ПАЛЕОКЛИМАТОЛОГИЯ

 

 

Зависимость климата от солнечной радиации. Географические типы климатов. Климатические зональности. Циркуляция атмосферы

 

СОВРЕМЕННЫЙ КЛИМАТ И ПАЛЕОКЛИМАТИЧЕСКИЕ РЕКОНСТРУКЦИИ

 

Изучение древних климатов невозможно без учета данных и положений науки о современном климате. Только по аналогии с современными климатическими процессами можно составить представление о характере климатов прошлого. Климат, как всякий другой природный комплекс, развивается длительно и устойчиво, поэтому основные закономерности, установленные для современного климата, могут быть распространены на климаты минувших эпох и использованы при их реконструкции.

 

Устойчивость основных черт климата связана прежде всего с не изменявшимися в течение всей геологической истории астрономическими условиями существования Земли. Наша планета всегда была круглой, вращающейся вокруг своей оси и обращающейся по эллиптической орбите вокруг Солнца. Поэтому и в прошлом все климатические процессы, происходившие в атмосфере и на земной поверхности, возбуждались непрерывно поступавшей от Солнца лучистой энергией. Считают, что поток солнечной радиации, достигающий верхней границы земной атмосферы, не испытывает существенных колебаний во времени и, следовательно, в минувшие эпохи его интенсивность была соизмерима с современной.

 

В геологическом прошлом действовал тот же механизм взаимодействия солнечной радиации с земной атмосферой, который мы наблюдаем сегодня: часть солнечной радиации отражалась атмосферой, часть поглощалась и рассеивалась ею, часть достигала земной поверхности. Соотношения отраженной, рассеянной и прямой радиации зависят прежде всего от облачности атмосферы. Облачность ослабляет солнечную радиацию благодаря большему отражению, поглощению и рассеиванию, а при прозрачной атмосфере увеличивается прямая солнечная радиация, достигающая поверхности Земли. Поскольку в прошлом облачный покров был обширнее, плотнее и мощнее, отражательная способность его была выше. В составе же осваиваемой планетой радиации была больше роль рассеянной радиации, меньше — прямой.

 

Кроме того, из попадающей на земную поверхность солнечной радиации поглощается и превращается в тепло только некоторая ее часть, тогда как другая часть отражается в мировое пространство. В прошлом отражательная способность (альбедо) земной поверхности была ниже современной вследствие ряда причин: а) отсутствия снежного покрова, способного отражать до 80% падающих на него лучей; 6) большей площади водной поверхности, обладающей минимальной отражательной способностью (8—10%). В раннем палеозое на увеличение альбедо земной поверхности влияла оголенность суши. Но с появлением лесов (альбедо 15%) и с их постепенным распространением отражательная способность земной поверхности уменьшилась.

 

 

В наше время наибольшие годовые суммы эффективного излучения приурочиваются к областям тропических пустынь, отличающихся жарким климатом и безоблачным небом. В экваториальной зоне эффективное излучение ослабляется большим влагосодержанием и менее высокой температурой воздуха. Вследствие того что в минувшие эпохи области влажных климатов были обширнее, а аридные климаты были менее сухими, эффективное излучение в целом по планете было меньше современного.

 

Остающаяся после всех этих потерь радиация, как и ныне, расходовалась на нагревание воздуха путем турбулентного обмена и на испарение. В настоящее время наибольшая остаточная радиация наблюдается в тропических частях Атлантического и Тихого океанов и на участках суши с избыточным увлажнением. Минимальные значения остаточной радиации относятся к сухим областям континентов, где отмечается значительное эффективное излучение и повышенное альбедо оголенной поверхности [Алисов, Полатараус, 1962]. Древние климаты, более теплые и гумидные, чем современный, по-видимому, характеризовались большей остаточной радиацией, которая обеспечивала интенсивное испарение и энергичный турбулентный обмен в аридных областях.

