Цикличность изменений климата
Гипотезу, согласно которой происходящие перемены климата представляют собой совокупность циклов, характеризующихся некоторыми периодами, впервые выдвинули в конце XIX века Э.А. Брюкнер [3] и А.И.Воейков [4]. Они предположили, что в изменениях климата происходит циклическое чередование прохладно-влажных и тепло-сухих эпох с периодом, составляющим 35-45 лет. Подтвердил адекватность данной гипотезы и развил на ее основе теорию внутривековой и многовековой изменчивости климата и общей увлажненности материков Северного полушария А.В.Шнитников [5-7]. Он показал, что этот процесс представляет собой сложное колебание, представляющее собой суперпозицию квазигармонических составляющих с периодами 7-11, 20-47, 60-90 и 1500-2100 лет. [6, 8]. На протяжении голоцена, макроциклов изменения увлажненности материков Северного полушария с периодами 1500-2100 лет было выявлено шесть. В каждом из этих макроциклов выделялись эпохи прохладно-влажная, продолжительностью 300-500 лет, тепло-сухая ( 600-800 лет), а также переходная (700-800 лет), на которые были наложены циклы с меньшими периодами[6]. Потепление климата, начавшееся в середине XIX века и продолжающееся ныне, с позиций данной теории представляет собой начало очередной тепло-сухой эпохи (которая будет длиться как минимум до середины ХХV века).
Подтвердили выводы теории А. В. Шнитникова: Э. Ле Руа Ладюри [14], доказавший существование в изменениях климата Западной Европы, в XIV-XVI веках «малого ледникового периода» (прохладно-влажной эпохи) и внутривековых колебаний; Е. П. Борисенков и В. М. Пасецкий [15], пришедшие к аналогичным выводам для России; а также Н. В. Кинд [16], обобщивший палеоэкологическую и палеоклиматическую информацию за последние 10 тысяч. лет, полученную с использованием радиоизотопных методов.
Еще древним славянам было известно, что существенные изменения климата на нашей планете обусловлены эффектом прецессии земной оси, происходящей с периодом 26000 лет. Именно этот отрезок времени они называли Сворожьим кругом. В современной фазе прецессии земная ось наклонена так, что расстояние от Земли до Солнца минимально в январе, а максимально в июле. В результате этого Северное полушарие за год получает солнечной энергии на 7% меньше, чем Южное полушарие.
13000 лет тому назад соотношение между получаемыми ими потоками энергии было противоположным. Летом инсоляция северного полушария была на 7% мощнее , чем ныне. Это привело к повышению температуры поверхности Северных частей Атлантики и Тихого океана и стало одной из основных причин завершения последнего – Вюрмского оледенения плейстоцена, высвобождения из под покровных ледников большей части территорий Европы и Северной Америки.
Причину еще более долгопериодных изменений климата выявил М. Миланкович, который показал, что с периодами 41000 и 105000 лет, происходят изменения солнечной постоянной, обусловленные соответствующими изменениями угла наклона земной орбиты к плоскости эклиптики и ее эксцентриситета.
Полициклический характер изменений характеристик состояния атмосферы и биоценозов в позднем голоцене (который совпадает с историческим периодом), происходивших с периодичностью в 2-4, 7-11, 35-45 и 55-90 лет, подтвержден также в трудах ученых Украины [17] и зарубежных исследователей [18-23].
Установлено, что прохладно-влажные фазы циклов изменений климата развиваются в периоды, когда активизируется циклоническая деятельность, а также увеличивается меридиональный градиент среднегодовых температур в приземном слое атмосферы[24]. Дальнейшие исследования [27, 28] позволили выявить такие же периодичности в изменениях речного стока, уровней бессточных водоемов аридных и субаридных районов [11, 20, 29] , Черного моря [30], а также в изменениях численности и границ ареалов многих популяций животных [19, 20, 23]. Все это позволяет рассматривать их, как проявление единых закономерностей развития различных компонентов ландшафтной оболочки, атмосферы, гидросферы и недр нашей планеты.
Впервые предпринял попытку объяснить существование подобных природных циклов М.А. Боголепов [31], выдвинувший в 1907 г. гипотезу о наличии влияния на нашу планету изменений солнечной активности. Разделяли эту точку зрения также А.Л.Чижевский [32], К. К. Марков [33, 34], Виллет [35], Предтеченский [36. 37], Шнитников [38], Эйгенсон [39] и др.. Не меньше было и ее противников [45, 46].
Современные представления о влиянии вариаций солнечной активности на состояние земной атмосферы рассмотрены в лекции 13. Главный их тезис состоит в том, что количественных подтверждений значимости влияния вариаций солнечной активности на формирование каких либо циклов изменений климата , до сих пор не получено. Более того, установлено, что наиболее мощные составляющие в спектре современной изменчивости характеристик атмосферы и океана обусловлены процессами взаимодействия между ними.
Среди составляющих спектра изменчивости состояний атмосферы выявлены компоненты, обладающие периодами менее 30 лет , которые рассматриваются не как изменения климата, а как климатическая изменчивость. К ним относятся и такие важнейшие факторы изменения метеоусловий в большинстве регионов планеты, как Эль-Ниньо – Южное колебание и Североатлантическое колебание, рассмотренные в лекциях №2 и №6 по дисциплине «Основы теории катастроф».
Доказано также [51], что причинами изменения потока солнечной радиации, воздействующей на земную атмосферу, могут быть также цикличные вариации параметров земной и лунной орбиты. В том числе в спектре изменений приливообразующей силы и повторяемости солнечных затмений присутствует гармоника с периодом 1850 лет, а ее минимумы по времени удовлетворительно соответствуют прохладно-влажным климатическим эпохам. Именно поэтому, по мнению А. В. Шнитникова [11], к числу главных факторов, обуславливающих цикличность изменений климата, относятся вариации приливообразующей силы.
Одними из факторов, способными вызывать циклические изменения регионального и глобального климата, являются антропогенные. Периодическая их активизация во многом обусловлена динамикой состояний Мировой экономики. Среди антропогенных факторов важнейшими являются выбросы в атмосферу парниковых газов, а также изменения ландшафтов, приводящего к увеличению альбедо и уменьшению радиационного баланса подстилающей поверхности.
Роль деятельности человека в происходящих изменениях климата впервые привлекла внимание ученых еще в конце 19-го века. Уже тогда была выдвинута гипотеза о том, что в западной части США и Австралии «дождь идёт за плугом». Ныне изменения климата, вызванные человеческой деятельностью, становятся все более ощутимыми и очевидными.
Увеличение численности населения планеты, а также преобладание в структуре производства энергии и материалов технологий, предполагающих сжигание углеводородного топлива, привело к существенному росту содержания в атмосфере СО2 ( в 1.5 раза за последние 150 лет.). В результате этого ныне концентрация СО2 в атмосфере выше, чем когда-либо за последние 750 000 лет. Одни лишь эти изменения предвещают к концу XXI века рост температуры на 1.4-5.6°С.
Существенным дополнительным фактором потепления может являться также антропогенное изменение ландшафтов (ускоренная эрозия почв, вызванная развитием земледелия, лесозаготовки, увеличение площади городов, а также рост поголовья сельскохозяйственных животных), влияющее на значения альбедо и радиационного баланса территорий.
Значимое влияние на рассматриваемый процесс может стать изменение загрязненности атмосферы антропогенными аэрозолями.
Вследствие сложности закономерностей, определяющих изменения состояний перечисленных процессов, вопрос о причинах цикличности изменений климата до сих пор остается дискуссионным.