Вы сидите у телевизора, а диктор рассказывает о погоде: «За минувшие сутки сильная жара распространилось на центральные районы Европейской части России. Такого резкого повышения температуры не наблюдалось уже пятьдесят лет». «Ого!- думаете, вы – Как изменился климат»! Тут-то вы, как раз и ошибаетесь. Не следует путать климат с погодой. Основным свойством погоды в том и заключается, что она постоянно меняется, и это происходит непрерывно, буквально, не по дням, а по часам.
Под погодой в науке принято понимать физическое состояние атмосферы в данный момент времени. Два - три небывало холодных или жарких и засушливых лета ничего не доказывают. Они вовсе не говорят о переменах климата, тем более глобальных. Просто это причуды погоды, которые существуют по определенным законам.
Ничего нет на Земле постоянного. Устойчивость и инерционность климата планеты можно рассматривать только на малых отрезках времени. Поэтому и климат меняется, но только, по мнению учёных, очень медленно, и его изменения зависят как от сугубо земных факторов, так и определенных космических причин. Хотя если рассматривать климат как систему с определенными параметрами, можно предположить, что он проходил и проходит определённые этапы перестроек и относительно резких изменений, во время которых происходит кардинальная перегруппировка параметров и переустройство равновесий. Эти этапы характеризуются временными преобладаниями определенных параметров, факторов и ситуаций, что приводит к разрушению предыдущей климатической структуры и построением новых, а это ложится тяжким грузом на биосферу планеты и требует от неё адаптационной гибкости и эволюционной предприимчивости. Современное состояние климата, в который вклинился человеческий фактор с его техногенными проблемами, тому пример. Затем происходит гармонизация. Равновесие восстанавливается, но уже в новом, качественно ином состоянии, а тёплом или холодном это зависит от планетарной ситуации, которая возникла на данном этапе истории Земли под действием космических и планетарных факторов.
Приоритет постановки вопроса о влиянии самой земной поверхности на климат нашей планеты принадлежит английскому геологу Ч. Лайелю. Его последователем в России был географ и климатолог А. И. Воейков, который хотя и признавал влияние на климат космических факторов, но всё же во главу угла ставил изменения на поверхности Земли, куда относятся:
- изменения состава атмосферы и содержание в атмосфере количества углекислого газа;
- изменения рельефа земной поверхности и площади мирового океана;
- влияние вулканической деятельности на климат;
- воздействие живого вещества.
Сама по себе тема изменения климата на Земле и его история, увлекательна, но нам она нужна только для раскрытия процесса антропогенеза. Поэтому в подробности и все климатические перипетии, мы вдаваться не будем, только определим общую климатическую картину, предшествующую Кайнозойской эре и изменения параметров климата в ней самой, а каким образом климатический фактор проявился, как эволюционная сила развития наших далёких предков мы рассмотрим в следующей главе.
Изменения параметров климата могут быть вызваны, как мы говорили, изменением состава атмосферы. Например, увеличением количества парниковых газов, таких как метан, озон, диоксид углерода, водяной пар. Увеличение их концентрации в атмосфере планеты, приводит к увеличению температуры воздуха. Химический анализ газов, извлечённых из воздушных пузырьков во льдах Антарктиды и Гренландии, установил, что, в период максимума последнего оледенения количество атмосферного углекислого газа была меньше на 25%, чем в настоящее время.
Член-корреспондент АН СССР М.И. Будыко, в конце 70-х годов произвел приблизительную оценку масс известняков и углеводородов, отложившихся в земной коре, в разные геологические периоды и определил, как менялось содержание углекислого газов в атмосфере с кембрийских времен до наших дней. А менялась она в довольно широком диапазоне. Это сейчас она в пределах трех сотых процента, а 600 млн. лет назад была раз в десять больше. Если бы в атмосфере в настоящий момент снизить концентрацию углекислого газа вдвое, то это снизило среднюю температуру на планете примерно на 3 – 5 градусов Цельсия. А если бы, наоборот, концентрация возросла вдвое, то потеплело бы градуса на 2 – 4. Представляете, какой был эффект, когда концентрация углекислого газа была в 10 и более раз. Правда, тут нужно учитывать то, что при повышение температуры усиливается испарение мирового океана и землю начинает окружать плотная облачность. Планета недополучает, из-за этого, солнечную энергию и потепление уменьшается.
Не менее активное воздействие на климат планеты оказывает её живое вещество. Например, американский учёный Дж. Лавлок совместно со своими сотрудниками привели доказательства того, что планктон – мельчайшие морские организмы – участвует в регулировании температуры Земли. В процессе своей жизнедеятельности он вырабатывает диметилсульфид, который, накапливаясь в водах океанов, постепенно проникает в атмосферу, где он, окисляясь, выделяет сульфатные частицы, служащие ядрами конденсации водяных паров, образующих облака. Таким образом, изменение количество планктона влияет на плотность облачности, отражающей тепло, а значит и на температуру земной поверхности.
В последнее время в теории глобальных климатических изменений, значительная роль отводится содержанию в атмосфере пыли и аэрозолей. Это предположение имеет и подтверждение. Так, изучение керна льда, возрастом до 160 тысяч лет с антарктической станции «Бэрд» показало, что в образцах соответствующих ледниковым эпохам, концентрация пыли была в 8 раз больше, чем в пробах межледниковых отложений.
Источником выброса огромного количества пыли и аэрозольных частиц в атмосферу планеты, являются вулканы. Их деятельность, особенно в периоды тектонической активности, вызывает сильное помутнение атмосферы. Тут можно высказать и некоторые возражения – массы льда в ледниковых покровах периодов оледенений с огромной мощью давят на земную кору в районах их концентрации, что меняют картину напряжений в материковых плитах планеты, тем самым, провоцируя извержения вулканов.
