Загальне землезнавство - Олійник Я.Б. - 6.13. Причини ритмічних змін клімату

У спеціальній літературі описано ряд гіпотез, в яких зроблено спроби дати наукове пояснення змін клімату нашої планети як в історичному минулому, так і на сучасному етапі її розвитку. За існуючими поглядами, зміни клімату зумовлені головним чином тектонічними, астрономічними та радіаційними причинами. Серед учених встановилась думка, що вплив цих чинників на клімат Землі проявляється у вигляді циклів різної тривалості: всі вони вже неодноразово призводили як до періодичних потеплінь, так і до похолодань.

З тектонічними причинами пов'язані найбільш тривалі і особливо суттєві зміни клімату в глобальному масштабі. Підняття або опускання літосфери, як і утворення та руйнування гір, впливають на основні напрями руху океанічних і повітряних течій. Зі зміною обрисів суші та океанів створюються нові умови для розподілу тепла і холоду на земній поверхні. Пояснюється це тим, що особливості загальної циркуляції атмосфери визначаються значною мірою умовами підстилаючої поверхні, характером рельєфу, поширенням течій, льодовиків тощо.

Як встановлено фундаментальними дослідженнями геологів, розвиток літосфери пройшов за останні 600 мільйонів років через три основні цикли гороутворення (див. табл. З, с. 103— 104): каледонський (що охоплює кембрійський, ордовікський та силурійський періоди загальною тривалістю 200 млн років), герцинський (ця фаза складчастих рухів проявилася в девонському, карбоновому та пермському періодах і тривала 150—

190 млн років) і альпійський (гірські системи, що сформувалися впродовж мезозойської та кайнозойської ер за останні 240 млн років). Незважаючи на специфічні особливості кожного з цих циклів, у них є і спільні риси, які дають підстави говорити про певну повторюваність у різні часи спрямованості тектонічних процесів і кліматичних умов: на початку будь-якого циклу переважали висхідні рухи земної кори, всередині відбувалося загальне опускання літосфери і накопичення великих товщ осадових відкладів, а в кінці — нові могутні складкоутворювальні рухи і зім'яття гірських порід та утворення гір. В епоху максимальних опускань земної кори панували на планеті океан і більш однорідний морський клімат, в епоху піднять — широке нарощування масивів суші і гірських масивів, формування різних континентальних кліматів.

Причини, які викликають ритмічні рухи літосфери, на жаль, ще не з'ясовані. Скоріше за все, вони пов'язані з тими процесами, що відбуваються у надрах Землі. Проте не виключається і вплив космічних тіл на Землю підчас проходження Сонячної системи через певні ділянки її галактичної орбіти. Справа в тому, що в результаті особливостей будови Галактики космічне гравітаційне поле не є однорідним. Внаслідок цього відбуваються збурення земної орбіти, зміни її нахилу і ексцентриситету. Зазначимо, що галактичний рік — проміжок часу між двома послідовними проходженнями сонячної системи через найближчу до центру Галактики ділянку орбіти — становить 200—220 млн років, отже він близький до тривалості одного геологічного циклу. Саме ці факти і засвідчують їх можливий взаємозв'язок.

Ритми великої тривалості, що мають помітні кліматичні наслідки, зумовлюються не тільки тектонічними рухами. Встановлено, що деякі з них виникають під впливом зміни положення площини екватора відносно площини земної орбіти (нахилу екліптики) від 21,5 до 24,5° за період в 40 700 років. При зменшенні кута нахилу тропіки переміщуються до екватора, а полярні кола — до полюсів. Від цього скорочується жаркий і холодний пояси та розширюється помірний. Похолодання на Землі відповідають мінімальним кутам, а потепління (з більш теплим літом і холодною зимою) — максимальним. Найбільше значення даний кут мав місце 9 тис. років тому. Нині спостерігається тенденція до зменшення кута нахилу осі обертання Землі, отже, це віщує настання нового льодовикового періоду на нашій планеті. У результаті досліджень встановлено існування великих астрономічних циклів тривалістю 92—93 тис. років. За цей період форма земної орбіти поступово змінюється від еліптичної до майже кругової і навпаки. Ексцентриситет орбіти при цьому змінюється від 0,0007 до 0,0658. Зауважимо, що тепер він дорівнює 0,017. Вчені встановили, що холодні періоди відповідають часу знаходження Землі на круговій орбіті. Зараз наша планета проходить через перигелій і тому порівняно більше часу проводить в області, близькій до Сонця.

