Файл: Будыко, М. И. Изменения климата.pdf

можности влияния на климатические условия концентрации атмо­ сферного аэрозоля.

Одно из первых предположений о том, что изменения про­

sin, 1901) предложили гипотезу о том, что четвертичные оледе­ нения объяснялись снижением прозрачности атмосферы в эпохи повышенной вулканической активности. Эта гипотеза была под­ держана в нескольких последующих исследованиях (Fuchs, Patter­ son, 1947, и др.).

Наиболее подробно концепция о влиянии вулканических извер­ жений на изменения климата была разработана в первой поло­ вине XX в. Гемфрисом (Humphreys, 1913, 1929, и др.).

Гемфрис отметил, что после вулканических извержений взрыв­ ного характера в стратосфере возникают облака мелких частиц, которые он считал состоящими из вулканической пыли. Он оценил влияние этих частиц на радиационный режим и пришел к выводу, что они могут заметно ослабить поток коротковолновой радиации, приходящей к земной поверхности, почти не изменяя длинновол­ нового излучения, уходящего в мировое пространство. Количество частиц, попавших в атмосферу северного полушария после извер­ жения вулкана Катмай в 1912 г., по расчету Гемфриса, было до­ статочным для снижения средней температуры у земной поверх­ ности на несколько градусов, если бы эти частицы достаточно долго находились в атмосфере. Из данных наблюдений Гемфрис нашел, что после крупных вулканических извержений действи­ тельно имели место понижения средней для больших территорий температуры воздуха, которые составляли несколько десятых гра­ дуса.

Такая сравнительно небольшая величина изменения темпера­ туры после извержений, по мнению Гемфриса, объяснялась огра­ ниченным временем нахождения частиц вулканической пыли в ат­ мосфере.

В дальнейшем взгляды Гемфриса были поддержаны и развиты Векслером (Wexler, 1953, 1956), который предположил, что наибо­ лее мелкая пыль может задерживаться в стратосфере в течение ряда лет после вулканических извержений.

По мнению Векслера, потепление 20—30-х годов объяснялось постепенным очищением атмосферы от вулканической пыли после нескольких крупных извержений, имевших место в начале XX в.

Существенное значение влиянию вулканизма на климат прида­ вал Брукс (Brooks, 1950), который по данным о мощности вулка­ нических пород составил сводку интенсивности вулканической деятельности от начала палеозоя до нашего времени. Брукс счи­ тал, что усиление вулканизма было одним из факторов, способст­ вовавших развитию континентальных оледенений.

1970), содержащую сводку произошедших после 1500 г. вулкани­ ческих извержений взрывного характера, которые существенно снижали прозрачность атмосферы для коротковолновой радиации. Лем, так же как Гемфрис и Векслер, считал, что вулканические извержения являются одним из основных факторов современных изменений климата.

Вопрос о влиянии вулканической активности на климат рас­ смотрен в работах автора (Будыко, 1967, 1972; Budyko, 1969 и др.), результаты которых излагаются в следующих главах.

Изменения формы земной поверхности. Вопрос о влиянии формы земной поверхности на изменение климата был впервые рассмот­ рен Лайеллом (Lyell, 1830—1833), который сравнил климатиче­ ские условия для двух гипотетических случаев строения земной поверхности: при наличии в полярных зонах континентов и при наличии в этих зонах океанов. В первом случае, по мнению Лайелла, климат в высоких широтах должен быть значительно теплее, чем во втором. В связи с этим Лайелл заключил, что эво­ люция формы земной поверхности сопровождалась значительными колебаниями климата.

Большое значение влиянию изменений рельефа на климат при­ давали А. И. Воейков (1902 и др.), Рамсей (Ramsay, 1910), И. Д. Лукашевич (1915).

А. И. Воейков предполагал, что изменение строения земной поверхности оказывает более существенное влияние на климат по сравнению с астрономическими факторами.

Рамсей и Лукашевич считали, что похолодания, приводящие к оледенениям, возникали в результате поднятия континентов и уменьшения поверхности океанов, которая поглощает больше сол­ нечной энергии, чем суша. Они пришли к заключению, что при развитии оледенений температура воздуха снижалась главным образом в высоких широтах, тогда как ее понижение в низких широтах было незначительным.

Наиболее подробно влияние изменений земной поверхности на климатические условия было изучено Бруксом (Brooks, 1950 и др.). В его исследованиях было указано на то, что холодные климатические условия высоких широт существенно зависят от находящихся там полярных льдов, так как большое альбедо снега уменьшает поглощение солнечной радиации. Брукс отметил также роль морских течений, действие которых значительно уменьшает контраст температур между низкими и высокими широтами.

По мнению Брукса, типичный для большей части истории Земли климат с теплыми или жаркими условиями на всех широтах имел место при низком уровне континентов, разделенных обшир­ ными межконтинентальными океанами и морями. Повышение уровня континентов, особенно в полярных районах, было причиной

похолодания и развития оледенений, которые затем распростра­ нялись в умеренные широты. Брукс считал, что пермокарбоновое оледенение возникло в тропических широтах и что оно объясня­ лось главным образом высоким уровнем континентов и изменением режима морских течений в соответствующих районах.