 

В прошлом, как и в настоящее время, остаточная радиация (радиационный баланс земной поверхности) определяла запасы тепла в атмосфере и их широтное распределение.

 

В течение геологической истории экваториальные широты являлись областью разогревания и разуплотнения воздуха и развития в связи с этим восходящих потоков, увеличивающих здесь мощность тропосферы и рождающих в ее верхних горизонтах течения в сторону полюсов (антипассаты). Как и ныне, антипассатные течения под влиянием вращения Земли должны были отклоняться от меридионального направления в Северном полушарии вправо, а в Южном — влево.

 

В «конских» широтах притекающий от экватора воздух опускался, уплотнялся и создавал область повышенного давления, в которой возникало встречное течение плотного сухого воздуха к экватору (пассат), замыкающее кольцо тропической циркуляции ( 1). Пассаты также должны были испытывать действие вращения Земли и отклоняться в Северном полушарии к юго-западу, а в Южном — к северо-западу.

 

Древний антипассат, как и современный, обладал повышенным увлажнением: формирующие его воздушные массы экваториальной зоны интенсивного испарения содержали много водяных паров, конденсировавшихся при поднятии в верхние слои тропосферы. Древний пассат был сухим и жарким, усиливавшим испарение на океанах и нагревание воздуха на материках.

 

В высоких широтах, которые в барическом отношении были областью пониженных давлений (2), важнейшими факторами, как и ныне, являлись западный перенос и циркуляционная деятельность. Однако в связи с тем, что в доплиоценовое время арктические климаты в полярных широтах не сушествовали, систематических вторжений холодных воздушных масс в зону высокоширотных минимумов не было, а следовательно, и циклоническая деятельность, сейчас бурно проявляющаяся вдоль подвижного полярного фронта, тогда была чрезвычайно ослабленной. В настоящее время интенсивная циркуляция атмосферы связана с большими межзональными контрастами температур.

 

Ныне упорядоченная циркуляция с постоянными барическими центрами развита только над океанами. Над континентами барические максимумы возникают лишь в холодное время года, а минимумы — в жаркие месяцы. Очевидно, в минувшие эпохи, когда суша была меньше по площади и разделялась на мелкие массивы, ее влияние на общую циркуляцию атмосферы было не столь значительным.

 

И в прошлом роль подстилающей поверхности в формировании климата была огромной. Во все времена она оказывала большое влияние на альбедо, эффективное излучение и остаточную радиацию, а также на общую циркуляцию атмосферы. Суша и море, обладающие разной теплоемкостью, по-разному влияют на климат. Вода медленнее нагревается, но и дольше удерживает полученное тепло, чем обусловливает ровный ход температур в течение года (морской климат); суша, наоборот, быстро нагревается и столь же быстро отдает тепло, вследствие чего континентальный климат характеризуется значительными сезонными колебаниями температур. Степень континентального климата возрастает в глубь материков.

 

Характерной особенностью климатической зональности материкового Северного полушария является широкий, в основном бедный осадками умеренный пояс. Океаническое Южное полушарие отличается сокращением ширины умеренного пояса, в результате чего здесь субтропическая зона почти непосредственно примыкает к нивальной.

 

Распределение атмосферных осадков по поверхности Земли в прошлом принципиально напоминало современное ( 3). Поскольку влажность воздуха определяется температурой, возрастая с ее повышением, основная масса водяного пара, как и ныне, была сосредоточена в тропиках; меньшая его часть приходилась на полярные области, где климат был прохладнее. В тропиках всегда действовали восходящие потоки сильно нагретого воздуха, которые, попадая в верхние слои тропосферы, охлаждались, в результате чего их влаго- содержание уменьшалось и избыточная'влага выделялась в виде обильных дождей. В субтропиках охлажденные и иссушенные массы тропического воздуха, как и ныне, опускались к земной поверхности, где снова разогревались и уплотнялись без выделения осадков. В высоких широтах обоих полушарий количество атмосферных осадков снова возрастало в связи с усилением в них циклонической деятельности.

