книги из ГПНТБ / Непреднамеренные воздействия на климат. Результаты исследования влияния человека на климат [коллектив. моногр

зимних снегопадов накапливался снег и формировались большие горные ледники, а придонный слой воды омывающих Антарктиду океанов охлаждался [13]. Очевидно, начало современным ант­

полушария, по-видимому, происходило в результате медленных процессов перемешивания в океанах вместе с некоторым изме­ нением атмосферной циркуляции и радиационного баланса.

Рис. 3.1. Ход средней температуры в умеренных широтах с третичного периода до наших дней [13].

меется, все это произошло после образования огромного конти­ нентального ледяного покрова Антарктиды.

3.3.3. Плейстоцен (ледниковый, межледниковый и плювиальный периоды)

Последний миллион лет истории Земли характеризовался ря­ дом холодных (ледниковых) периодов с огромными континен­ тальными ледяными покровами в северном полушарии. Они пе­ ремежались теплыми (межледниковыми) периодами, когда кли­ мат среднеширотного пояса был на 1—3° С теплее, чем сейчас. В ледниковые периоды существенную часть вод гидросферы по­ глощали огромные ледяные купола над континентами, вследствие

37

в один из ранних ледниковых периодов. Во время межледни­ ковья уровень Мирового океана поднимался по крайней мере на 15—20 м выше современного уровня. Возможно, в один из ран­ них межледниковых периодов он был выше современного уровня даже на 70—80 м. Свидетельства еще более высоких уровней встречаются только в отдельных районах, испытавших тектони­ ческий подъем. Обширную геологическую информацию собрали Флинт [11] и Вольдштедт [33], но поток новой, иногда противо­ речивой информации продолжает поступать. Френцель [14] обра­ тил особое внимание на регистрацию биологических фактов; большое количество существенного материала такого рода дали

пробы, полученные в результате бурения морского дна [1, 6, 7] II льдов [5].

Масштаб времени плейстоцена все еще остается противоре­ чивой проблемой, которую, по-видиімому, лишь только начали решать [1]. Такая же неопределенность свойственна ряду ледни­ ковых эпох и межледниковых периодов. Известно по крайней мере четыре, а более вероятно, пять больших оледенений, причем процесс оледенения (нарастания льда) происходил медленно и занимал период около 90 000 лет; отступание же ледников охва­ тывало сравнительно короткий период, около 10 000 лет. Этот асимметричный первичный цикл модулируется вторичными коле­ баниями с временным масштабом фазы нарастания льда от 20 000 до 30 000 лет и длительностью периода отступания около

1000 лет.

Распространение льда в последний ледниковый период в се­ верном полушарии было до некоторой степени аналогичным рас­ пространению снежного покрова в недавние суровые зимы. Про­ слеживались три огромных ледниковых языка: 1) над Северной Америкой с центром над низинами вокруг Гудзонова залива; 2) над Северной Европой и северо-западной Сибирью с центром около северной части Балтики; 3) над Гренландией, причем грен­

дяных куполов, вероятно, достигала 4000 м над уровнем моря, подобно антарктическому ледяному покрову, который также почти не изменился со времени последнего оледенения. Сейчас точно установлено, что последний ледниковый максимум имел место 18 000—20 000 лет назад одновременно в обоих полуша­ риях [33]. Самые большие ледники были сконцентрированы по обеим сторонам Атлантики, причем их южная граница достигала

38

брежные районы Арктики также едва ли были заняты ледни­ ком; к ним относят низменности северной Аляски, часть Канад­ ского архипелага и Северную Сибирь. Очевидно, ледники «по­ щадили» тихоокеанский сектор из-за недостатка осадков.

в горах северного Лабрадора, южной Гренландии и центральной Норвегии; все они лежат южнее полярного круга. Другие об­ ласти сильного горного оледенения, например на южной Аляске или в районе Памир—Гиндукуш—Каракорум в Средней Азии, дали начало оледенению, получившему лишь ограниченное

39

распространение. В большинстве горных районов снеговая линия

температуру на 12° С и более по сравнению с температурой в бо­ лее ранние эпохи. То же самое относится к побережью от Ир­ ландии до Франции и северной Испании. На Тихоокеанском по­ бережье Северной Америки на тех же широтах, а также в юж­ ной части Чили температура упала только на 5—6° С, как и во многих тропических районах.