Аэрозольные частицы из вулканов, в свою очередь, способствуют увеличению облачности. Например, в конце юрского периода в Антарктиде, Северной Америке и Южной Африке, представляющих, в то время единое целое, происходила колоссальная вулканическая деятельность. Эти извержения выбросили в атмосферу планеты огромное количество пыли и дыма, которые в некоторых временных моментах, уменьшили доступ солнечных лучей на поверхность Земли. Это послужило одним из нескольких факторов похолодания, что привело к вымиранию многих видов животных того времени. В конечном итоге это ознаменовало окончание юрского и начало мелового периода.
Наиболее яркими примерами в наше время служат извержения вулкана Кракатау в 1883 г. и вулкана Катмай на Аляске в 1912 г. Пепел этих извержений распространился на огромную часть атмосферы Земли и вызвал уменьшение притока солнечной радиации на 20 – 25%. Это привело к тому, что средняя приземная температура в северном полушарии понизилась на 0,5 – 0,7 градусов Цельсия.
Климат во многом зависит от характера земной поверхности и процессов её изменяющих. Проблемы, связанные с влиянием материков и океанов на климат планеты разрабатывал английский климатолог Ч. Брукс (1952). Он отмечал колоссальное влияние температуры вод океанов на равномерность климата вследствие большой их теплоёмкости. Чтобы изменить среднюю температуру поверхности Земли на 1 градус достаточно изменения температуры вод океанов всего на 0, 001 градуса.
Он указывал на значительную роль океанских течений перемещающих огромные массы воды с определенной температурой. Нужно заметить, что циркуляция океанских вод, согласно современным знаниям, может меняться довольно быстро при изменении даже такого фактора как соленость морской воды. Например, в Северной Атлантике воды намного солонее, чем на севере Тихого океана. Как более плотные и холодные, воды Северной Атлантики, непрерывно опускаются на глубину и в промежуточных слоях уходят на юг, а на их место поступают более тёплые. Такой тепловой поток у поверхности, а также дующие здесь довольно сильные ветры повышают солёность вод, а значит, поддерживается и процесс их опускания.
Предположим, что соленость североатлантических вод понизилась. Тогда циркуляция вод в Атлантике, по всей видимости, изменится. Опускаться на глубину будут воды только в Южной Атлантике, в Циркумполярном течении, а подниматься – в Северной. Это повлечет за собой весьма неблагоприятные изменения климата прилегающих материков. Ледовая кромка продвинется дальше на юг, поскольку на поверхности окажутся менее соленые воды, которые легче замерзают.
Если такие моменты могли происходить в истории Земли, при длительности их в пределах десяти пятнадцати лет то вполне возможно они могли «включить» механизм изменения общей циркуляции вод, который затем может быстро привести к серьёзным климатическим последствиям. Так что изменение солености вод лишь на один грамм на литр может обернуться для мирового океана колоссальной встряской, а значит и всем не поздоровится.
А направление течений зависит от положения материковых масс на поверхности земного шара.
Примерно 200 миллионов лет тому назад, гигантская трещина начала раскалывать праматерик Пангею, надвое - на Северный и Южные континенты. Началось образование палеоокеана Тетис. Конечно, в наше время его на географических картах нет. От него остались только древние «лужи» - Каспийское и Чёрное моря, но тогда это был полнокровный океан по масштабам и качеству не уступающий современным.
Затем новые трещины разделили оба праматерика. Северная Америка откололась от Европы и за следующие 60 миллионов лет она сдвинулась на северо-северо запад на 15 – 17 градусов. Евразия с правосторонним вращением сместилась на восток – юго-восток на 18 – 20 градусов. Оба континента с разных сторон вдвинулись в океаническое полушарие на 30 – 40 градусов в умеренных и до 90 градусов в высоких широтах. Главное событие в южном полушарии в то время был распад южного материка Гондваны. Основная её часть Африка с несколькими микро континентами сдвигалась на восток – северо-восток. Пока ещё представляли единое целое, все будущие южные континенты, Австралия, Южная Америка и Антарктида. Они стали перемещаться в район южного полюса. После распада Пангеи и движения материков в более высокие широты, повлекло за собой появление сезонных изменений. Примерно 100 – 80 миллионов лет назад началась трансгрессия, т.е. общий подъём уровня океанов, который был на 300 метров выше современного. Затопило около 36 % площади современной суши. Максимум трансгрессии приходится на 80 - 65 миллионов лет тому назад. Затем началось медленное падение уровня океанов - регрессия, а вслед за ней и уменьшение температуры поверхности Земли примерно на 3 градуса. Ведущим процессом, определяющим снижение уровня Мирового океана за последние 100 миллионов лет, являлись планетарные тектонические движения Земной коры, так называемый геократический фактор.
С распадом Гондваны начали зарождаться молодые Атлантический и Индийский океаны. Бывший сверхматерик Пангея продолжал раскалываться на части. Ветвились трещины по его лику. Одна отторгла Гренландию от Европы и от Северной Америки. Началось дробление на ещё меньшие блоки. От восточной окраины Гондваны отчленяются микро континенты, главным образом в Индийском океане. Это Индийский, Саёшельский, Пакистанский и Бенгальский микро материки. На севере, в позднем Мелу, от Африки отделились Итальянский, Паннонский и Родопский микро плиты. Все они двигались в северном направлении к Евроазиатскому материку. При столкновении с ним начался интенсивный процесс горообразования, что в конечном итоге привело к изменению циркуляции воздушных потоков на западе Евразийского материка. 60 миллионов лет назад Тетис пока был настоящим океаном. Между берегами Евразии и Аравии, которая была частью Африканского континента, ещё было добрых 2000 километров. Где- то посредине между ними плыли Малокавказская и Иранская микро плиты, а серия островных дуг, столкнувшись в кучу, наращивали территории Афганистана и Большого Кавказа. Там бушевали вулканы, и дымилась горячая лава.