Сьогодні на Землі відмічається один з найбільш теплих періодів. Проте астрономи вважають, що період помірного похолодання, можливо, вже почався, оскільки орбіта планети почала трансформуватися в кругову. Таким чином, землян через декілька десятків тисяч років чекає чергове велике похолодання з могутнім зледенінням. Між тим, технічний прогрес людства спроможний активно протидіяти розвитку цього природного процесу.

Крім циклу в 92—93 тис. років виявлено ще один цикл у 23 тис. років, який також пов'язаний з положенням нашої планети на її орбіті.

Розглянуті прогнози стосуються далекого майбутнього, а в більш близькі до нас століття (XXII—XXIV) кліматологи обіцяють потепління. Після цього почнеться поступове помірне похолодання з максимумом у другій половині третього тисячоліття.

Значно частіше періодичні коливання клімату викликають дві головні причини — зміни припливоутворювальних сил і сонячної активності. Прийнято вважати, що перші з них впливають на клімат всієї планети, а дія другої у вигляді тих чи інших циклів обмежується звичайно певними територіями.

Вперше теоретичне обґрунтування впливу припливоутворювальних сил на клімат було зроблено шведським кліматологом і океанографом О. Петерсоном у 1912 р. Пізніше російський учений О.В. Шнітніков (1957—1969 pp.) описав прояв цієї сили у змінах ландшафтів Землі в післяльодовиковий час.

Суть даного процесу полягає в тому, що під час руху Землі навколо Сонця і Місяця навколо Землі відбувається періодичне розташування всіх трьох тіл на мінімальній відстані між ними. При такому їх зближенні припливоутворювальні сили Сонця і Місяця досягають свого максимуму. Протистояння це відбувається приблизно через кожні 1850 років. В останній раз воно спостерігалося в 1433 р. У таких умовах найбільш істотну роль відіграють надмірно великі припливні хвилі, що виносять на поверхню океану прохолодні глибинні води: саме вони і є, як гадають, причиною поступового зниження температури повітря. Цим пояснюється механізм дії багатовікових ритмів коливання кліматів нашої планети і компонентів ландшафтів, що залежать від нього.

Кожний багатовіковий цикл складається з трьох фаз: трансгресивної, або фази прохолодно-вологого клімату, що розвивається дуже швидко і енергійно, але відносно недовго — 300— 500 років; регресивна, або фаза сухого і теплого клімату, тривалістю 600—800 років, яка розвивається порівняно повільно; перехідна — фаза, що охоплює проміжок у 700—800 років, причому перехід від трансгресії до регресії згладжений. У трансгресивну фазу посилюється зледеніння, збільшується стік рік, підвищується рівень озер, в регресивну — льодовики відступають, ріки міліють, рівень озер знижується.

Події багатовікового циклу нашої ери розвивалися приблизно в такій послідовності: 1) з V по XIV ст. — колонізація Ісландії та Гренландії; відступання льодовиків на земній кулі, підвищення рівня Світового океану, висихання Сахари; 2) з другої половини XIV ст. до кінця XVIII або початку XIX ст. — підвищення льодовитості Арктики, наступання льодовиків, або "малий льодовиковий період" (максимум із середини XVIII ст. до середини XIX ст.), похолодання клімату, льодова "блокада" Гренландії та загибель гренландських поселень, поступова регресія Світового океану, високий рівень озер; 3) з другої половини XIX ст. — відступання гірських льодовиків, зниження рівня рівнинних озер, зменшення льодовитості Арктики, трансгресія Світового океану.