Эти различия между тихоокеанским и атлантическим секто­ рами можно объяснить быстрым закрытием Берингова про­ лива [13]. Как только уровень океана упал примерно на 40 м, Берингов пролив закрылся и сравнительно теплая тихоокеанская вода перестала поступать в Северный Ледовитый океан, однако

в горах, понизились на 600—1000 м, а в некоторых местностях даже на 2000 м (например, в Японии и субтропическом Китае). Более влажным стал климат многих засушливых областей. При­

в связи с падением температуры. Что же касается непосредст­ венно осадков, то доказательства увеличения их количества встречаются редко. Мы нашли убедительное доказательство су­ ществования отчетливо выраженного засушливого периода вблизи максимальной фазы каждого оледенения [14]. Это могло быть вызвано только низкими температурами поверхности тропиче­ ских океанов [7], когда при постоянных скоростях ветра и отно­ сительной влажности испарение уменьшилось на 30—35% и вся

период); сейчас они являются одним из главных источников ми­ неральной пыли в атмосфере.

В теплые, межледниковые периоды климат был весьма бли­ зок к современному. Антарктический ледяной покров, очевидно, пережил все межледниковые периоды, однако уверенно сделать

40

нельзя. Европа, Сибирь и Северная Америка были немного теп­ лее, по крайней мере летом (на 3—5° С), и более влажными, чем теперь. Последнее относится и к другим районам Средизем­ номорья [14].

3.3.4. Гипотезы о происхождении и окончании ледниковых эпох

Здесь уместно сделать несколько замечаний о современных гипотезах происхождения ледниковых эпох. Распространение ле­ дяного покрова плохо согласуется с гипотезой о том, что в сво­ бодном от льда Арктическом океане возникли условия, давшие начало ледниковой эпохе [9]; недавно были получены доказа­ тельства того, что океан Центральной Арктики, вероятно, не был свободным от льда по крайней мере в течение последних

150 000 лет [18].

Циркуляция атмосферы в течение максимума последнего лед­ никового периода изучалась неоднократно [13, 20, 31]. Она имела большое сходство с циркуляцией в холодные зимы последних десятилетий, например зимой 1946-47, 1962-63 и 1968-69 гг. Сходство не случайно, оно связано с распределением темпера­ туры в тропосфере, обусловленным высокими значениями аль­

вдоль южной границы района льдов и снегов приводит к усиле­

формирования достаточно широкой, постоянно существующей области снегов и ледяного покрова этот тип тропосферной цир­ куляции скоро становится преобладающим. Трудно представить атмосферный процесс, который смог бы разрушить этот мощ­ ный механизм обратной связи. В 1968 г. была предложена ин­ тересная гипотеза [16]: во время засушливой фазы максимума оледенения лёсс отлагался прямо на континентальных ледяных покровах, существенно понижая альбедо ледников, что способст­ вовало их быстрому таянию. Этот естественный эффект загряз­ нения воздуха был, конечно, нулевым в Антарктике и очень не­ большим в Гренландии.

Довольно необычную гипотезу выдвинул Вильсон [32]: частич­ ная неустойчивость антарктического ледника, возможно, дейст­ вовала в качестве своеобразного инициатора, обусловливавшего

тезы, пока мы не получим подтверждающих ее доказательств. Изменение орбитальных параметров Земли могло быть одной из важнейших причин развития оледенений четвертичного пе­

риода. Вслед за Миланковичем [23] влияние вариаций орбиталь­ ных параметров на оледенение обсуждалось рядом авторов.