Большое значение, которое Брукс придавал влиянию морских течений, видно из его предположения о том, что некоторое усиле­ ние течения в Беринговом проливе могло бы привести к разру­ шению большей части арктических морских льдов.

Альбрехт (Albrecht, 1947) считал существенным фактором охлаждения климата в четвертичное время поднятие меридиональ­ ных горных цепей, в частности, Скалистых гор и Андов. По мнению Альбрехта, эти горы значительно ослабляют интенсивность ат­ мосферной циркуляции, уменьшают количество осадков, выпа­ дающих зимой в континентальных районах умеренных и вы­ соких широт, и в результате снижают приход конденсационного тепла.

В нескольких исследованиях обсуждался вопрос о влиянии на климат изменений рельефа морского дна (Ewing and Donn, 1956, 1958 и др.; Рухин, 1958 и др.). Авторы этих работ предполагали, что четвертичные оледенения возникли в результате поднятия под­ водного горного хребта на севере Атлантического океана, прохо­ дящего от Шотландии к Исландии и Гренландии. Это поднятие ослабило перенос тепла Гольфстримом и привело к охлаждению полярных широт, где начали формироваться холодные и сухие воздушные массы. При взаимодействии этих масс с теплым и влажным морским воздухом происходило выпадение обильных твердых осадков, что привело к развитию континентальных лед­ ников.

В ряде работ рассматривался вопрос о влиянии на климатиче­ ские условия перемещений континентов и изменения положения полюсов земного шара.

Гипотеза о дрейфе континентов привлекла большое внимание в 20-е годы нашего века после опубликования известной работы Вегенера. Основываясь на этой гипотезе, Кеппен и Вегенер (Кбрpen, Wegener, 1924) построили реконструкцию климатов прошлого. В дальнейшем гипотеза движения материков вызвала большие возражения, но сейчас в несколько измененном виде она довольно широко используется в геологических исследованиях.

Вопрос о перемещении полюсов много раз обсуждался по ма­ териалам о палеомагнетизме (которые давали представление о по­ ложении магнитных полюсов в прошлом), а также на основе ана­ лиза обычных палеогеографических данных.

Выяснение этого вопроса оказалось связанным с большими трудностями из-за сложности согласования палеомагнитных мате­ риалов для различных континентов как друг с другом, так и с часто противоречащими им палеогеографическими данными.

30 Глава 1. Введение

Высказывалось мнение, что положение полюсов в кайнозойское время и на протяжении большей части мезозойского времени было близким к современному, но в более ранние эпохи заметно изменялось. Эта концепция была использована в реконструкции климатов прошлого, выполненной Н. М. Страховым (1960). Авторы других исследований допускают, что заметное перемещение полю­ сов имело место и в более позднюю эпоху.

Изменения астрономических факторов. Французский математик Адемар (Adhemar, 1842) впервые указал на то, что изменения эле­ ментов земной орбиты могли быть причиной развития оледенений. В дальнейшем эту концепцию разрабатывали Кролль и другие авторы, причем наиболее полно она была рассмотрена в работах Миланковича (Milankovich, 1920, 1930, 1941).

Для объяснения изменений климата в четвертичное время Миланкович использовал материалы расчетов векового хода трех астрономических элементов: эксцентриситета земной орбиты, на­ клона земной оси к плоскости эклиптики и времени предварения равноденствий в результате прецессии земной оси (т. е. даты наибольшего приближения Земли к Солнцу в годовом ходе). Все эти элементы изменяются во времени из-за влияния Луны и дру­ гих планет на движение Земли, причем период изменений эксцен­ триситета составляет около 92 тыс. лет, наклона оси — около 40 тыс. лет, предварения равноденствий — около 21 тыс. лет.

Хотя колебания указанных здесь элементов не влияют на ко­ личество солнечной радиации, приходящей на внешнюю границу атмосферы для Земли в целом, они изменяют суммы радиации, получаемые различными широтными зонами в отдельные сезоны года.

Миланкович разработал приближенную теорию радиационного и термического режима атмосферы, из которой следовало, что в зависимости от соотношения указанных здесь астрономических элементов температура воздуха у земной поверхности в теплое время года в умеренных и высоких широтах может изменяться на несколько градусов.

Такое изменение обычно в большей или меньшей степени со­ впадало с обратным по знаку изменением температуры за холод­ ный период года, однако, как известно из эмпирических исследо­ ваний, режим оледенений в основном зависит от температуры теплого периода (когда ледники тают). Термические условия хо­ лодного сезона оказывают гораздо меньшее влияние на ледяной покров.

Используя материалы расчетов астрономических элементов за четвертичное время, Миланкович предположил, что периоды сни­ жения температуры теплого времени года в зоне, где главным образом развивались оледенения (60—70° широты), соответство­ вали ледниковым эпохам, а периоды повышения температуры — интервалам между ними.