Важливим з огляду розуміння особливостей кліматичних умов окремих регіонів планети є так званий віковий цикл, що

відбувається через кожні 80—90 років: він супроводжується змінами в льодовитості арктичних морів, проявляється в коливанні температури води в Атлантичному океані, викликає зниження і підвищення рівня Каспійського моря. Причиною вікових змін клімату є ритмічні коливання сонячної активності, що і впливає на характер циркуляції атмосфери та регіональний перерозподіл тепла і опадів.

Крім вікового, існують цикли меншої тривалості. Так, Е.А. Врікнер встановив ще наприкінці XIX ст. наявність у кліматі Землі внутрішньо вікового циклу протяжністю 30— 35 років. Зараз його називають брікнерівським циклом. За цей час серія вологих і прохолодних років змінюється серією теплих і сухих. Зокрема, для Європи виділені такі фази холодного клімату: кінець XVIII ст. — початок XIX ст., друга половина XIX ст., середина XX ст. Між цими фазами відбувалося потепління. Про сучасне потепління клімату свідчить, зокрема, відступання більшості гірських льодовиків на планеті.

Досить частими і регулярними є сонячно зумовлені цикли тривалістю в 7,3; 11,2; 14,6; 19 і 22 роки. Найбільш помітним з них є одинадцятирічний цикл, який проявляється в різних природних явищах і впливає на геологічні процеси. Встановлено, наприклад, що протягом сонячного циклу змінюється температура і атмосферний тиск на планеті, кількість опадів, стан озонового шару, врожайність зернових. Давно помічено, що потовщення кілець на зрізі дерев збігаються з роками високої сонячної активності. Така ж ознака властива і алювіальним відкладам, що формуються на дні озер. Лікарі виявили, що в цей самий час погіршується стан хворих на гіпертонію, атеросклероз та ішемічну хворобу серця.

У ході будь-якого одинадцятирічного циклу залишається постійною кількість сонячної радіації в оптичному діапазоні спектра, що досягає земної атмосфери. Залежно від активності Сонця змінюється, головним чином, короткохвильове ультрафіолетове і рентгенівське випромінювання, радіовипромінювання і сонячний вітер. І хоча це — не більше двох мільярдних відсотка енергії, яку випромінює наше світило, але саме ними визначається характер сонячно-земних зв'язків.

Зараз уже можна вважати встановленим, що вплив сонячно-земних зв'язків на клімат не є однозначним для всієї земної кулі. При посиленні сонячної активності кількість опадів, що випадає в одних районах, знижується, а в інших у цей самий час підвищується. Внаслідок просторової неоднорідності структури географічна оболонка реагує неоднаково навіть на синхронні і періодичні зовнішні подразники. Тому зрозумілим є спостережуваний зсув фаз ритмів у часі та просторі, тобто гетерохронність їх прояву на різних територіях.

Звертає на себе увагу кратність у співвідношеннях між середньою тривалістю деяких циклів. Так, протяжність циклу Брікнера дорівнює трьом одинадцятирічним циклам сонячної активності, а віковий ритм — це мовби потроєний брікнерів цикл. Припускають, що така кратність є наслідком збігу в часі одразу кількох ритмів. Частіше, проте, в кліматі має місце неузгодженість і накладання одного на одного циклів, що мають різну тривалість. Це вносить значні зміни в процеси, які протікають у географічній оболонці, а це робить неможливим їх точний прогноз.

Завжди великий інтерес у вчених викликають дослідження коротких ритмів різних природних явищ і процесів, бо вони багаторазово повторюються за життя одного покоління людей. Найбільш важливими з них за своїми географічними наслідками є добові і річні періоди, пов'язанні з обертанням Землі навколо своєї осі та орбітальним рухом планети. Вони регулярно змінюють розподіл тепла в нижніх шарах атмосфери, впливають на фізичний стан земної поверхні, визначають загальні особливості зеленого дивосвіту планети.

