Эволюция климата

   Вулканы являются также частью геохимического цикла углерода. На протяжении многих геологических периодов диоксид углерода высвобождался из недр Земли в атмосферу, нейтрализуя тем самым количество СО₂, изъятого из атмосферы и связанного осадочными породами и другими геологическими поглотителями СО₂. Однако этот вклад не сравнится по величине с антропогенной эмиссией оксида углерода, которая, по оценкам Геологической службы США, в 130 раз превышает количество СО₂, эмитированного вулканами. 
 

   3. Антропогенное воздействие  на изменение климата

   Антропогенные факторы включают в себя деятельность человека, которая изменяет окружающую среду и влияет на климат. В некоторых случаях причинно-следственная связь прямая и недвусмысленная, как, например, при влиянии орошения на температуру и влажность, в других случаях эта связь менее очевидна. Различные гипотезы влияния человека на климат обсуждались на протяжении многих лет. В конце 19-го века в западной части США и Австралии была, например, популярна теория «дождь идёт за плугом» (англ. rain follows the plow).

   Главной проблемами сегодня являются растущая из-за сжигания топлива концентрация СО₂ в атмосфере, аэрозоли в атмосфере, влияющие на её охлаждение, и цементная промышленность. Другие факторы, такие как землепользование, уменьшение озонового слоя, животноводство и вырубка лесов, также влияют на климат.

   3.1. Сжигание топлива

   Начав расти во время промышленной революции  в 1850-х годах и постепенно ускоряясь, потребление человечеством топлива  привело к тому, что концентрация СО₂ в атмосфере возрасла с ~280 чнм до 380 чнм. При таком росте спроецированная на конец 21-го века концентрация будет составлять более 560 чнм. Известно, что сейчас уровень СО₂ в атмосфере выше, чем когда-либо за последние 750 000 лет. Вместе с увеличивающейся концентрацией метана эти изменения предвещают рост температуры на 1,4 – 5,6° С в промежутке между 1990 и 2100 годами.

   3.2. Аэрозоли

   Считается, что антропогенные аэрозоли, особенно сульфаты, выбрасываемые при сжигании топлива, влияют на охлаждение атмосферы. Полагают, что это свойство является причиной относительного «плато» на графике температур в середине XX века.

   3.3. Цементная промышленность

   Производство  цемента является интенсивным источником выбросов СО₂. Диоксид углерода образуется, когда карбонат кальция(CaCO₃) нагревают, чтобы получить ингредиент цемента оксид кальция (СаО или негашёная известь). Производство цемента является причиной приблизительно 2.5 % выбросов СО₂ индустриальных процессов (энергетический и промышленный сектора). 
 
 

   3.4. Землепользование

   Существенное  влияние на климат оказывает землепользование. Орошение, вырубка лесов и сельское хозяйство коренным образом меняют окружающую среду. Например, на орошаемой территории изменяется водный баланс. Землепользование может изменить альбедо отдельно взятой территории, поскольку изменяет свойства подстилающей поверхности и тем самым количество поглощаемого солнечного излучения. Например, есть причины предполагать, что климат Греции и других средиземноморских стран поменялся из-за масштабной вырубки лесов между 700 лет до н. э. и началом н. э. (древесина использовалась для строительства, кораблестроения и в качестве топлива), став более жарким и сухим, а те виды деревьев, которые использовались в кораблестроении, не растут больше на этой территории.

   Согласно  исследованию 2007 года Лаборатории реактивного  движения (Jet Propulsion Laboratory) средняя температура в Калифорнии возросла за последние 50 лет на 2°С, причём в городах этот рост намного выше. Это является в основном следствием антропогенного изменения ландшафта.