Лик планеты стал принимать привычные для нас очертания 200 – 300 тысяч лет тому назад, когда континентальная обстановка на Земле приняла современные черты.
Кайнозойская эра, охватывающая примерно последних 70 миллионов лет характеризуется общим похолоданием. За время от 70 до 38 миллионолетия температура в Южном океане снизилась с 20 до 6 градусов Цельсия. Хотя был такой период, 40 миллионов лет тому назад, когда климат был довольно стабильный. Так называемый Эоценовый оптимум, когда даже в высоких широтах, например на Индигирской низменности росли пальмы, а на земле Элсмера (Канадский архипелаг) жили гиппопотамы и водились черепахи. Но факторы, которые затем повлекли довольно резкое охлаждение и иссушение (аредизацию), уже накапливались. К этому времени, 60 миллионов лет назад, плита Индийского субконтинента, потеряв по дороге на север свою часть – остров Мадагаскар, закончив свой дрейф по просторам океана, уже врезалась в Евразийский материк. Начался интенсивный процесс образования Гималаев. Климат в Азии стал быстро изменяться. Он стал муссонным. Летом воздух на этими горами прогревается быстрее и поднимается вверх, а на смену ему приходит воздух с океана насыщенный влагой, которая и проливается в виде муссонных дождей. Поднятие Гималаев, в конечном итоге, повлекли за собой глобальную перестройку движений воздушных масс в Евразии и оказали существенное влияние на этот процесс в масштабах всей планеты.
55 миллионов лет назад Австралия отделилась от «союза» материков - Антарктиды и Южной Америки и отправилась в северном направлении «за лучшей долей». Этот шаг образовал, пока ещё небольшой, Тасманский просвет. Конечно, таким широким и глубоким Тасманским проливом он стал не сразу, но «нагадил», в самом начале, изрядно. При своем расширении, до определенных размеров, через него быстро охладились воды из юго-восточной части Индийского океана, которые частично оттеснили направляющиеся с севера теплое Восточно-Австралийское течение. Температура воды к югу от Новой Зеландии вскоре существенно снизилась с 19 до 12 градусов Цельсия. Но Антарктида ещё сопротивлялась неизбежному, шумя лиственными лесами на востоке. Ближе к стыку с Южной Америкой континент, имел в своей флоре и теплолюбивые растения, даже Саговые пальмы.
38 миллионов лет назад Австралия отодвинулась от своей бывшей родины настолько, что в этот пролив беспрепятственно хлынули охлажденные воды. Они, теперь уже навсегда, оттеснили тёплое Восточно-Австралийское течение и ринулись дальше вдоль Антарктиды, резко охладив восточную её часть настолько, что на вершинах гор Гамбурцери и соседних возвышенностях появились ледники – первые предвестники надвигающейся катастрофы. Они образовали первый ледниковый щит, пока ещё не большой и мало влияющий на континентальный климат. Постепенно ледовый щит распространился почти на всю восточную часть материка.
Между тем охлажденные воды с температурой 4 – 5 градусов, свободно огибая Антарктиду и достигнув западных берегов Южной Америки, «ползучей экспансией» устремляются на север. Эти холодные воды вливались в Южно - Экваториальное течение, изрядно и подло его, разбавив так, что и в экваториальной части тоже несколько похолодало т. к. это течение в то время проникало в Индийский океан через широкий проход между Австралией и Юго-Восточной Азией, но в западной Антарктиде было пока более - менее тепло. Антарктида ещё судорожно цеплялась за Южную Америку, и в море Уэдделла по-прежнему проникали благодатные воды течения из Атлантики. Поэтому там ещё шумели лиственные леса.
Около 25 миллионов лет назад Австралия послала своей родине «прощальный привет». Дрейфуя на север, она перекрыла проход Южному экваториальному течению в Индийский океан, и оно повернуло на юг. Тёплые воды этого течения частично стали достигать и берегов Антарктиды, и там несколько потеплело. Но это был, так, эпизод из процесса общего похолодания. И, наконец, грянула катастрофа, которая больно отозвалась практически на всей биосфере Земли. К 21 миллионолетию раскрылся пролив Дрейка. Холодные воды хлынули в Южную Атлантику. Они буквально «взашей» вытолкали тёплое течение из моря Уэдделла, и кольцо холодных вод тесным обручем Циркумполярного течения замкнулось вокруг несчастной Антарктиды. Теперь уже ничто не мешало оледенению захватить и западную часть материка. Температура воды у его берегов опустилась до 2 градусов. Циркумполярное течение, практически изолировало Антарктиду от тёплых вод мирового океана, поэтому материк стал быстро охлаждаться.
У читателя может возникнуть справедливый вопрос, - каким образом учёные определили все течения, которые существовали когда- то в те далекие времена? Да всё не так уж и сложно. В 30-е годы прошлого века академиком П.П. Лазаревым были проведены ряд опытов которые показали и убедительно доказали существование определенных океанских течений в различные периоды земного бытия. Блестящий экспериментатор, он создал у себя в лаборатории модель мирового океана. Он весь уместился в большой круглой ванне, которая изображала северное полушарие Земли. Края ванны служили экватором, в центре её находился Северный полюс.
