Изменение средней температуры воздуха в прошлом по сравнению с современной эпохой (по М.И. Будыко и др., 1985)

Интервал времени	Возраст, млн. лет	ДТ° С
	Кайнозой
Плиоцен	2-9	3,4
Миоцен	9-25	6,4
Олигоцен	25 - 37	2,8
Эоцен	37 - 58	8,5
Палеоцен	58 - 67	6,7
	Мезозой
П. мел	67 - 101	10,4
Р. мел	101 - 133	9,2
П. юра	133 - 153	10,9
С. юра	153 - 168	9,3
Р. юра	168 - 196	7,7
П. триас	196 - 211	7Д
С. триас	211 - 221	8,7
Р. триас	221 - 236	6,2
	Палеозой
П. пермь	236 - 257	6,2
Р. пермь	257 - 282	8,0
С. -П. карбон	282 - 322	5,0
Р. карбон	322 - 346	11,0
П. девон	346 - 362	8,3
С. девон	362 - 378	6,6
Р. девон	378 - 402	5,1
Силур	402 - 435	4,7
Ордовик	435 - 490	6,9
П. кембрий	490 - 520	2,3
С. кембрий	520 - 545	3,9
Р. кембрий	545 - 570	2,9

Примечание: ΔТ°С - величина изменения средней глобальной температуры воздуха по сравнению с современной эпохой.

Принимая во внимание, что в современную эпоху средняя температура нижнего слоя воздуха равна 15°С, по данным таблицы, можно определить температуры для каждой геологической эпохи. Видно, что на протяжении фанерозоя (до плиоцена включительно) средняя температура воздуха была выше современной на 2,8 -11,0°С, т.е. соответствовала 18 - 26° С. В конце фанерозоя (олигоцен, плиоцен - плейстоцен) отмечались заметные понижения температуры воздуха.

В истории климатов Земли существенным было чередование теплых и холодных периодов. Причем холодные (ледниковые) периоды были относительно непродолжительными и разделялись длительными теплыми. Следует отметить, что ледниковые периоды были характерны и для более ранних этапов истории нашей планеты. Так, доказательством древних материковых оледенений служат в основном обнаруженные уплотненные и сцементированные древние морены (так называемые «тиллиты»). В истории Земли можно выделить следующие ледниковые эры: раннепротерозойскую (2500 - 2000 млн. лет назад), позднепротерозойскую (900 - 630 млн. лет назад), палеозойскую (460 - 230 млн. лет назад), которые в свою очередь еще подразделяются на ледниковые периоды и эпохи.

В позднем протерозое был широко распространен Лапландский ледниковый покров (670 - 630 млн. лет назад) в Европе, Азии, Западной Африке и в Австралии. Ледниковые щиты (при средней мощности до 2500 м) только в Восточной Европе и Западной Африке занимали площади не менее 4 - 7 млн. км². В палеозойской эре особый интерес для рассмотрения представляет ледниковый период (поздний ордовик ранний силур), причем тиллиты этого времени (460 - 420 млн. лет назад) имели широкое распространение в Африке, Южной Америке, в восточной части Северной Америки и в Западной Европе. По расчетам Э.Д. Ершова (1996), общая площадь территории, покрытой в позднем ордовике материковым оледенением, составляла примерно 23,6 млн. км², а в раннем силуре - 13,7 млн. км². На территории всей Африки и Южной Америки формировались гляциальные и перигляциальные условия. Мощность сахарского ледникового покрова составляла около 3000 м.

Схема климатов геологического прошлого была разработана Ч. Бруксом (1952), П.П. Предтечейским (1948), Н.М. Страховым (1963) и др. Теплые и холодные периоды характеризуются своеобразными особенностями климатических условий.

Теплые периоды (ранний карбон, поздняя юра, поздний мел, эоцен) отличались такими признаками: средняя температура воздуха была сравнительно высока, выражены не все современные климатические зоны (выпадали обе полярные ледяные зоны), зоны широкие и переходы между ними постепенные, причем общая дифференциация климатических зон выражена весьма мало.

Холодные периоды (ордовик-силур, поздний карбон-пермь, неоген, плейстоцен) характеризовались тем, что средняя температура воздуха была значительно ниже, чем в теплые периоды, выражены все климатические зоны, границы между зонами довольно резкие.

На рис. 50 показана климатическая зональность некоторых прошлых геологических периодов (по П. Предтеченскому). Основные климатические зоны Земли с их различными циркуляционными процессами таковы:

1. экваториально-тропическая зона - самая обширная, воспринимающая основную долю солнечной радиации, достигающей земной поверхности, главная по энергетическим ресурсам атмосферной циркуляции.

2. зоны притропических максимумов давления, где экваториальный воздух опускается и растекается к северу и югу, в зоны умеренных широт.

3. зоны полярные - где воздух, принесенный меридиональными токами с юга, охлаждается, опускается и растекается в сторону умеренных широт. Полярные зоны могут быть холодными ледяными, или относительно теплыми, лишенными льда.

Особенно резко климатическая зональность выражается при сравнении теплых периодов (поздний мел) и холодных (плейстоцен) по количеству и расположению климатических зон в геологическом прошлом.

Расчеты по теории климата показывают, что во время теплых периодов фанерозоя температура воздуха в тропических широтах повышалась сравнительно не намного, тогда как в средних и особенно в высоких широтах она была гораздо выше современной. В эти периоды при увеличении притока солнечной радиации значительно возрастала энергия атмосферных процессов, что интенсифицировало меридиональный перенос воздушных масс. В результате климат полярных зон обычно был сравнительно теплым, что исключало существование полярных льдов. Это подтверждается и палеогеографическими данными: наличие фаций-индикаторов теплого климата (бокситы, железные руды, писчий мел, углеобразование), причем формирование угля происходило даже на арктических островах и архипелагах; в позднем мелу в высоких широтах северного полушария произрастали лесные формации с вечнозелеными растениями и т.д.

