Зміни і коливання клімату в геологічній історії Землі

Вся природа Землі перебуває в процесі безперервних змін і розвитку. Зміни клімату відбуваються в тісному взаємозв'язку і взаємодії з іншими компонентами географічної оболонки. Показниками змін клімату в геологічному минулому є викопні флора і фауна, пилок доісторичних рослин, ознаки процесів вивітрювання і нагромадження осадових відкладів, розподіл суші й моря в різні геологічні епохи, рельєф тощо.

Існують спроби реконструкції кліматів геологічного минулого. Найбільш розроблені уявлення про зміну кліматів четвертинного періоду плейстоцену, а про більш давні геологічні епохи наявні відомості більш загального характеру. Протягом останнього мільярда років клімат Землі в помірних і високих широтах був в основному теплішим, льоди протягом переважаючої частини даного періоду були відсутні, кліматична зональність не була виражена так чітко, як нині, тропічна флора була поширена до високих широт. На фоні цього теплого клімату неодноразово відбувалися порівняно короткочасні похолодання протягом кількох сот тисяч або мільйонів років. В ці періоди кліматична зональність ускладнювалась, посилювалися контрасти між високими полярними і тропічними широтами. Останнім таким холодним періодом був четвертинний, під час якого льодовикові епохи змінювалися міжльодовиковими. Від початку першого четвертинного зледеніння минуло 600 - 700 тисяч років, а останнє закінчилось 10 - 12 тисяч років тому. Ми живемо у міжльодовиковий період, хоча великі площі Землі в полярних широтах перебувають під льодовиковим покривом.

Зміни клімату проходять не відокремлено, а в тісному зв'язку й взаємодії з елементами географічного середовища. З них найбільш важливими, як ми вже відзначали раніше, є розподіл суходолу й моря, рельєф, ґрунтовий і рослинний покрив, тваринний світ і ін. Особливо сильні коливання клімату проходили в попередні географічні епохи. Наприклад, у четвертинний період кількаразові вторгнення льодовиків викликали сильні зміни кліматичних умов на великих площах земної кулі. Як вважають учені, у четвертинний період, який почався 800 тис. років тому, були кількаразові заледеніння. При цьому число їх на різних ділянках Землі було різним. Наприклад, відомі Дніпровське заледеніння, Московське, Омське, Валдайське заледеніння відбувалося головним чином за рахунок зниження температури повітря влітку, що сприяло нагромадженню твердих опадів у вигляді льоду. Льодовикові періоди чергуються з теплими міжльодовиковими епохами.

Існує ряд гіпотез, які пояснюють настання час від часу заледеніння на Землі: космічна, астрономічна й геологічна.

Космічна гіпотеза пояснює настання заледеніння в результаті коливань постійної Сонця - зміні інтенсивності сонячного випромінювання в результаті протікання на Сонце різних фізико-хімічних процесів. Зміна інтенсивності випромінювання Сонця зв'язане також з рухом Сонця в космосі. Дійсно, Сонце проходить через різні ділянки космосу, що мають різну концентрацію міжзоряної речовини - космічний пил, частки матерії, які можуть затримувати або поглинати частина сонячного випромінювання, у результаті чого на Землю попадає менше тепла.

Астрономічна гіпотеза пояснює зміну клімату результатом зміни нахилу площини еклектики (екліптики) і зміни ексцентричності (ексцентриситет) земної орбіти. Нахил екліптики, тобто нахил площини земної орбіти до площини земного екватора, не залишається постійним, а змінюється від 220 до 24,50 протягом приблизно 40 тисяч років. У цей час цей нахил становить 23,50, збільшення нахилу викликає підвищення температури у високих широтах і зниження її в тропічних, зменшення нахилу діє навпаки.

Вплив ексцентриситету земної орбіти на клімат полягає в наступному: відомо, що Земля рухається навколо Сонця не по круглій, а по еліптичній орбіті. Ексцентриситет - ступінь витянутості еліптичної орбіти, від чого й залежить зміна клімату на Землі. Чим більше ексцентриситет, тим еліпс значніше відрізняється від кола. У цей час він становить 0,17, але може мінятися до нуля. Період коливання ексцентриситету 92 тис. років. Чим він більше, тим Земля ближче до Сонця, що випливають із цього наслідками для клімату Землі, тобто взимку Сонце буде ближче до північної півкулі, а влітку - далі. Отже, зима буде теплої, літо - прохолодним. Астрономічні фактори, розглянуті нами, діють на клімат Землі одночасно. Деякі вчені, не заперечуючи впливу на клімат Землі космічних і астрономічних факторів, вважають, що основним фактором, що впливають на зміну клімату в різні геологічні епохи й періоди, є зміни поверхні, що підстилає, - зміни в розподілі суходолу й моря, висоти над рівнем моря, берегової лінії, рельєфу й рослинного покриву. Геологічна гіпотеза вважає, що клімат Землі міняється в результаті зміни положення полюсів земної осі й руху континентів. Дійсно, історична геологія свідчить про те, що місце розташування полюсів в історії існування Землі мінялося неодноразово: у цей час відоме, що в Антарктиді виростала субтропічна рослинність, на острові Шпіцберген поклади високоякісного кам'яного вугілля свідчать про буйну рослинність у минулі геологічні епохи. Відомо також, що суша багато мільйонів років тому являла собою єдине ціле, у цей час ми спостерігаємо знову зближення материків зі швидкістю 1 мм у рік.

Таким чином, кількаразове переміщення північного й південного полюсів земної кулі, а також рух материків у північному, південному, західному й східному напрямках викликали зміна клімату на різних ділянках земної кулі.

Існує також гіпотеза, що пояснює зміну клімату на Землі, пов'язана з виверженням вулканів, що викликають запилення атмосфери й зменшення потоку тепла від Сонця, і падінням великих космічних тіл на поверхню Землі - астероїдів. Ці падіння супроводжуються викидом в атмосферу величезної кількості пили, який екранує поверхня Землі від сонячного випромінювання й тим самим знижує температуру атмосфери й поверхні Землі.

Причини названих коливань клімату криються в змінах системи загальної циркуляції атмосфери. Виявлено тісні зв'язки між коливаннями загальної циркуляції й клімату протягом кількох десятків років, яка ж причина коливань загальної циркуляції? Причину шукають переважно в змінах сонячної активності. В змінах клімату чітко проявляються 11- і 80-річні цикли, які відповідають основним ритмам коливань сонячної активності. Можливо, до тих циклів приєднуються й періодичні зміни швидкості обертання Землі, які впливають на силу Каріоліса. Зв'язки клімату та загальної циркуляції з сонячною активністю встановлені тільки статистично, а механізм впливу ще не вивчений, хоча відомо, що сонячна активність безпосередньо впливає на фізичний стан іоносфери.

Великий вплив на місцевий клімат і мікроклімат чинить господарська діяльність людини, яка розглядається зараз як антропогенний фактор клімату. Дія цього фактора відбивається в додатковому надходженні теплоти в атмосферу, вуглекислого газу та аерозолів при спалюванні великої кількості палива, а також у змінах характеру земної поверхні та її відбиваючої і поглинаючої властивості. Продукти викиду літаків впливають на озоновий шар підсилюючи тим самим ультрафіолетову радіацію. Випробування ядерної зброї також негативно впливає на погоду і клімат. Всі антропогенні причини спричинюють територіально обмежені, але помітні зміни місцевого клімату. Наприклад, клімат міст, особливо великих, значно відрізняється від клімату навколишніх районів.