На некотором расстоянии, по краям ванны учёный установил согнутую в кольцо металлическую трубку с дырочками. В неё с силой вдувался воздух. Так было создано подобие кольца пассатов, которое существует в действительности у экватора. Из гипса были вылеплены маленькие «материки» и их разместили в ванне точно там, где они находились, по мнению геологов в палеозойскую эру. Ванну наполнили водой, пустив плавать алюминиевые опилки. Чтобы они стали заметнее, воду пришлось окрасить в черный цвет.
Странный чёрный океан был готов. И опыт начался. «Пассаты» погнали опилки по глади «океана». Течения сразу стали видимыми, и перед глазами исследователей возникла живая картина течений, существовавших 200 миллионов лет назад.
В продолжение опытов был изменён облик полушария. Теперь он стал выглядеть, как представляют его себе геологи строение земной поверхности 1 миллион лет тому назад. Арктический бассейн оказался изолированным, замкнутым, даже узкого Берингова пролива в то время не существовало. В Северной Атлантике над водой поднималась преграда из крупных островов.
Включили «ветер», и стало видно, что теплые течения при такой расстановке, не могли проникнуть на север. Модель доказывала это неопровержимо. Вот тогда Великий Северный океан стал превращаться в Ледовитый.
Но модель – это только модель, Можно ли ей верить? Лазарев решил устроить своей модели «очную ставку» с современным Мировым океаном. Ученый поместил в ванну гипсовые копии современных материков. Снова засвистел «ветер», вырываясь из трубки. Рисунок опилок показал карту современных течений. Совпадение оказалось полное, даже в малейших деталях.
Так что описание движение водных потоков в океанах прошлого, о которых здесь рассказано, научно обоснованы.
В Миоцене, 14 миллионов лет тому назад, начинает интенсивно возрастать восточно-антарктический ледниковый покров. Это было первое оледенение некоторых районов Антарктиды. Примерно 10 – 8,5 миллионов лет назад вокруг материка начинают распространяться льды.
Воды, которые поступали из Мирового океана в Циркумполярное течение, там охлаждались, опускались ко дну, и донными течениями распространялась к северу, заполняя котловины всех океанов. Началось интенсивное их охлаждение и соответственно охлаждение материков. Например, если в середине Эоцена, 40 миллионов лет назад, температура воздуха в северном полушарии составляла 22- 25 градусов Цельсия, то во второй половине Олигоцена, 31 миллион лет назад она снизилась до 15 – 18 градусов. Но все- таки было ещё тепло, и средняя температура воздуха на Земле была выше современной потому, что Мировой океан был ещё теплый. На пути движения холодных вод на север им преграждал путь Африканский континент. У западных его берегов холодная вода поднималась в верхние слои океана. Это означало падение температуры в высоких широтах континента и отток влаги в сторону Антарктиды, что естественно повлекло за собой аредизацию южных и юго-западных районов Африки и образование обширных саванн даже в областях прилегающих к экватору.
Примерно 7 миллионов лет тому назад быстро разрастаясь, ледник западной Антарктиды, соединился с восточно-антарктическим ледниковым покровом. В результате, к шестому миллионолетию, образовался ледяной единый купол, такой величины, что даже в позднее и более холодное время не достигал столь внушительных размеров.
Лавинообразное нарастание охлаждающих факторов связанных с увеличением ледяного купола Антарктиды, повлекло за собой глобальное изменение природных компонентов. Уровень Мирового океана упал на 70 метров.
Анализ процессов последних ледниковых эпох, даёт твердую уверенность в том, что максимальное распространение ледников вызывает не только резкое понижение уровня Мирового океана, но и сильное иссушение в низких широтах и даже в тропико - экваториальном пространстве. С этапом оледенения Антарктиды совпадает широкое распространение в восточном полушарии так называемой гиппорионовой фауны - типичных представителей открытых пространств- саванн.
Исследования последних лет всё с большей очевидностью показывают, что период между 6,5 – 5 миллионами лет представляет собой один из важнейших переломных моментов в истории Кайнозойской эры. Этапом глобального преобразования состояния оболочки планеты.
К четвёртому миллионолетию ледовый купол Антарктиды сократился до современных размеров и практически ничего не известно о его дальнейших изменениях, до ближайшего к нам геологического времени – Плейстоцена. Сам факт уменьшения ледяного купола континента предполагает некоторое увеличение температуры и влажности. Пик данных факторов приходится на период с 4,4 до 3,5 миллионов лет назад, но уже далее снова начинаются весьма существенные изменения в состоянии природной оболочки Земли. Они заключаются в новом ещё более мощном сдвиге параметров природных компонентов ко второму миллионолетию. Данный сдвиг параметров имел тоже направление, что и позднемиоценовый – дальнейшее похолодание и аредизация.
С опозданием на 15 миллионов лет льды появляются и в северном полушарии. Знаки их возникновения 3,2 – 3,1 миллиона лет тому назад. Например, этим временем датируются первые ледниковые отложения в Исландии, причём найдены они на равнинах, что свидетельствует о покровном характере оледенения острова. По данным М.И. Будыко (1984), возникновение полярных ледниковых покровов резко повысило чувствительность термического режима Земли к малым изменениям климатообразующих факторов. Астрономические факторы стали оказывать значительное влияние на климат четвертичного периода.