 

Большое климатическое значение имеют также общий гипсометрический уровень суши и наличие или отсутствие на ней высоких гор. Известно, что с увеличением высоты уменьшается давление воздуха, растет испаряемость и понижается температура (на 0,5°С на каждые 100 м). Хребты оказывают деформирующее влияние на циркуляцию атмосферы и на географическое распространение атмосферных осадков. Геологические данные свидетельствуют о том, что в прошлом рельеф планеты был менее контрастным и в связи с этим емкость океанических впадин была меньше современной, вследствие чего большая часть сиалической коры тогда была затоплена эпиконтинентальными морями. Суша была плоской и низкой, менее активной в климатическом отношении, чем современная. Древние климаты были преимущественно морскими, более гуми- дными.

 

Муссонная циркуляция, связанная с сезонными контрастами температур воздуха на суше и океанах, в доплиоценовое время была слабее вследствие изотермичное древних климатов и малых размеров материков. В этих условиях зимнее выхолаживание и летний разогрев воздуха над материками были не столь значительны, чтобы вызывать сильные волнения атмосферы с попеременным сезонным движением воздушных масс с материка на океан и обратно.

 

И в прошлом под воздействием циркуляции атмосферы возникали морские течения: теплые, движущиеся из экваториальной зоны в высокие широты, и холодные, несущие воды из полярных областей. В настоящее время влияние морских течений на климат исключительно велико. Самое мощное теплое течение — Гольфстрим — повышает температуру января на норвежском побережье на 25° С выше той, которая должна была бы здесь существовать по условиям географической широты, а самое мощное холодное течение — Перуанское — понижает годовую температуру воздуха на экваториальном отрезке западного побережья Южной Америки на 4° С. В соответствии с распределением океанических течений выделяются даже особые географические типы климатов западных и восточных берегов. В прошлом, когда температурные контрасты между полюсами и экватором были не столь велики, морская циркуляция, как и атмосферная, была выражена слабее и ее влияние на климат было менее существенным.

 

Географические типы климатов (материковый, океанический, западных и восточных берегов), представляющие результат сочетания местных радиационных и циркуляционных факторов и характеризующиеся особыми соотношениями температуры и осадков, своеобразным годовым ходом температур и режимом выпадения осадков, в прошлом вследствие равномерности древних климатов различались не так значительно, как в настоящее время. Вообще же они существовали в течение всей геологической истории, проявлялись в тех же географических областях и отличались теми же, хотя и не очень резко выраженными, чертами. Такая устойчивость географических типов климата во времени вытекает из устойчивости обусловливающих их факторов: зонального распределения солнечной радиации и широтного размещения основных барических центров, что в свою очередь предопределяется астрономическими законами.

 

В общем современный климат является ключом к пониманию климатов прошлого. Вместе с тем следует подчеркнуть, что аналогии древних климатов с современным имеют свои границы, ибо в историческом развитии Земли все природные процессы, в том числе климатические, последовательно изменялись, одни (более общие) медленнее, другие (частные) быстрее. Чем древнее геологическая эпоха, тем меньше общего оказывается у ее климата с современным, а климаты очень отдаленных эпох отличны от современного даже в общих закономерностях, наиболее устойчивых в своем развитии. В далеком геологическом прошлом, когда другими были состав и свойства атмосферы, соотношения суши и моря и даже некоторые астрономические параметры Земли (радиус планеты, наклон оси), климатообразование и воздействие климата на земную поверхность могли иметь существенно иной характер.

 

 

К содержанию: В.М. Синицын «Введение в палеоклиматологию»

 

Смотрите также:

 

Науки о Земле    Древние климаты   Климат в неолите   Палеоокеанология    Оледенение и Жизнь    

  

 Последние добавления:

 

Палеонтология    Всеобщая история государства и права     Палеогеография   Кроманьонцы    Холопы на Руси