   3.5. Скотоводство

   Согласно  отчету ООН «Длинная тень скотоводства»  от 2006 года скот является причиной 18% выбросов парниковых газов в мире. Это включает в себя и изменения в землепользовании, т. е. вырубку леса под пастбища. В тропических лесах Амазонки 70% вырубки лесов производится под пастбища, что послужило основной причиной, почему Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (англ. Food and Agriculture Organization, FAO) в сельскохозяйственном отчёте за 2006 год включила землепользование в сферу влияния скотоводства. В дополнение к выбросам СО2, скотоводство является причиной выброса 65% оксида азота и 37% метана, имеющих антропогенное происхождение. 

   4. Взаимодействие факторов 

   Влияние на климат всех факторов, как естественных, так и антропогенных, выражается единой величиной – радиационным прогревом атмосферы в Вт/м².

   Извержения  вулканов, оледенения, дрейф континентов  и смещение полюсов Земли –  мощные природные процессы, влияющие на климат Земли. В масштабе нескольких лет вулканы могут играть главную  роль. В результате извержения вулкана  Пенатубо в 1991 года на Филиппинах на высоту 35 км было заброшено столько пепла, что средний уровень солнечной радиации снизился на 2,5 Вт/м². Однако эти изменения не являются долгосрочными, частицы относительно быстро оседают вниз. В масштабе тысячелетий определяющим климат процессом будет, вероятно, медленное движение от одного ледникового периода к следующему.

   В масштабе нескольких столетий на 2005 год  по сравнению с 1750 годом имеется  комбинация разнонаправленных факторов, каждый из которых значительно слабее, чем результат роста концентрации в атмосфере парниковых газов, оцениваемый как прогрев на 2,4–3,0 Вт/м². Влияние человека составляет менее 1% от общего радиационного баланса, а антропогенное усиление естественного парникового эффекта – примерно 2%, с 33 до 33,7 ºС. Таким образом, средняя температура воздуха у поверхности Земли увеличилась с доиндустриальной эпохи (примерно с 1750 года) на 0,7 °С. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Второй  раздел. Исследования эволюции климата 

   В целях изучения изменения климата  швейцарские ученые проводят исследования глетчеров, как в Швейцарии, так и за рубежом. Снег, накапливаемый в ледниках, содержит атмосферные частицы, а в результате постепенного сжатия снега газы замыкаются в пузырьках. Атмосферные остатки «замерзают» в хронологической последовательности. Изменения атмосферного загрязнения может быть также изучены при помощи льда. Исследование кернов льда дают представление о прошлых климатических условиях.

   В качестве примера можно привести совместное исследование российских и  швейцарских ученых ледника на горе Белухе - самой высокой вершине Алтая и Сибири. Так, анализ показал, что за последние 150 лет температура воздуха повысилась на 2,5 градуса. Образцы ледяного керна показали, как процесс индустриализации на территории Сибири, начавшийся в 1940-х гг., повлиял на загрязнение атмосферы. Удивителен тот факт, что концентрация загрязняющих веществ начала уменьшаться в 1980-х гг. 

   1. Климаты прошлого 

   1.1. Четвертичный период

   Характерной чертой последнего (четвертичного) геологического периода была большая изменчивость климатических условий, в особенности в умеренных и высоких широтах. Природные условия этого времени изучены гораздо подробнее по сравнению с более ранними периодами, но, несмотря на наличие многих выдающихся достижений в изучении плейстоцена, ряд важных закономерностей природных процессов этого времени известен еще недостаточно. К их числу относится, в частности, датировка эпох похолоданий, с которыми связаны разрастания ледяных покровов на суше и океанах. В связи с этим оказывается неясным вопрос об общей длительности плейстоцена, характерной чертой которого было развитие крупных оледенений.

     Существенное значение для разработки  абсолютной хронологии четвертичного  периода имеют методы изотопного  анализа, к числу которых относятся  радиоуглеродный и калиево-аргонный методы. Первый из указанных методов дает более или менее надежные результаты только для последних 40-50 тыс. лет, то есть для заключительной фазы четвертичного периода. Второй метод применим для гораздо более продолжительных интервалов времени. Однако точности результатов его использования заметно меньше, чем радиоуглеродного метода.