41

Многочисленные попытки проверить идеи Миланковича путем эмпи­ рических исследований истории развития оледенения в течение прошедшего миллиона лет дали противоречивые результаты. Более прямой путь проникновения в суть влияния астрономических фак­ торов на оледенение — построить численные модели климата. Первые модели такого типа [19, 27] не включали механизма обрат­ ной связи альбедо ледяного покрова (см. главу 6). Использование этих моделей показало, что изменение орбитальных параметров не является достаточным условием развития плейстоценового оле­ денения. Новая модель климата, которая учитывает влияние аль­ бедо полярного льда на климат [4], более убедительно объяс­ няет связь между оледенениями и астрономическими факторами.

3.3.5. Послеледниковая история климата

История климата во время и после отступания больших континентальных ледников в Европе и Северной Америке харак­

своей интенсивности превосходят известные нам недавние коле­ бания климата. Как правило, эти флуктуации, датируемые радио­ углеродным методом, происходили почти одновременно в северном и южном полушариях.

Особенно резкими были колебания в период 12 000—10 000 лет до настоящего времени (до и. в.) [15]. Все еще холодный и от­ носительно влажный климат раннего дриаса повсюду внезапно сменился мягким, даже теплым климатом периода «аллерёд», который в Северной Америке совпал с периодом «ту крикс». Еще более драматическим было последующее катастрофическое

тундровая растительность снова заняла обширные районы Ев­ ропы. В начале периода «аллерёд» летние температуры повысились примерно на 6° С. В настоящее время они снова упали на 6° С; то же самое произошло на юге Чили [15]. Резкий рост темпера­ туры сказался на уровне внутриконтинентальных озер [1]; о рез­ ком повышении температуры свидетельствуют также многие дан­ ные глубокого бурения в тропических морях [7] и льдах Грен­ ландии и Антарктики [5] (рис. 3.3). Очевидно, в этот период вне­ запно изменилась общая циркуляция атмосферы, что сопровожда­ лось резким повышением температуры океанической воды.

Если пренебречь незначительными флуктуациями во время отступания больших континентальных ледников, которые пол­ ностью исчезли около 7000 лет до н. в. в Скандинавии и около 5000 лет до н. в. в северной Канаде, послеледниковое потепле­ ние достигло кульминации между 6000 и 5000 лет до н. в. Снова произошло всемирное потепление, повсеместно средняя годовая

42

температура была на 2—3°С выше современной, и даже на Аляске было на 1° С теплее, чем теперь. Этот период называют

ч> з:

о? =3

I

I-

*

5

Рис. 3.3. Изменение отношения изотопов кислорода (0 18/ 0 16) по мере движения вглубь от поверхности (применительно к возрасту пробы) в пробе льда, взятой из ледяного пан­ циря Гренландии в Кемп-Сенчури. Повышение температуры в средних и высоких широтах северного полушария сопро­ вождается увеличением этого отношения, поэтому значения, выходящие за пределы сглаженной кривой (зачернено), соответствуют периодам более теплым, чем сглаженные для длительных интервалов величины. На рисунке указаны кли­ матические периоды в соответствии с европейской класси­

фикацией [5].

послеледниковым оптимумом или гипситермальным. Его мягкий климат при относительной сухости в обширных областях Север­ ной Америки и СССР свидетельствует о том, что субтропиче­

43

ский пояс высокого давления был смещен к полюсу. Граница арктического льда находилась значительно севернее, чем сейчас, но все же лед существовал, по крайней мере, у нас нет доказа­ тельств его полного исчезновения в центральной части Арктики, к северу от 80° широты. В послеледниковый оптимум и несколько позже Сахара и засушливые районы Ближнего Востока были гораздо более влажными; значит, в районах, ныне полностью за­ сушливых, была степная растительность, обязанная своим су­ ществованием обильным ливням, время от времени здесь выпа­ давшим. Есть также некоторые свидетельства распространения к северу пояса летних тропических дождей [20]. В это время пол­ ностью исчезло много более мелких горных ледников и снеговая линия располагалась метров на 300 выше, чем сейчас. Уровень моря постепенно поднимался до современного, но не превышал его [28]; в последующем он определялся главным образом балан­ сом ледниковых масс Антарктики и Гренландии.