В это время уже окончательно сблизились континенты Северной и Южной Америк. После раскола Пангеи они долгое время «дрейфовали» почти параллельными курсами, но потом одумались и начали быстро сближаться. За 20 миллионов лет расстояние между ними сократилось на 750 километров. За это время, находящийся на пути Южно – Американского континента небольшой архипелаг островов был смят и быстренько соорудил хребёт на берегах Венесуэлы. Затем, с запада, усилился, уже существующий, один подвиг плиты, под другую, Карибскую и в результате под её краем развилась бурная вулканическая деятельность. А в это время данному «безобразию» навстречу двигался мощный подводный хребёт. Их взаимодействие послужило фундаментом для образования Панамского перешейка, который не замедлил подняться из под воды. Существует мнение, что новый скачёк похолодания в самом начале плейстоцена и аредизации, так называемое Виллафранкское оледенение было вызвано закрытием пролива Бальбао между Северной и Южной Америками, что повлекло за собой изменение в характере океанической циркуляции вод, в частности зарождение североатлантического течения Гольфстрим. После соединения дух материков тёплые атлантические воды уже не могли больше течь вокруг экватора и повернули к северу. Это привело к увеличению количества осадков в Гренландии, Скандинавии и Восточной Канаде. Тёплые течения несли на север влагу, и количество осадков там резко возросло. Солёность Северного океана упала, а значит он стал быстро покрываться льдом. Началось оледенение северного полушария. Скорее всего, воздействие нескольких факторов как земных, так и космических повлияли на данное изменение климатической обстановки. Потому, что похолодание, в принципе, было обще планетарным, а особенности движения материковых плит по поверхности Земли, и связанные с этим процессом, изменения океанических циркуляций вод Мирового океана, были только дополнительными факторами, ускоряющими или замедляющими глобальные процессы кайнозойских изменений климата.
Пик похолодания Филофранкского оледенения в позднем Плиоцене приходится на 2,5 – 2,2 миллиона лет назад. Северный Полярный бассейн покрылся морскими льдами. Имеются данные, что это же время было существенное похолодание в Европе: в Италии, Нидерландах, на побережье Чёрного моря, а в Средиземноморье распространились степные виды растительного и животного мира.
Французским учёным Р. Бонфийем были проведены исследования в Африке, в районе реки Омо. Данные спорно – пыльцевого анализа показали, что в период от 3 до 2,5 миллионов лет назад площадь лесов в данном районе сильно сократилась. Сравнительный анализ показал, что если в настоящее время, на прилегающих к реке территориях доля древесной растительности составляет 45,8 % от общей площади, то 2,5 миллиона лет назад, она составляла от 18 до 11 %. Саванные же элементы территории занимали от 47,3 до 30%, тогда как в настоящее время они занимают 24,4 % исследуемой площади. Ещё большие изменения претерпели ландшафты к двухмиллионолетнему рубежу. Древесной растительности в то время было всего 5,5, % т.е. в десять раз меньше чем в настоящее время, а элементы саванной растительности в ландшафтах возросли в три раза, занимая площадь в пределах 61,1 %.
На протяжении последнего миллиона лет на фоне существенного, постоянного полярного оледенения, в Антарктике, происходили циклические колебания оледенений в северном полушарии и связанные с ними колебания температуры воздуха в средних широтах. При этом в северном полушарии разрастались огромные ледниковые покровы, близкие по размерам к антарктическому, а колебания температуры в средних широтах были равны колебаниям температуры за все предшествующие 60 – 70 миллионов лет, то есть составляли 10 – 12 градусов Цельсия.
Число наступлений Антарктического ледникового покрова и связанные с ними колебания температуры и влажности, в целом, согласуются с числом изученных разрастаний ледникового покрова в северном полушарии. Колебание их размеров происходили в целом синхронно, только в южном полушарии были естественные границы разрастания – обрыв континентального склона, который был местом рождения айсбергов.
Кроме геолого-географических, сугубо Земных факторов, о которых мы говорили выше, имеется и вторая группа – астрономические, при которых изменения климата зависят:
-от изменения количества радиации Солнца;
-от положения Земли относительно Солнца, т. е. изменение эксцентриситета орбиты
-от положения Земной поверхности относительно угла потока солнечной радиации, т. е. изменение наклона оси планеты
-изменение времени наступления равноденствий
Величина Солнечной постоянной (20 ккал см.кв. мин) может изменяться на 3 – 5% в зависимости от изменения расстояния Земли от Солнца. Огромное число геофизических, метеорологических и биологических явления, происходящих на Земле, - это прямое отражение физических процессов происходящих на нашем светиле. На его поверхности наблюдается целый комплекс явлений связанных между собой и изменяющихся во времени. В совокупности данные явления представляют собой единый периодический процесс называемый солнечной активностью. Установлены ритмы длительности этих процессов в 11, 22, 35, и 80 – 90 лет. Когда детально были исследованы древние отложения в озёрах Австралии, то было установлено, что периодические чередования плотности отложений с 11-, 22- и 90-летней цикличностью неизменны в течение всех последних 600 миллионов лет.
Установлено, что орбитальные климатические ритмы – 400 тыс.; 1,25; 2,55; 3,8 млн. лет, являются рабочими хронометрами биосферы, причём 400 тысячелетний ритм служит основной причиной крупнопериодических изменений климата и эволюции органического мира в эпохи плейстоцена и плиоцена. Внутри данный ритм делится на 6 – 8 фаз, причём становление и развитие биогенного вещества в биосфере планеты полностью подчиняется этому климатическому ритму с его фазами. Так, события крайней специализации фауны млекопитающих происходит в конце 5-ой фазы, а её конец характеризуется великим вымиранием млекопитающих плиоцена и плейстоцена: мамонтовая фауна исчезла 10 – 12 тысяч лет тому назад.