     Плейстоцену предшествовал длительный  процесс похолодания, особенно  заметный в умеренных и высоких  широтах. Этот процесс ускорился  в последнем отделе третичного периода - плиоцене, когда, по-видимому, возникли первые ледяные покровы в полярных зонах северного и южного полушарий.

     Из палеографических данных следует,  что время образования оледенений  в Антарктиде и Арктике составляет  не менее нескольких млн. лет. Площадь этих ледяных покровов вначале была сравнительно невелика, однако постепенно возникла тенденция к их распространению в более низкие широты с последующим отсутствием. Время начала систематических колебаний границ ледяных покровов по ряду причин определить трудно. Обычно считают, что перемещения границы льдов начались около 700 тыс. лет тому назад.

     Наряду с этим к эпохе активного  развития крупных оледенений  часто добавляют более длительный  интервал времени – эоплейстоцен, в результате чего длительность плейстоцена возрастает до 1,8 – 2 млн. лет.

     Общее число оледенений, по-видимому, было довольно значительным, поскольку  установленные еще в прошлом  веке главные ледниковые эпохи  оказались состоящими из ряда  более теплых и холодных интервалов  времени, причем последние интервалы можно рассматривать как самостоятельные ледниковые эпохи.

     Масштабы оледенений различных  ледниковых эпох значительно  отличались. При этом заслуживает  внимания мнение ряда исследователей, что эти масштабы имели тенденцию  к возрастанию, то есть что оледенение в конце плейстоцена были крупнее первых четвертичных оледенений.

     Лучше всего изучено последнее  оледенение, которое происходило  несколько десятков тыс. лет  назад. В эту эпоху заметно  возросла засушливость климата.

   Возможно, это объяснялось разным уменьшением испарения с поверхности океанов из-за распространения морских льдов в более низкие широты. В результате понижалась интенсивность влагооборота, и уменьшалось количество осадков на суше, на которые влияло увеличение площади материков вследствие изъятия воды из океанов, израсходованной при образовании материкового, ледяного покрова. Не подлежит сомнению, что в эпоху последнего оледенения произошло громадное расширение зоны вечной мерзлоты. Это оледенение закончилось 10 – 15 тыс. лет тому назад, что обычно считают концом плейстоцена и началом голоцена – эпохи, в течение которой на природные условия начала оказывать влияние деятельность человека. 
 

   1.2. Дочетвертичное время

   По  мере отдаления от нашего времени  количество сведений о климатических условиях прошлого уменьшается, а трудности интерпретации этих сведений возрастают. Наиболее надежную информацию о климатах отдаленного прошлого мы имеем из данных о непрерывном существовании на нашей планете живых организмов. Мало вероятно, чтобы они существовали вне пределов узкого интервала температуры, от 0 до 50 градусов С, который в наше время ограничивает активную жизнедеятельность большинства животных и растений. На этом основании можно думать, что температура поверхности Земли, нижнего слоя воздуха и верхнего слоя водоемов не выходила из указанных пределов. Фактические колебания средней температуры поверхности Земли за длительные интервалы времени были меньше указанного интервала температур и не превосходили нескольких градусов за десятки млн. лет.

   Из  этого можно сделать вывод  о трудности исследования изменений  термического режима Земли в прошлом  по эмпирическим данным, так как  погрешности определения температуры, как методом анализа изотопного состава, так и другими известными сейчас методами составляют обычно не меньше нескольких градусов.

   Другая  трудность изучения климатов прошлого обусловлена неясностью положения  различных областей по отношению  к полюсам в результате движения континентов и возможностью перемещения  полюсов.

   Климатические условия мезозойской эры и третичного периода характеризировались двумя основными закономерностями:

• На протяжении этого времени средняя температура воздуха у земной поверхности была значительно выше современной, в особенности в высоких широтах. В соответствии с этим разность температур воздуха между экватором и полюсами была гораздо меньше современной;
• В течение большей части рассматриваемого времени преобладала тенденция к снижению температуры воздуха, в особенности в высоких широтах.