Климат последнего ледникового периода и голоцена

Для лучшего понимания истории современного климата и оценки возможных состояний климатической системы в ближайшем будущем наибольший интерес представляет климат последнего ледникового периода и голоцена. Связано это по крайней мере с тремя соображениями. Во‑первых, во многих научных исследованиях высказываются опасения, что в отдаленном будущем возможно наступление очередного ледникового периода.

Выше мы отмечали, что чередование ледниковых‑межледниковых периодов в значительной мере объясняется изменением параметров земной орбиты. Их экстраполяция указывает на медленную тенденцию к похолоданию. Деятельность человека, по‑видимому, внесет серьезные коррективы в ход естественных процессов. Однако при рассмотрении всех вариантов изменения климата вероятность наступления новой ледниковой эпохи исключить нельзя.

Второе соображение основывается на том, что потепления или похолодания в будущем могут иметь черты, присущие отдельным периодам эпохи голоцена. Дело в том, что примерно за последние 10 тыс. лет климат Земли неоднократно менялся. Так, после окончания ледникового периода началось быстрое потепление климата. Примерно 7–8 тыс. лет назад климат был теплее, а некоторые субтропические и теплые умеренные пояса влажнее, чем сейчас. Это привело к развитию культуры Северной Африки, Среднего Востока и долины Инда. Скотоводство, охота и земледелие развивались в местах, которые когда‑то были пустынями и засушливы теперь.

Около 4 тыс. лет назад в северном полушарии началось похолодание. Климат высоких широт стал более суровым, многие субтропические области превратились в пустыни. Это привело к исчезновению многих культур, в частности в Сахаре, Аравии, Раджахстане, в долине Инда. Ряд цивилизаций переместились на возвышенности и в долины рек Тигра, Евфрата и др. В последнее тысячелетие климат стал более или менее устойчивым, но в VIII–XII вв. отмечалось потепление, в XIV–XIX вв. – похолодание, а в начале XX в. климат вновь потеплел.

Третьим соображением является то, что наука располагает более надежными данными о климате последних нескольких десятков тысяч лет, а для голоцена имеется даже ряд архивных и летописных источников. Палеоклиматические исследования в последние годы шли по пути использования косвенных данных для восстановления состояния поверхности суши, ее ландшафта, растительности, орографии, температуры поверхности океана. Эти показатели характеризуют такие параметры климатической системы, как альбедо поверхности, ее тепловые свойства, теплообмен атмосферы с подстилающей поверхностью суши и океана, уровень океана, положение ледников и др. С помощью математических моделей общей циркуляции атмосферы можно реконструировать режим климатической системы с учетом перечисленных и некоторых других внешних параметров климатической системы для различных месяцев.

Геологам, археологам, палеогеографам и другим специалистам удалось восстановить основные характеристики подстилающей поверхности ледникового периода (рис. 3). Рис. 4 иллюстрирует разность температур поверхности Мирового океана для августа в период последнего максимального оледенения, около 18 тыс. лет назад, и в современную эпоху. Как видно из рисунков, расхождения с современными условиями существенные. Уровень океана был примерно на 85 м ниже, чем теперь, температура океана в среднем на несколько градусов, а местами в Атлантике на 10° ниже, ряд континентов покрыт ледовым панцирем, альбедо поверхности также было иным. Камни, лед и песок занимали 40 млн. км² (в настоящее время – 24 млн. км²), тундра и альпийские сообщества – 20 млн. км² (в настоящее время – 8 млн. км²), пустыни и полупустыни – 12 млн. км² (в настоящее время – 18 млн. км²). Общая площадь под лесами, кустарниками, саванной и другими сообществами была такой же, как сейчас.

На основании этих данных были выполнены серии численных экспериментов с тремя типами моделей общей циркуляции атмосферы, разработанными в США. В первой серии экспериментов моделировался характер средних климатических условий на земном шаре для летнего вегетационного и зимнего периодов ледниковой эпохи. В результате оказалось, что для летнего периода средняя температура у поверхности была меньше на 5,3 в северном и 4,5° С в южном полушариях, чем теперь, облачность соответственно меньше на 2,9 и 2,2%, количество осадков меньше на 8,3 и 3,9 мм, среднее давление в северном полушарии было меньше на 8,7 мб, а в южном на такую же величину больше. Была ослаблена средняя зональная циркуляция в южном полушарии. Более подробные характеристики климата содержатся в табл. 1.

Рис. 3. Основные характеристики подстилающей поверхности ледникового периода (по В. Гейтсу и др., 1976) Изотермы – в °С, высоты – в м, положение ледников заштриховано

Рис. 4. Разность температур поверхности Мирового океана ледниковой и современной эпох (по В. Гейтсу в др., 1976).

Изотермы – в °С

Таблица 1. Осредненные характеристики климата ледниковой эпохи по данным численных экспериментов

Вторая серия экспериментов показала, что интенсивность циркуляции в июле и январе повышается. Оси циклонов смещаются к югу и проходят южнее Скандинавии в сторону Азии. Сильно сокращаются осадки летом, особенно над Южной и Восточной Азией, зимой они примерно такой же интенсивности, что и теперь, и лишь в северном полушарии их было немного меньше.