При каждой вспышке активности Солнца, природа Земли приходит в неистовство. Каждый раз, все без исключения явления на планете, синхронно, приступообразно, в мёртвом и живом царстве, приходят в конвульсивное содрогание. Страшные ливни, наводнения, смерчи, торнадо, ураганы, землетрясения, вулканическая деятельность, магнитные и электрические бури и сокрушительные грозы… Эпидемии и пандемии, эпизоотии и эпифитии проносятся по земному шару и воздействуют по принципу – где тонко там и рвётся. Появляются резкие уклонения от обычного хода хронических и острых заболеваний. Общая смертность во всех странах в годы активного Солнца, достигают своих максимальных значений. Инфекционные заболевания претерпевают необычайные модификации. Число мутаций у растений резко увеличивается. Саранчовые в эти годы совершают опустошительные полёты. Всё живое и неживое приходит в эти годы в движение.
Таким образом, солнечная активность, конечно, влияет не многие природные процессы в биосфере земли, однако пока имеется мало данных, свидетельствующих о её влиянии на климат планеты в целом. Все что вышеперечисленно это своего рода разовые команды, влияющие на погоду, но ни как не на климат.
К началу Кайнозойской эры светимость Солнца практически достигла современной величины. Поэтому изменение климата, за последние 60 – 70 миллионов лет, можно рассматривать как функцию только земных причин. Если не брать во внимание гипотезу о прохождении Солнечной системы через пылевое облако. Но все-таки картину изменения климата по земным причинам усугубляют и космические. А конкретно, изменение количества солнечной энергии поступающей на землю
На неравномерное распределение солнечной радиации по поверхности Земли, в связи с изменениями элементов земной орбиты, впервые указал английский астроном Д. Кроль в 1875 году. Однако эта гипотеза получила широкую известность лишь после того, как её принципы математически обосновал югославский ученый Меленкович.
Изменение количества солнечной радиации получаемой Землёй, это не колебания светимости Солнца, а изменения параметров Земной орбиты и угла наклона оси вращения к её плоскости. По этой причине Земля получает разное количество солнечной энергии.
Максимальный эксцентриситет орбиты Земли равен 0,0658, а современный 0, 017. Изменение длины орбиты предопределяет неравную длительность двух половин года между весенним и осенним равноденствиями. Любой наш отрывной календарь покажет, что летнее полугодие в северном полушарии длится 186 суток, а зимнее 179. Изменение эксцентриситета происходит в течение 92 тысяч лет. В эпоху его минимума по этой причине поглощение солнечной радиации сокращалось очень даже заметно, и температура снижалась примерно на 1,4 градуса, чем это было на круговой орбите. Колебания солнечной постоянной из-за изменения эксцентриситета земной орбиты существенны. Они не могут не сказываться на долгопериодических колебаниях климата.
Наша Земля не идеальный шар, а неправильно сплюснутый эллипсоид вращения, да ещё к тому же 3-х осный и потому плоскости его сечения относительно плоскости орбиты суть величины переменные, зависящие от угла наклона оси вращения. Это так называемый прецессионно – нутационный механизм, который обуславливает колебание Земли в потоке солнечной радиации, приблизительно равной 0,04 эрг\сек см.кв. в расчете на год в течение периода 6,5 тысячи лет, что составляет 0,25 периода прецессии – времени между прохождением перигелия соседними точками равноденствия и солнцестояния.
М. Меленкович в 1939 году обнаружил изменения эксцентриситета земной орбиты с периодом в 92 тысячи лет, наклона оси вращения к её плоскости в 40 тысяч лет и прецессионно - нутационные колебания с периодом в 26 тысяч лет. Ш.Г. Шараф и Н.А. Будникова в 1969 году обнаружили более длительные периоды изменений первых двух параметров: 1,2 миллиона лет и 0,2 миллиона лет соответственно. Последние и наиболее детальные их исследования показали, что эксцентриситет колеблется с периодом около 0,1; 0,425; и 1,2 миллиона лет, нутации с периодом 41 и 200 тысяч лет и прецессии- 21 тысячу лет. Это так называемый фактор Миланковича.
Сочетание этих механизмов даёт сложную картину вариаций потоков энергии, приводящую в моменты наличия экстремальных факторов, наложения максимального дефицита и суммарного снижения интенсивности солнечной радиации.
Исходя из расчётов, следует, что в период максимальной длины орбиты существует период в 6,5 тысяч лет, когда средняя температура на Земле может быть меньше минимальной в среднем ещё на 0,4 – 0,5 градусов. Такое сочетание возникает редко один раз в 3,8 миллионов лет. Достаточно в такой период концентрации углекислого газа в атмосфере снизиться до современных норм и в Антарктиде возникли условия для создания ледников. Это подтверждается найденными ископаемыми льдами возрастом от 3,7 до 4 миллионов лет. (Данные взяты из материалов Авсюга, Гросвальда опубликованных в 1971 г. «Кайнозойская история оледенения и климата Антарктиды».)
Куда во временном континууме Кайнозойской эры поместить эту бесконечно малую, но беспредельно важную точку в 6,5 тысяч лет. Откуда начать отсчёт этого 3,8 миллионолетнего периода, который повторяется с настойчивой периодичностью во все времена, чтобы определить влияние её на климат Земли. Данный момент очень интересен. Он является катализатором климатических «неурядиц» на планете. Давайте поместим эту точку поближе к ярко проявившему себя Виллафранкскому оледенению, пик которого приходился на 2,5 миллионов лет назад.