Добова ритміка зумовлена зміною дня і ночі, вона викликає характерний хід температури, вологості, фотосинтез і т. д. Нагрівання гірських порід вдень і охолодження їх вночі створює ритм фізичного вивітрювання. Такий самий ритм властивий і процесам ґрунтоутворення. Бризи і гірсько-долинні вітри теж виникають під дією нагрівання й охолодження. З цієї ж причини відбувається і "дихання" поверхневих шарів суходолу і гідросфери. Життя рослин, тварин і людей також протікає в добовому ритмі.

Річна ритміка легко виявляється в сезонному ході метеорологічних елементів, гідрологічних явищ (повені і паводки, межень, льодостав і льодохід), ґрунтоутворювальних і екзогенних процесах, міграціях риб і перельотах птахів, у зимовій і літній сплячці деяких тварин, у зміні зовнішнього вигляду рослин і т. д.

Проте не слід розуміти ритмічність як просту повторюваність кожного наступного явища без його змін. Уже античним вченим була відома істина, що в одну і ту саму річку не можна увійти двічі: в добовому ритмі сьогоднішній день не є простим повторенням учорашнього, а має у собі щораз щось нове. Те саме стосується й річних ритмів. Навесні, влітку, восени, взимку кожного року повторюються ті самі сезонні процеси, але тільки в загальних рисах. За цей час відбувається оновлення зеленого вбрання природи, підростають дерева, утворюються нові нашарування на дні водойм тощо. У багатолітніх, вікових і багатовікових ритмах, які виявляються в коливанні клімату, в коливальних рухах земної кори, трансгресії та регресії моря тощо, кожне наступне явище зумовлює постійне поступальне нагромадження прогресивних змін від простого до складного, від нижчого до вищого, від старого до нового. Проте поступальність розвитку не означає лише плавність цього процесу. В ньому є як тривалі еволюційні так і короткочасні революційні періоди різних стрибків, коли кількість переходить у нову якість. Вони разом і являють собою розвиток матеріального світу (природи) як одну з форм його існування.

Легко помітити, що ритми різної тривалості процесів і явищ у природі накладаються один на одного, внаслідок чого змінюється характер їх перебігу. Саме тому ритмічність розвитку природи як один з важливих географічних законів ще недостатньо вивчено. А пізнання цього закону відкрило б можливості для передбачення ходу географічних процесів на тривалий час. Значення його для науки і практики величезне.

Контрольні запитання і завдання

1. Який сучасний хімічний склад повітря? Як він змінювався з розвитком Землі?

2. Яка вертикальна структура атмосфери? За якими ознаками поділяють повітряну оболонку на різні висотні сфери?

3. У чому полягає суть адіабатичних процесів нагрівання й охолодження повітря?

4. Яке повітря при піднятті вверх швидше охолоджується — сухе чи вологе?

5. Яка середня величина альбедо Землі?

6. Які причини визначають нерівномірний розподіл атмосферного тиску на земній поверхні?

7. Які причини викликають утворення повітряних мас і фронтів у тропосфері?

8. Які основні напрями переміщення повітряних мас в атмосфері?

9. Чому виникають місцеві циркуляції повітря?

10. Чи має місце зональність у розподілі опадів?

11. Де на земній кулі випадає найбільша середньорічна кількість опадів? А в Україні?

12. Визначте температуру повітря на висоті 3 км, коли на рівні моря у цій місцевості температура повітря досягає +24 °С.

13. Що називають мусонами?

14. Що називають пасатами?

15. Що таке антициклон?

16. Що називають температурною інверсією?

17. Що таке атмосферний фронт?

18. Дайте визначення атмосфери. Яка її верхня межа?

19. Що таке бризи і яка головна причина їх виникнення?

20. Які основні причини випадання атмосферних опадів?

21. Чому в районі екватора постійно знаходиться область низького тиску?

22. Назвіть типи повітряних мас. Дайте їм коротку характеристику.

23. Від чого залежить рівень сонячної радіації?

24. Які причини утворення циклону?

25. Які фактори визначають клімат України?

26. Які типи клімату характерні для території України?

27. Намалюйте схему розподілу тиску на поверхні Землі. Поясніть фактори, які визначають загальні закономірності його розподілу.

28. Які причини ритмічних змін клімату?