При моделировании климата ледниковой эпохи с помощью третьей модели оказалось, что в среднем на всем земном шаре осадков было на 10% меньше, чем теперь, над сушей – 31%, а над океаном лишь около 1%. Средняя температура у поверхности упала на 5,4° С, над сушей на 7,7°, а над океаном на 4,4°.

Повышение альбедо континентов во время ледникового периода за счет большой площади, покрытой льдом и растительностью, дало в модели более низкие температуры во всей тропосфере и более высокое давление у поверхности над континентами по сравнению с океанами.

Приведенные характеристики – результат реконструкции климата да базе теоретических моделей, которые в основном дают сходные оценки. Поэтому есть все основания предполагать, что реальные климатические условия ледникового периода в главных чертах вряд ли могли сильно отличаться от восстановленных. Будущие эксперименты с более сложными моделями уточнят эту картину.

Однако при всех обстоятельствах ясно, что наступление ледниковой эпохи привело бы к таким климатическим условиям, которые катастрофически повлияли бы на все стороны хозяйственной деятельности и на самого человека. Достаточно сказать, что среднему похолоданию на 1°С соответствует сокращение вегетационного периода порядка двух недель. Таким образом, среднее похолодание на 5,4° С (согласно моделям) привело бы к сокращению вегетационного периода почти на три месяца, что для многих районов мира равносильно его отсутствию.

Остановимся кратко на некоторых характеристиках климата голоцена. Наибольший интерес представляют теплые и холодные периоды этой эпохи. Мы уже отмечали, что в первые 7–8 тыс. лет происходило резкое потепление климата. Примерно 8 тыс. лет назад растаял скандинавский ледовый покров. Льды Североамериканского континента растаяли около 6,5 тыс. лет назад, а лабрадорский лед – еще позже, 4,5 тыс. лет назад.

К этому времени субарктические леса сместились к северу примерно на 300 км севернее их нынешней полярной границы. На несколько сот километров отступила к северу и вечная мерзлота в Восточной Сибири и Северной Америке. Почти везде, за исключением некоторых зон, климат был более влажным, чем сейчас. Примечательно, что влажный климат длительное время господствовал во всем засушливом поясе, простирающемся от Западной Африки до Раджахстана на северо‑западе Индии. Даже в засушливом центре Сахары годовое количество осадков составляло 250–400 мм (сейчас 6 мм/год). Уровень озера Чад на 40 м превышал современный, а само озеро достигало размеров Каспийского моря. Обширные пастбища использовались скотоводами‑кочевниками, интенсивно развивалось земледелие без орошения в районах Ближнего и Среднего Востока, включая северо‑запад Индии, т. е. в районах, которые ныне относятся к засушливым. Некоторые области в полосе 35–40° с. ш. в это время были более засушливыми (Калифорния, Невада, Иран, Южная Африка), и это сказывалось на развитии их экономики. Рис. 5 иллюстрирует климат этого наиболее теплого и благоприятного периода голоцена, получившего название климатического оптимума.

Примерно 4 тыс. лет назад во многих районах земного шара климат заметно похолодал и стал суше. На рис. 6 приведен график, характеризующий среднее количество осадков в Раджахстане за последние 11 тыс. лет. Эти данные восстановлены по уровням озер и другим косвенным данным. На графике видно, что примерно 3,7 тыс. лет назад количество осадков за очень короткий период уменьшилось в три с лишним раза (до 200 мм), что привело к упадку экономики района.

Предполагают, что подобные климатические катастрофы были вызваны человеческой деятельностью. Ниже мы вернемся к вопросу формирования засушливых условий при оценке факторов антропогенного происхождения, влияющих на климат. Следует, однако, учитывать, что региональные особенности изменения климата наблюдались всегда. И, по‑видимому, никогда изменения климата не были одинаковыми во всех районах земного шара для данного периода. Такая ситуация имеет место и сейчас. Поэтому представления о глобальном потеплении или глобальном похолодании вовсе не означают повсеместного повышения или понижения температуры, а характеризуют осредненную картину.

Дело в том, что климатические изменения всегда сопровождаются изменением циркуляционного режима атмосферы. В результате потеплению или увлажнению климата в одних районах сопутствует похолодание или сухость климата в других. Так, среднегодовая температура за первые 2 тыс. лет из последних 5 тыс. в Китае была на 2° выше, чем теперь. В других районах земного шара отмечалось заметное похолодание климата. Последние 3 тыс. лет в Китае температура колебалась в пределах 2–3° С. Минимум температуры отмечался в 1000, 400 гг. до н. э. и 1200 г. н. э. Климат был довольно теплым в 206 г. до н. э. – 220 г. н. э. и в 618–907 гг. н. э.

Рис. 5. Характеристика климата в период климатического оптимума около 8 тыс. лет назад (по В. Келлогу, 1977).

В – климат более влажный, чем современный; С – климат более сухой, чем современный

Рис. 6. Среднее количество осадков в Раджахстане (Индия) за последние 11 тыс. лет.

1 – годовое; 2 – в период летнего муссона; 3 – в сухой период

По данным японского метеоролога Аракавы, лето 1180 г. принесло неслыханную засуху в Западной Японии. В то же время в восточной части Японии был обильный урожай. Такие условия могли складываться только в результате циркуляционных процессов, влияющих на формирование климатических аномалий.

Более четкое представление о колебаниях климата мы получаем по мере приближения к современным условиям, когда данных становится больше.