Колебания среднегодовой температуры (шкала слева), извлеченные из колебаний содержания кислорода-18 (шкала справа), за последние пять миллионов лет. Нынешняя эпоха соответствует отметке «0» на горизонтальной шкале. Примерно 2,5–3 млн лет назад запустилась циклическая смена оледенений и межледниковий, а миллион лет назад эти колебания стали еще более выраженными и долгопериодическими. Изображение с сайта en.wikipedia.org
А теперь вернемся из глубокого космоса на Землю. Кроме привычных для нас причуд погоды и смены сезонов, на Земле протекают и медленные, но очень существенные изменения — климатические и тектонические.
Климат — это, условно говоря, усредненная по многим годам погода в данной местности. Он не постоянен, а изменяется на масштабе тысячелетий. Здесь есть три важных климатических масштаба времен, разнесенные друг от друга примерно на порядок.
- Эпоха современного климата, голоцен, наступила примерно 12 тысяч лет назад, когда завершился последний ледниковый период, растаяли мощные ледниковые щиты Северного полушария, и температуры повсеместно поднялись на несколько градусов.
- До этого на значительной части суши регулярно появлялись и таяли массивные ледниковые щиты наподобие сегодняшнего антарктического; типичный период чередования оледенений и межледниковых периодов — 40-100 тысяч лет.
- И наконец, этот «танец ледников» тоже начался не так давно, примерно 2,5 млн лет назад, в самом начале геологической эпохи, которую называют плейстоцен. Что именно вызвало к жизни эти циклы оледенений и почему в середине этой эпохи период колебаний вдруг сбился с 40 тысяч на 100 тысяч лет — вопросы, в которых до сих пор остается много неясного.
Откуда взялись эти климатические циклы? Кто толкает земную температуру то вверх, то вниз на десяток градусов? Вообще, климат на Земле — это результат сложного переплетения самых разных факторов. Согревает планету солнечный свет: поверхность поглощает его, нагревается и затем переизлучает обратно в космос в виде теплового излучения. Доля поглощенного света зависит от белизны поверхности: чем она темнее, тем больше света поглощается. Дополнительно подправляет температуру и текущий состав атмосферы: водяной пар, углекислый газ и прочие добавки удерживают часть тепла Земли и возвращают его обратно. Этот парниковый эффект может повышать температуру планеты на десятки градусов, но его сила резко меняется даже при небольшом изменении концентрации парниковых газов.
Самое хитрое, что многие факторы, влияющие на климат, усиливают друг друга, образуя петли положительной обратной связи. Стало падать чуть меньше света — температура слегка упала. Как следствие, в атмосфере понизилась концентрация водяного пара, парниковый эффект ослаб, и больше тепла стало уходить в космос. Снег выпал на большой территории, он стал отражать больше солнечного света, и значит, Земля стала нагреваться чуть меньше, и ее температура падает еще ниже. Именно из-за таких запутанных петель обратной связи глобальный климат столь сложен для анализа.
Солнечный поток, падающий на Землю, менялся за последний миллион лет из-за прецессии Земли (красный), изменения угла ее наклона к плоскости эклиптики (зеленый) и из-за колебаний эксцентриситета (синий график). Все вместе они создали колебания солнечного потока, показанные желтым цветом. Циклические оледенения выглядят как отклик земного климата на эти колебания. Изображение с сайта Global Warming Art
Эти рассуждения объясняют, почему отклик климата может стать сильным и резким в ответ на небольшие изменения. Но откуда всё-таки взялся период оледенений в 100 тыс. лет? Заметьте, это число — того же порядка, что и характерные времена изменений земной орбиты, про которые мы говорили на предыдущих страничках, а также периоды колебаний земной оси. Эти внешние, чисто астрономические причины, приводят к периодическим изменениям потока солнечного света, попадающего на Землю в разных географических широтах (эти колебания называются циклами Миланковича). Именно они задают тот темп, на который — после усиления петлями обратной связи — откликается земной климат.
И напоследок, чтобы не возникло недопонимания, подчеркнем: глобальные климатические изменения последних десятилетий списать на эти астрономические причины нельзя — здесь совсем не те масштабы скорости климатических изменений!
Тектоническая жизнь Земли Межгалактические отношения