Считается, что положение Земли относительно Солнца может изменяться в результате воздействия планет солнечной системы и влияния других космических объектов.
Вообще параметры орбит планет солнечной системы поддерживаются с удивительной точностью, так как «незначительные» изменения в положении Земли и других планет привело бы к изменению температуры на Земле и гибели биосферы.
Физически задача поддержания жизни на Земле может быть сформулирована следующим образом: для сохранения существующей биосферы в течение длительного времени необходимо поддержать практически постоянный температурный режим в тонком слое (слой атмосферы 25 км.), на границе которого температура около минус 100 оС.
При этом нужно учесть, что климат Земли может меняться при изменении эксцентриситета (вытянутости) земной орбиты, ее наклона по отношению к эклиптике (изменение наклона земной оси) и изменение ориентирования земной оси в пространстве.
Предполагается, что такие изменения происходят периодически со следующими периодами: эксцентриситет меняется с периодом 90 тысяч лет, наклон земной оси с периодом 40 тысяч лет, а ориентирования земной оси в пространстве с периодом 21 тыс. лет.
Климат в разные периоды «жизни» Земли могут быть более или менее стабильны.
Если момент нестабильности астрономических показателей совпадет с моментом «внутренней нестабильности», то процесс может усилиться, и существенные изменения климата неизбежны. К такому выводу пришел российский ученый М.И. Будыко.
Он доказал, что малые колебания поступающего от Солнца потока радиации (в условиях современной большой неустойчивости термического режима высоких широт при наличии ледяных полярных покровов) способны вызвать большие изменения климата.
Выше было показано, что энергетический поток от Солнца очень стабилен, меняется не более чем на 0.1 % за десятилетие, поэтому «включение» этого механизма зависит от деятельности человека. В основном за счет нерационального природопользования.
К астрономическим гипотезам изменения климата можно отнести изменение притока солнечной радиации при различной активности Солнца. Эти гипотезы объясняют изменение климата циклическими колебаниями деятельности Солнца. Считается, что энергетическая мощность солнечной радиации практически постоянна (радиация изменяется в пределах 10%). Изменяются, в основном, потоки ультрафиолетовой и корпускулярной радиации.
Впервые мнение о влиянии солнечной активности на палеоклиматические изменения появились в литературе после того, как были установлены вековые и предположительно многовековые циклы ее изменений.
На рисунке 5.4 показана величина солнечной активности, измеряемой числами Вольфа. Здесь хорошо прослеживается периодичность 11 – летнего цикла (пунктирная кривая) и три вековых цикла (сплошная линия).
Рис. 5.4 Средние годовые значения чисел Вольфа (а)
и интегральная кривая их аномалий (б) за 1749-1966 годы. [Гирс, Кондратович; 1978]
Число Вольфа - относительное количество пятен на Солнце W, вычисляемое по формуле W=k (10n+f), где k – множитель зависящий от условий наблюдений и инструмента, n – число наблюденных групп и отдельных пятен, f – общее число всех пятен в группах и отдельных пятен. Числа Вольфа измеряются около 200 лет
В 50 годы 20 века П. П. Предтеченский выдвинул гипотезу о влиянии солнечной активности на изменение климата.
Изменение климата он объяснял изменениями общей циркуляции атмосферы под влиянием активности Солнца.
При усилении солнечной активности интенсифицируется циркуляция атмосферы, в ней начинают преобладать адвективные процессы, что ведет к сглаживанию температурных контрастов зима — лето.
Наоборот, при ослаблении солнечной активности доля адвекции уменьшается, и преобладающими становятся процессы стационарного типа.
Таким образом, континентальность климата при усилении солнечной активности уменьшается, а при спокойном солнце континентальность возрастает. [Алисов Б.П., Полтараус Б.П. 1974]
Возможно, что солнечная активность, воздействуя на конденсационные процессы в атмосфере, оказывает влияние на основные механизмы общей циркуляции атмосферы. Например, западно-восточный перенос и меридиональные вторжения воздушных масс.
При максимуме солнечной активности, преобладает меридиональная циркуляция разница температур между экватором и полюсом достигает наименьшего значения.
Зона умеренных широт исчезает, а другие зоны достигают максимального расширения.
Климат во всех зонах становится более влажным, отличается однообразием на больших пространствах и обилием осадков. Площади пустынь сокращаются.