Расстановка материковых масс на поверхности Земли перед этим оледенением, связанные с этим движения вод мирового океана и соответственно перераспределение его теплых и холодных компонентов являлись предпосылками к грядущему похолоданию. Тектонические процессы на дне океана повлекли за собой опускание некоторых районов донной поверхности, что увеличило площадь поверхности суши в результате регрессии. Данное расширение площади материков в свою очередь увеличило отражающую способность поверхности Земли. В связи с этим появилось несколько новых, различных состояний природно-климатических компонентов.
Климатическая зональность планеты по количеству и расположению климатических зон уже определилась в новом, почти современном, качестве. Хотя северная полярная зона развита, в плане оледенения, была ещё слабо, но обще планетарная градация их границ уже была чётко выражена, из-за ослабления меридионального переноса воздушных масс.
Геосфера была просто насыщена отрицательными климатическими факторами. В связи со всем этим резко повысилась чувствительность термического режима планеты к малым изменениям климатических параметров. Поэтому астрономические факторы с малой амплитудой действий начали раскачивать, в общем-то пока ещё стабильную климатическую планетарную систему. В принципе устойчивое состояние климата той поры, находилась в одной из точек локального минимума допустимых для биосферы планетарных температур, но параметры климата были ниже средне возможных для данного временного периода.
Перевод биосферы в опасное для неё состояние - в соседнюю точку локального минимума соответствующей ещё более низкой температуре, когда бы началось обвальное оледенение, практически было невозможно из-за довольно высоких температур океанских вод. Нужно было приличное глобальное понижение температуры, причём в короткие сроки. Такой толчок пришёл. Настал момент, когда максимальный эксцентриситет орбиты наложились прецессионно-нутационные осцеляции. Это и привело биосферу к экстремальной ситуации, когда на максимальный дефицит солнечной энергии наложилось суммарное снижение интенсивности энергетических потоков. Что после этого произошло с биосферой планеты, было описано выше.
По логике вещей эта «космическая дрянь» должна была проявить себя, во всей своей красе, в момент напряжения всех климатических составляющих планеты при одновременном воздействии на них периодических космических факторов. Это было время, когда установился локальный минимум для данной климатической ситуации в данном временном континууме. Возможно, это произошло 3 миллиона лет тому назад, когда вышеперечисленные факторы уже проявились и оформились. Этого удара из космоса оказалось достаточно, чтобы убрать довольно низкий барьер из положительных факторов, который не позволял скатиться климатической ситуации на более низкий локальный минимум.
Вполне вероятно, что данное предположение не верное. За давностью лет мы не можем проверить правдоподобность этой ситуации. Ведь можно предположить и другое, например этот толчок возник в самый пик увлажнения 4; 3,7 миллионов лет тому назад, сбив климатическую махину с относительно равновесного состояния теплового благополучия предпоследней, Плезанской трансгрессии, что и повлекло за собой цепную реакцию факторов охлаждения на границе между плиоценом и плейстоценом. Из этого небольшого, но очень жёсткого периода и его последствий 2,5 миллиона лет тому назад, ну может чуть пораньше, появился и зашагал по земле, сжимая в руке ещё очень примитивное каменное орудие, Человек Умелый.
Если взять точку в 4 миллиона лет за основу для проверки правильности нашего предположения и отсчитать это время в нашу сторону, то подтверждается самое большое Рисско-Днепровское оледенение, которое грянуло 200 тысяч лет тому назад. В этот период осушились участки шельфа до 100 – 120 метров, а 60% наземных льдов сосредоточились в северном полушарии. До сих пор территории севера выпрямляются после гнёта огромной толщи материковых льдов.
Вехи, которые оставило это «космическое безобразие» в глубине Кайнозойской эры так же подтверждаются определенными событиями. Прибавим к 4 миллионам 3,8 . В точке 7,8 миллиона лет тому назад снова проявился этот космический эффект. Он снова сбил с равновесного состояния климатические составляющие того периода. Все быстрее и быстрее начал разрастаться ледовый купол Антарктиды и к 6 миллионолетию достиг своей максимальной величины. Это наступил переломный момент Кайнозоя. В это время и появился на свет ранний Австралопитек афарский – один из первых прагоминид, а немного раньше в самом начале похолодания, примерно 7 – 6,8 миллиона лет назад из–за этих изменений климатических параметров, разошлись пути человека и шимпанзе.
Не будем рассматривать каждый шаг в 3,8 миллиона лет, а сделаем сразу восемь шагов назад, в глубь Кайнозоя, в конец эоцена на 38 миллионную отметку, где шло резкое опускание уровня Мирового океана, связанного с тектоникой океанского дна. Скорее всего, именно этот толчок в 6,5 тысяч лет на 38 миллионной отметке повлек за собой резкое понижение температуры. Возникли сильные контрасты между зимой и летом. По планете загуляли стылые ветры Олигоцена - неожиданно холодного периода середины Кайнозойской эры.
Не выдержав похолодания, вымерли многие виды млекопитающих, но зато улучшилось качество других. В это время по веткам запрыгали первые высшие приматы в частности Амфипитеки, парапитеки и проплеапитеки.
Из расчётов показанных в работах: М. Миленковича «Математическая климатология и астрономическая теория колебания климата»; Ш.Г. Шарафа, Н.А. Будникова «Вековые изменения элементов орбиты Земли и астрономическая теория колебания климата», следует, что в эпоху одного из самых обширных четвертичных оледенений, планетарная температура могла уменьшиться, по орбитальным причинам, приблизительно на 1,2 градуса, или несколько больше. В том случае, если на этот период приходился максимальный эксцентриситет орбиты. И наоборот, если, например, перед началом средне четвертичного межледниковья, орбита Земли имела минимальное значение эксцентриситета, то, несмотря на наличие обширных ледниковых покровов, и больших площадей морских льдов, температура поверхности Земли была примерно на один градус выше современной.