В последующие тысячелетия климатические условия меня­ лись несколько раз, в основном в сторону похолодания. Особенно холодным был период от 950 до 400 г. до н. э. [20]. В раннем средневековье (800—1200 г. и. э.) еще раз были почти достиг­ нуты климатические условия, имевшие место в послеледниковый оптимум. Тогда ледовая обстановка вокруг Исландии и Грен­ ландии была гораздо менее суровой, чем сейчас, что способ­ ствовало ранним поселениям викингов в Исландии и Гренландии и освоению Канадского архипелага и берегов Северной Америки.

С 1300 до 1650 г. н. э. (в Норвегии и на Аляске до 1750 г.) почти повсеместно произошел заметный поворот к более холод­ ным условиям; наибольшее похолодание отмечалось между 1610 и 1640 гг. [20]. Выделился даже «малый ледниковый период», когда вновь сформировалось множество небольших горных лед­

44

ников, а все существовавшие ледники значительно увеличились; этот процесс называют новогляциальным. Разумеется, упомянутый 400-летний период ни в коем случае нельзя сравнивать с Великим ледниковым периодом, длившимся несколько десятков тысяч лет. Он может быть частично связан со значительной вулканической деятельностью (рис. 3.4). Многие горные ледники достигали куль­ минации в своем развитии почти одновременно — около 1640, 1740, 1820 и 1850 гг., после чего начиналось их повсеместное отступание. Оценки температурного режима нескольких климатических эпох были даны Лэмом [20] на основании главным образом ботаниче-

Рис. 3.4. Показатель вулканической активности (произволь­ ные единицы), пропорциональный количеству выбрасывае­ мого в стратосферу вещества в течение 10-летнего периода. Следует обратить внимание на периоды наибольшей актив­ ности в середине 1600-х годов и в начале 1800-х годов, которым соответствовали похолодания климата. Подготов­

лено Фленом на основе данных, собранных Лэмом [22].

ских материалов вместе с данными о выпадении дождя и испаре­ нии (см. табл. 3.1).

3.3.6. Период инструментальных наблюдений

Количественные измерения осадков в Израиле производились

мы ограничимся лишь несколькими общими заключениями.

Все правительственные метеорологические службы сейчас рас­ полагают климатическими данными, и их получение координи­ руется Всемирной Метеорологической Организацией (ВМО). Для любого исследования изменения климата наблюдения должны быть надежными и однородными; они также должны быть репре­ зентативными для большого района, хотя в некоторых случаях,

45

как, например, при наблюдении конвективных осадков, это обычно невозможно. Как показывают наблюдения, в городах температура воздуха примерно на 1°С выше, чем в прилегающей сельской местности, при этом ^минимальные температуры повышаются в городах больше, чем максимальные. При выявлении региональ­ ных или глобальных изменений таким данным наблюдений сле­ дует придавать различный вес, соответствующий площади, кото­ рую они представляют. Работа опорных станций в открытых ме­ стах имеет огромное значение для изучения крупномасштабных

Рис. 3.5. Годовое число дней с преобладанием западных ветров (западного типа циркуляции) на Британских островах с 1873 до 1963 г. Изменения типа циркуляции могут быть сопостав­ лены с изменениями средней температуры и количества осад­ ков в данном районе [20].

Сплошная линия — 10-летняя скользящ ая средняя.

флуктуаций климата. Данные об осадках, основанные на осредне­ ниях по площади, должны тщательно проверяться. Каждое срав­ нительное исследование климатических флуктуаций обнаруживает заметные горизонтальные различия, которые указывают на доми­ нирующую роль перераспределения тепла, осадков и атмосферного давления. Такие различия не обязательно отражаются на полу­ шарных или глобальных средних; они, вероятно, являются только результатом вариации систем циркуляции атмосферы, которые сами

за несколько периодов начиная с максимума последнего лед­ никового периода [21, 22]. Эти исследования позволяют получить параметры циркуляции, которые указывают на удивительно большие колебания не только зональных характеристик, но и ин­ тенсивности меридионального потока и положения меридио­

46