокими (не выше + 15-18°С), как сейчас в юго-западной части Канады.

К концу олигоцена в период потепления возрастает контрастность рельефа, причем

вобластях Тянь-Шаня, Алтая-Саян и Забайкалья гипсометрический уровень достигает такой величины, что в их высоком поясе характер процессов выветривания и формационный состав растительности оказываются уже не соответствующими общезональному типу. Фаза потепления охватывает около 8 млн. лет и завершается в раннем миоцене.

160

Реконструкция температурных аномалий за 10 млн.лет до н.в.

Период 10 млн. лет охватывает частично плиоцен и весь плейстоцен. Реконструкция температурных аномалий за этот период выполнена в масштабе 1:100 000 (рис. 29). При моделировании был принят постулат: за период 10 млн. лет наибольшее потепление климата имело место 4,5 млн. лет назад.

В течение периода 10 млн. лет на климатические колебания Земли и другие геофизические процессы большое влияние могли оказать вариации положения Земли в солнечной системе: эксцентриситет земной орбиты, наклон эклиптики (с периодом около 40 800 лет) и периоды прицессии (26 000 лет).

Эксцентриситет орбиты характеризует форму. В зависимости от величины эксцентриситета орбита может иметь форму эллипса, параболы или гиперболы. В палеоклиматологии вместо эксцентриситета используют понятие угла эксцентриситета исходя из соотношения, что угол эксцентриситета е = sin .

Наклон эклиптики – сечение небесной сферы плоскостью орбиты Земли.

1,4

1,2

ср

-1,2 -1,4 -1,6

Рис. 29. Реконструкция температурных аномалий Земли за 10 миллионов лет до н.э.

1 – температурные аномалии приземных слоев атмосферы в °С.

В основе палеотемпературной реконструкции за 10 млн. лет лежало обязательное выполнение условия, по которому все астрономические ритмы наклона эксцентриситет земной орбиты, наклон эклиптики и периоды прицессии в своем резонансе обусловили яркое потепление, и наибольшее потепление климата было 4,5 млн. лет назад.

Проверка полученной палеотемпературной кривой на основе сопоставления ее с установленными фактическими материалами показала, что в первой половине плиоцена наша планета продолжала пребывать в фазе похолодания, которое началось 14 млн. лет до н.в. (в верхнем плиоцене). Это похолодание продолжалось 8,2 млн. лет и закончилось 5,8 млн. лет до н.в. В начале верхнего плиоцена наступила фаза более высоких температур (5,8-2,0 млн. лет до н. в.).

Эти изменения климата отмечены В.С.Волковой, В.И.Ильиной и др. (1971) при интерпретации спорово-пыльцевых комплексов Сибири. По их данным в конце позднего миоцена и раннего плиоцена похолодание и аридизация климата привели к полному распаду тургайской флоры. Умеренно-теплолюбивые доминанты широколиственной флоры были замещены представителями мелколиственных пород. Лишь отдельные виды вязов, дубов сохранились в укрытиях, но не имели определяющей роли. В это время началось формирование умеренной флоры на северовостоке Сибири, содержащей холодостойкие породы преимущественно хвойных растений. В среднем и начале верхнего плиоцена в фазе отмеченного выше потепления (особенно 5,8-4,2 млн. лет назад) по речным долинам южной части Западной Сибири и Дальнего Востока наблюдалось расширение ареала широколиственных пород (дуба,

162

похолодание климата было 23 тыс. лет назад. С этого периода началось эпоха четвертичного оледенения северного и южного полушария.

Эпоха Валдайского оледенения 25-16 тыс. лет назад завершилась Щуваловским межледниковьем (Долуханов, Вигдорчик, 1970), имевшим место 16 000-14 200 лет назад. Это межледниковье ознаменовалось значительным потеплением и смягчением климата, вызвавшим почти повсеместный и одновременный расцвет лесной растительности. В большей части районов умеренного пояса доминирующее положение заняли березовые и сосновые древности (входившие и раньше в состав растительности перигляциальных областей). За Щуваловским потеплением последовало похолодание 14 200-9 800 лет назад. Это похолодание, продолжавшее более 4 000 лет, привело к частичному восстановлению позднеледникового растительного комплекса (Кинд, 1969).

Реконструкция температурных аномалий за 8 тыс. лет до н.в. и прогноз на 12 тыс. лет вперед

Интервал времени равный последним 10 тыс. лет, назван голоценом (Нейштадт,

1957).

При палеотемпературной реконструкции за 10 тыс. лет обязательным являлось выполнение условия: наибольшее потепление климата было 4 тыс. лет назад. Под эту дату соответственно подбирались углы сдвига фаз гармонических колебаний, которые были вызваны солнечной активностью с периодами: 660, 330, 165 лет. Восстановление палеотемпературных аномалий за период голоцена проводилось в масштабе времени

1:100 (рис. 31).

1,6

1,4

ср

-1,4 -1,6 -2,0

Рис. 31. Реконструкция температурных аномалий за 8 тыс. лет до н.в. и прогноз на 12 тыс. лет.

Из рис. 31 следует, что в течение 10 тыс. лет в климате планеты происходили довольно значительные колебания, которые не могли не сказаться на эволюции растительных комплексов. В развитии природной среды не было резких скачков в ту, либо в другую сторону.

На общем фоне похолодания в течение 14 200-9 800 лет назад имели место более мелкие фазы потепления и похолодания. Среди них проявились три фазы тепла: 13 30012 900, 12 100-11 700, 10 900-10 500 лет назад, которые разделены фазами похолодания. Из этой серии последняя фаза тепла (10 900-10 500 лет назад) названа «половецкой» фазой потепления, а последняя фаза холодного периода (10 000-9 500 лет назад) – «переславской» фазой похолодания (М.А. Хотинский, 1971). Вслед за переславской