Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow География arrow Модели и методы в проблеме взаимодействия атмосферы и гидросферы

2.1. Изменения климата на временных масштабах от тысячи до миллионов лет

Рассмотрим среднюю температуру за последние 100 млн лет, которая реконструирована, главным образом, по изотопному составу донных осадков (Jansen et al., 2007). В основном температура была на 5-10°С выше современной. В полярных областях был умеренный климат, и постоянное оледенение полностью или почти полностью отсутствовало. В целом температура в последний миллион лет была ниже, чем почти во все предшествующие эпохи. Причина теплого климата в прошлом - высокое содержание ССЬ, которое в 5-10 раз превышало доиндустриальную концентрацию и составляло около 2 000 млн '. Считается, что причиной столь высоких концентраций являлась высокая вулканическая активность. В течение последних нескольких миллионов лет происходило постепенное уменьшение концентрации ССЬ, главным образом из-за образования известняка, и постепенное уменьшение температуры (рис. 2.1).

Кроме постепенного похолодания, на рисунке видны более короткопериодные колебания климата. Характерный период колебаний составляет на вре-

Исследования, положенные в основу данной главы, выполнены при финансовой поддержке РФФИ (грант № 12-05-00556а) и гранта Президента Российской Федерации по государственной поддержке ведущих научных школ России (№ НШ-6147.2014.5).

менном интервале от 2,5 до 1 млн лет назад 41 тыс. лет, а в последний миллион лет - около 100 гыс. лет. Наиболее общепринятым объяснением этих колебаний является гипотеза Миланковича. Она состоит в том, что такие колебания климата контролируются астрономическими параметрами. А именно, периодически изменяются эксцентриситет орбиты Земли (период около 90 тыс. лет), наклон оси вращения Земли к плоскости эклиптики (период около 41 тыс. лет) и дата перигелия (период около 23 тыс. лет). Каждый из этих параметров не изменяет или почти не изменяет суммарную солнечную радиацию, приходящую к верхней границе атмосферы на всех широтах и в течение всего года. В результате колебаний параметров происходит лишь перераспределение солнечной радиации между различными широтами и различными сезонами. Теплая эпоха наступает тогда, когда к умеренным и высоким широтам Северного полушария (Ми- ланкович рассматривал широту 65° с.ш.) летом приходит солнечного излучения больше, чем в среднем. Тогда ледники, расположенные на континентах Северного полушария, тают, что уменьшает альбедо всей климатической системы, положительная обратная связь с циклом углекислого газа и метана приводит к большей концентрации этих газов, что еще усиливает потепление.

Изменение температуры за последние 5 млн лет, по данным донных отложений (http://upload.vvikimedia.Org/wikipedia/commons/6/60/Five_Myr_Climate_Change.png)

Рис. 2.1. Изменение температуры за последние 5 млн лет, по данным донных отложений (http://upload.vvikimedia.Org/wikipedia/commons/6/60/Five_Myr_Climate_Change.png)

Наибольший вклад в перераспределение солнечной радиации вносят колебания угла наклона оси вращения Земли к плоскости эклиптики, и именно поэтому на временном интервале от 2,5 до 1 млн лет происходят колебания климата с периодом около 41 тыс. лег. Однако колебания климата с периодом около 100 тыс. лет в течение последнего миллиона лет только с помощью этого механизма объяснить не удается, и единого мнения по поводу механизма этих колебаний на настоящий момент нет. Например, в (СапороЬкц Са1оу, 2011) в модели климата промежуточной сложности на входе задаются имевшие место изменения трех перечисленных выше астрономических параметров, а на выходе получаются колебания с периодом около 100 гыс. лет при условии, что вводится дополнительный механизм. В умеренных широтах Северной Америки считается, что состав почвы такой, что при отступлении ледника эта почва пылит и уменьшает альбедо ледника в целом, что приводит к его быстрому таянию. Таким образом, период в 100 тыс. лет объясняется тем, что именно за такое время ледник разрастается и достигает своим южным краем пылящей почвы. Именно тогда увеличение солнечной радиации летом приводит к переходу от ледникового периода к межледниковью. Другим предлагаемым механизмом колебаний климата с периодом в 100 тыс. лет является сочетание изменения перечисленных астрономических факторов и опускания поверхности Земли в магму под действием тяжести ледника и поднятия при таянии льда, которое согласно (Paterson, 2010) достигало 390 м. Таким образом, согласно обеим гипотезам, в колебаниях климата с периодом 100 гыс. лет присутствуют механизмы как вынужденной, так и естественной изменчивости.

Если рассмотреть колебания климата в течение последних 100 тыс. лет, восстановленные по результатам бурения гренландского ледника (http://www.eoearth.org/view/article/150208; рис. 2.2), то можно видеть, что происходят значительные изменения температуры с характерным временем несколько тысяч лет, не имеющие четко выраженного периода.

Изменение температуры в Гренландии за последние 100 тыс. лет, по данным ледяных кернов

Рис. 2.2. Изменение температуры в Гренландии за последние 100 тыс. лет, по данным ледяных кернов

(http://www.eoearth.Org/files/l 11301_111400/111302/АС1 А_П"иге_2.15.рпл)

Похолоданиям на этом графике соответствует откалывание от североамериканского ледника в Северную Атлантику очень больших айсбергов, которые, гая, распресняли воду и препятствовали глубокой зимней конвекции, что приводило к значительному уменьшению потока тепла на север, переносимого Атлантическим океаном, и, тем самым, к похолоданию в Северной Атлантике. Эти колебания климата являются естественными. Они в настоящее время успешно моделируются с помощью модели климатической системы промежуточной сложности и детальной модели ледников (СапороНкц Нагг^огГ, 2001). Обращает на себя внимание последнее похолодание, произошедшее около 14 тыс. лет назад. Считается (ватЛет Ш а1., 1995), что стало следствием таяния североамериканского ледника и образования гигантского озера Агассиз, воды которого в конечном счете также поступили в Северную Атлантику. После этого наступил так называемый оптимум голоцена, характеризующийся минимальной площадью ледников, и максимум температуры, который приходится на 6-9 тыс. лет до н. э. Его основная причина - увеличение угла наклона оси вращения Земли к плоскости эклиптики, который в то время был почти на 1° больше современного значения, равного 23,44°. В последние несколько тысяч лет происходило медленное понижение температуры.

Имеющиеся реконструкции температуры Северного полушария за последние 2 тыс. лег довольно сильно отличаются друг от друга (Jansen et al., 2007), однако в целом они показывают, что в 1000-1200 гг., по-видимому, имел место небольшой максимум температуры, а в 1500-1800 гг. - небольшой минимум, иногда называемый в литературе малым ледниковым периодом. Величины и точные сроки этих максимумов и минимумов несколько различаются в зависимости от места и способа реконструкции. Причина такого изменения температуры не ясна. Высказываются предположения, что эго может быть как реакция климатической системы на изменение солнечной постоянной, гак и проявление естественных колебаний климата, например, термохалинной циркуляции Мирового океана.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы