Общие черты климата земли до периода голоцена

Восстановление геологической истории Земли, основанное на методах стратиграфии, т.е. на изучении ископаемых органических остатков, а также на изучении последовательности образования горных пород, помогает воссоздать и общие климатические условия прошлого, т.е. историю климата Земли.

Полагают, что зачатки органической жизни на Земле появились уже в архейскую эру (более 900 млн. лет назад). Однако более отчетливо датировка остатков органической жизни относится к протерозойской эре (продолжительностью 600 млн. лет).

В палеозойскую эру (продолжительностью 325 млн. лет) растительный и животный мир становится важным фактором развития Земли. С этого времени биосфера начинает заметно влиять на эволюцию всей климатической системы, будучи в свою очередь зависимой от климата.

В соответствии с имеющимися представлениями на Земле было не менее трех крупных ледниковых эпох. Последняя имела место около 600 млн. лет назад.

Здесь мы не будем детализировать геологический климат безжизненной Земли. Отметим только, что в истории Земли помимо ледниковых были и очень теплые периоды. Так, в течение фанерозоя (последние 570-650 млн. лет) наблюдался теплый каменноугольный период в палеозое (около 300 млн. лет назад).

В мезозое, около 200 млн. лет назад, наблюдался холодный климат. В третичный период, около 70 млн. лет назад, вновь наступил теплый период.

На рис.1 приведены восстановленные палеотемпературы морской воды за последние 140 млн. лет. Из рисунка видно, что наблюдается повышение температуры примерно с 22 до 30°С по мере удаления в прошлое. На этом фоне фиксируется некоторая периодичность в изменении климата мезозоя и кайнозоя с периодом около 300 млн. лет. В период 100-65 млн. лет назад на Земле было намного теплее, чем теперь, и, возможно, отсутствовали полярные льды. Примерно 55 млн. лет назад начали образовываться и расти полярные шапки. Около 25 млн. лет назад температура существенно понизилась, и климат стал намного холоднее. Примерно 10 млн. лет назад температура еще более понизилась. Мы живем, таким образом, в одну из сравнительно холодных эпох истории Земли, которая еще не окончилась.

Рис.1. Палеотемпературы морской воды в тропической зоне за последние 140 млн. лет (по данным изотопного анализа).

Верхняя кривая характеризует температуру морской воды у поверхности в тропической зоне, нижняя - температуру глубинных вод

Однако внутри данного периода наблюдаются существенные колебания климата, приводящие к формированию ледниковых и межледниковых периодов.

В течение последних 20 млн. лет распределение материков и океанов на нашей планете, по всей вероятности, стало напоминать настоящее. К этому времени земная атмосфера, пройдя длительный период эволюции, приблизилась к современной.

Более или менее надежные косвенные данные имеются о климате четвертичного периода, характерной чертой которого стало формирование биосферы.

Именно в четвертичный период отмечаются существенные колебания климата. Согласно палеоклиматическим данным, в течение последних 2 млн лет средняя температура Земли была близкой к нынешней, т.е. около плюс 15°С и колебалась в пределах ±5-10°С при переходе от ледниковых к межледниковым эпохам.

Следует отметить, что термин "ледниковый-межледниковый период" не означает, что Земля полностью была покрыта льдом или была полностью свободна от него. Есть основания полагать, что и в межледниковые периоды Северный Ледовитый океан не был полностью свободен ото льда, а Антарктический континент был покрыт ледниковым панцирем.

Последние 1,5-2 млн. лет характеризовались чередованием длительных ледниковых периодов средней продолжительностью около 70-120 тыс. лет, прерываемых более короткими межледниковыми периодами в 15-20 тыс. лет.

В эпоху плейстоцена, т.е. в последнее миллионолетие, климат Земли в основном был холодным. Такие условия определяли существование серий длительных ледниковых периодов, влияние которых было

Рис. 2. Средняя температура различных периодов за последние 130-140 тыс. лет

преобладающим по сравнению с влиянием коротких межледниковий. По некоторым палеоданным, наиболее интенсивными были четыре ледниковых периода. По другим данным, в течение последнего миллиона лет наблюдалось около семи ледниковых и межледниковых периодов.

Предпоследний теплый межледниковый период отмечался 75-130 тыс. лет назад. Этот период в Европе получил название земского интергляциала, а в нашей стране - микулинского межледниковья. Климат этого периода был близок к климату последнего межледникового периода, в конце которого мы живем.

Наиболее подробные данные, полученные при анализах колонок континентальных льдов в Гренландии, Антарктиде и в других районах земного шара, имеются об изменениях климата за последние 150 тыс. лет.

На рис.2 приведены результаты анализа климата Земли за последние 130-140 тыс. лет, выполненные по кислороду (в Гренландии) и по радиоуглероду (во Франции). Оба анализа независимо друг от друга указывают на наличие холодного периода в интервале 70-15 тыс. лет назад. В это время средняя глобальная температура была на 2-5°С ниже современной.

Однако теплые и холодные периоды, о которых шла речь выше, не были однородными. Так, в начале и конце теплого периода (70-130 тыс. лет назад) зафиксированы сравнительно кратковременные похолодания. Точно так же был неоднороден и холодный климат последнего ледникового периода. Очень сильные флюктуации климата зафиксированы в интервале 33-22 тыс. лет назад.

Ниже мы увидим, что, приближаясь к эпохе голоцена, которая наиболее интересна для понимания причин изменений современного климата, прослеживается климатическая неоднородность всех рассматриваемых периодов. Однако вполне закономерно, что в истории климата Земли наибольший интерес представляют теплые и холодные эпохи.

В настоящее время методы палеоклиматологии и методы математического моделирования позволили достаточно подробно восстановить климат последнего ледникового периода.

Так, во время последнего ледникового периода уровень океана был примерно на 85 м ниже современного, температура океана в среднем на 2-6°С, а местами на 8-10°С была ниже, чем теперь. Над сушей это различие достигало 20-25°С.

Некоторые континенты были покрыты ледовым панцирем. Альбедо подстилающей поверхности в этой связи было больше, и большее количество солнечной энергии вследствие этого отражалось от подстилающей поверхности и уходило в космическое пространство.

Камни, лед и песок занимали около 40 млн. км2 (в настоящее время - около 24 млн. км2), тундра и альпийские сообщества - 20 млн. км2 (в настоящее время - 8 млн. км2). Общая площадь, покрытая растительностью, была тем не менее примерно такой же, как сейчас, хотя, естественно, вид этой растительности был иным.

Численные эксперименты, выполненные на моделях общей циркуляции атмосферы, показали, что в летний период средняя температура у поверхности Земли была меньше на 5,3°С в северном и на 4,5°С в южном полушарии, облачность соответственно меньше на 2,9 и 2,2%. Существенно отличались от современных и другие характеристики климата. Более детально картину климата последнего ледникового периода можно восстановить по данным табл.1.