При минимуме солнечной деятельности абсолютно преобладает западно-восточный перенос. Зоны умеренных широт занимают максимальную площадь, а все другие зоны предельно сокращены. Это эпоха максимальной разобщенности зон и предельной континентальности климата.
Местные особенности формирования климата в таких условиях проявляются в полной мере. Пустыни достигают наибольшего развития.
При переходе от максимума активности к минимуму и, следовательно, от одного преобладающего механизма циркуляции к другому происходят изменения климата и климатической зональности.
Так, при ослаблении солнечной активности на Земле могут сложиться условия, когда меридиональная циркуляция и западно-восточный перенос будут равноценны. Это эпоха предельной неустойчивости циркуляции и изменчивости климата. Зоны умеренных широт продолжают расширяться, температура снижается, особенно летом, но осадков выпадает еще много.
Это благоприятствует накоплению снега и льда, установлению ледниковой эпохи. (Ледниковые эпохи закладываются и развиваются при неупорядоченности атмосферной циркуляции, а с переходом к преобладанию меридионального или западно-восточного переноса они деградируют).
Множественность ледниковых и межледниковых эпох, исходя из этой гипотезы, можно объяснить совокупным влиянием на циркуляцию атмосферы различных по продолжительности и амплитуде циклов солнечной активности, которые накладываются один на другой.
Многие ученые пытались сроить гипотезы для объяснения климатических изменений деятельностью Солнца. Среди них известна гипотеза Симпсона
Основные положения гипотезы Симпсона заключаются в том, что при увеличении излучающей способности Солнца растет интенсивность солнечной радиации и, следовательно, температура земной поверхности, причем низкие широты нагреваются больше, чем высокие.Вследствие этого возрастает температурный градиент экватор — полюс и усиливается атмосферная циркуляция. В свою очередь рост скорости ветра и температуры способствуют испарению и увеличению влагосодержания воздуха. Последнее при усилении циклоничности благоприятствует облако образованию и выпадению большего количества осадков.Возросшая облачность, с одной стороны, увеличивает альбедо, Земли, в особенности в высоких широтах, где угол падения солнечных лучей невелик, а с другой — в большой мере предохраняет Землю от потери длинноволновой радиации. Все это сглаживает температурные контрасты между днем и ночью, между летом и зимой.
Изменение солнечной радиации имеет различные последствия для климатов низких и высоких широт. В низких широтах изменения солнечной радиации вызовут соответствующие изменения облачности и осадков, колебания температуры при этом будут сглажены, а в засушливых областях (пустынях) при увеличении радиации температура из-за большей облачности может даже понизиться.
Таким образом, в местах, не подверженных оледенению, во время максимума солнечной радиации климат становится более влажным и дождливым, а во время минимума — более континентальным и сухим.
Иначе складываются климатические условия в полярных областях и на возвышенностях, подверженных оледенению, где летняя температура не поднимается выше 0о. Увеличение солнечной радиации приведет к росту средней годовой температуры и к увеличению осадков, которые первоначально выпадают преимущественно в виде снега. Это способствует росту ледников, таяние которых в течение облачного и потому прохладного лета незначительно. Однако при дальнейшем росте интенсивности солнечной радиации и температуры возрастут доля дождевых осадков, испарение, а с переходом температуры через 0 оС — таяние снега и льда. Все это вместе обусловит деградацию ледников и установление теплого межледникового периода.
В результате последующего уменьшения радиации и понижения температуры произойдет повторение процессов в обратном порядке: сначала возобновится накопление снега и льда, т.е. начнется новое оледенение. Но скоро вследствие уменьшения количества осадков исчезнут ледники, и наступит холодная и сухая межледниковая эпоха. Эта гипотеза дает качественное представление об изменении климата в связи с колебаниями солнечной радиации.
К сожалению ни одна из гипотез не может объяснить все факты изменения климата, кроме того, в них не учитывается антропогенное влияние. Сочетание изменения солнечной активности с мощным антропогенным воздействием, особенно при высокой солнечной активности, может привести усилению нестационарных процессов в атмосферной циркуляции.
Отсюда можно заключить, что нерациональная антропогенная деятельность в зонах неустойчивого равновесия (например, в северных районах России) может привести к существенным изменениям климатических условий на Земле.
В этом смысле мировое сообщество должно быть заинтересовано в сохранении и очень бережном использовании природных ресурсов в районах крайнего севера.