Как явствует из современных наблюдений, подъём температуры всего на 0,6 градуса в течение 1,5 – 2-х десятилетий в первой трети двадцатого века, привёл к решительному сокращению льдов в умеренных и высоких широтах северного полушария. Это потепление позволило освоить СССР Северный морской путь и построить большое количество городов и посёлков в северных районах.
Четвертичный период имеет ряд названий: ледниковый, антропоген, плейстоцен. Чаще всего употребляется термин «плейстоцен», предложенный Ч. Ляйелем в 1983 году, для обозначения геологического периода продолжительностью примерно в 1,5 – 2,0 миллионов лет. Плейстоцен характеризуется неоднократным чередованием ледниковых и межледниковых эпох, а так же временем максимального распространения континентальных массивов. В течение плиоцена и плейстоцена средняя высота материков возросла на 500 метров. В среднем понижение температуры по высоте составляет 0,6.С на 100 метров превышения, то только возрастание средней высоты суши могло вызвать похолодание на земной поверхности на 3° С. Отдельные районы, на которых в плейстоцене шло интенсивное горообразование, порой на тысячи метров над уровнем моря, охлаждались ещё сильнее.
Ещё каких- то 50 – 60 лет тому назад единственным крупным событием плейстоцена признавалось великое материковое оледенение. На самом деле он исключительно богат климатическими событиями, которые очень серьёзно повлияли на формирование не только разнообразной флоры и фауны, но и на эволюционные преобразования человека. Скорее всего, на климат влияла смена холодных и тёплых периодов в Арктике, на что в свою очередь влияло изменение интенсивности течения Гольфстрима в Атлантике и Куросио в Тихом океане. Интенсивность поступления вод этих течений влияли геологические факторы, скорее всего литосферные процессы. На Гольфстрим влиял не постоянный по высоте донный выступ в районе Форрерских островов, а на интенсивность проникновения теплых вод Куросио влияла величина и глубина Берингова пролива, которая так же не отличается постоянством.
И так мы уже знаем о Филлофранкском оледенении пик, которого пришёлся на 2,5 миллиона лет назад и, о котором мы довольно подробно узнали выше. За ним пришло межледниковое потепление, и теплолюбивые животные, например бегемоты, вновь поселились в Европе. Уровень Мирового океана поднялся на 80 и даже на 100 метров выше современного, но «тягучее» по времени дунайское оледенение выгнало или уничтожило этих животных. Миллион лет назад, теперь уже Гюнцкое оледенение тряхнуло животный мир Кайнозоя. Оно длилось примерно 35 тысяч лет, а затем снова потепление и вновь ледники отступили. Это продолжалось не слишком долго. Около 600 тысяч лет тому назад начало холодать. Это навалилось Миндельское оледенение. Поляны и лужайки становились всё обширнее. На юге Европы вновь исчезли влажные тропические леса Средиземноморья. Сосновые и еловые боры на востоке все быстрее и быстрее уступали место степям. Древние люди той эпохи были зажаты между двумя потоками льда. С севера и одновременно с Альпийских гор спускались ледники. Данная ситуация подхлестнула естественный отбор в стадах архантропов на той непростой территории, хотя оледенение и длилось всего каких - то 25 тысяч лет.
После потепления снова пришёл холод - Рисское оледенение, самое мощное из всех. Оно отстояло от нас на 250 – 300 тысяч лет и длилось примерно 30 тысяч лет.
В Африке в периоды похолодания климат изменялся несколько по иному, чем в Евразии. Там похолодание на севере Европы сопровождалось обильным выпадением осадков. Сахара и Калахари зеленели травой и порастали деревьями. Во время периодов похолодания нарушалась система ветров. Выпадение осадков в одних местах увеличивалось, а в других уменьшалось. Это привело к довольно значительному высыханию бассейна реки Конго, где влажные леса стали уступать место редколесью и травянистой саванне. То есть Африка, для древних людей стала более пригодной для проживания.
Примерно 70 тысяч лет назад началось последнее Вюрмское оледенение. Предполагают что это похолодание спровоцировало извержение вулкана Тоба на острове Суматра. Математическая модель данного извержения показывает что данный взрыв понизил температуру в северном полушарии на 3,5 градуса, что длилось примерно 10 лет. Этой эпохой кончается Плейстоцен и начинается Голоцен. Наше Время.
По мнению ряда учёных, мы сейчас живём в конце ледникового периода, который со временем сменится периодом потепления. Потеплению способствует и увеличение углекислого газа в атмосфере из-за техногенной обстановки навязанной природе человеком. Есть гипотеза о том, что климат нашей планеты станет таким же, как в эпоху динозавров - жарким и влажным. Из-за этого все льды растают, и уровень мирового океана станет намного выше, чем в настоящее время. Учёные подсчитали, что если растают все ледники планеты, то уровень океана поднимется на 66 метров. Есть совершенно противоположное предположения о том, что мы живём перед началом очередного оледенения, которое начнётся примерно через 10 тысяч лет, но это только гипотезы. Как это будет на самом деле, время покажет.
Более подробного описания о климатических изменениях в Кайнозойской эре нам и не нужно. Информация о климате прошлого нам необходима только для того, чтобы в процессе раскрытия истории становление человека определить, как же климатические факторы влияли на данный процесс.