Рис. 50. Климатическая зональность прошлых геологических эпох (по П.П. Предтеченскому). а - климаты перми; 6 - климаты мела и палеоцена; в - климаты эоцена и олигоцена; г - климаты ледниковой эпохи (четвертичный период). Климатические зоны: 1 - экваториально-тропическая; 2 - зона притропического максимума давления; 3 - зона умеренных широт; 4 - теплая полярная зона; 5 - холодная полярная зона.

Американский палеоклиматолог С. Шнайдер (1987) провел моделирование климата меловой эпохи с помощью ЭВМ. Так, в середине этого периода (около 100 млн. лет тому назад) широколиственные тропические леса были широко распространены в умеренных широтах. В Антарктиде отсутствовал ледниковый покров. Уровень океана был на сотни метров выше современного. Во внутренних областях даже зимой температура воздуха не опускалась ниже 0°С. Расчетная температура тропических вод составляла около 25 -30°С. Согласно этой модели наличие теплового климата в меловом периоде определялось повышенным содержанием углекислого газа в атмосфере и эффективностью переноса тепла морскими течениями. По данным С.А. Ушакова и Н.А. Ясаманова (1984) палеотемпературы позднего мела на основе изотопных исследований составляли для Западной Европы 18 -25°С, Крыма и Северного Кавказа - 18-22°С, Закавказья - 22-27°С.

В холодные периоды атмосферная циркуляция носила противоположный характер. Солнечная активность ослабевала, и соответственно уменьшался меридиональный перенос воздушных масс. Экваториально-тропическая зона сужалась, появлялись холодные полярные (ледяные) зоны, причем границы между климатическими зонами становились резкими, и возрастала дифференциация климатических условий. Все это и способствовало в прошлом возникновению на материках ледниковых покровов.

Особенного внимания заслуживает ледниковый период (поздний карбон-пермь), когда на значительных пространствах Суперконтинента Гондваны существовали ледниковые и перигляциальные условия. В Центральной Африке о наличии мощного ледникового покрова в этот период свидетельствуют обнаруженные моренные отложения (тиллиты) в Замбии, Зимбабве, Конго и Танзании. Центр так называемого «гондванского» оледенения (мощность ледникового покрова достигала 4 - 4,5 км) располагался в Центральной Африке (около Замбези), откуда ледники радиально распространялись на Мадагаскар, в Южную Африку и Южную Америку. В южном полушарии в конце карбона ранней перми произошло общее воздымание Гондваны и покровное оледенение распространилось на большую часть этого суперконтинента. Вероятно, области оледенения Гондваны занимали площадь не менее 35 млн. км (возможно, и до 50 млн. км², что в 2 - 3 раза превышает площадь современной Антарктиды (Ершов, 1996). Все это в конечном счете привело к сильному выхолаживанию континентальной части Гондваны и к резкому понижению температуры воздуха в низких широтах. В северном полушарии верхнепалеозойские ледниково-морские отложения обнаружены на крайнем северо-востоке России.

Четвертичному периоду предшествовала длительная эволюция климата в сторону понижения температуры воздуха на протяжении кайнозоя, но особенно это проявилось в олигоцене. В северном полушарии средние температуры воздуха в середине эоцена составляли 22 - 25°С, а во второй половине олигоцена они снизились до 15 - 18°С. Более интенсивно в этот период понижались температуры воздуха и поверхностных вод океана в южном полушарии, что не могло не вызвать появления льдов в приполярных областях. Имеются материалы, свидетельствующие о развитии оледенения в отдельных районах Антарктиды именно в олигоцене, а настоящий ледниковый покров образовался на данном материке в начале миоцена (20 - 25 млн. лет назад).

Распространение ледникового покрова на территории Антарктиды площадью 13 млн. км² (с учетом альбедо ледяной поверхности) привело к значительному понижению средних температур воздуха на всем земном шаре и тем самым способствовало распространению оледенения в северном полушарии. По данным М.И. Будыко (1984), возникновение полярных ледниковых покровов резко повысило чувствительность термического режима нашей планеты к малым изменениям климатообразующих факторов. Астрономические факторы начали оказывать значительное влияние на климат четвертичного периода только после появления крупных полярных оледенений. Особенно детально изучены климаты плейстоцена и голоцена.

КЛИМАТЫ ПЛЕЙСТОЦЕНА И ГОЛОЦЕНА

Изучение климатов прошлого, особенно последних этапов эволюции Земли (плейстоцен), представляет значительный практический интерес. Это позволяет оценить не только некоторые параметры современного климата, но и провести долгосрочные прогнозы изменения климата и природных ландшафтов в будущем. Четвертичный период имеет ряд названий (ледниковый, антропоген, плейстоцен), однако чаще употребляется термин «плейстоцен» (от греч. «самый новый»), предложенный Ч. Ляйелем (1839) для обозначения новейшего геологического периода (продолжительностью примерно в 1,5 - 2,0 млн. лет). Стратиграфическая схема четвертичного периода (плейстоцена) приведена в таблице 35.

Таблица 35

Стратиграфическая схема четвертичного периода (плейстоцена)

Подразделение	Оледенение	Межледниковье
Голоцен (Q4)	Голоцен (послеледниковое время)
Верхний плейстоцен (Q3)	осташковское	Валдай ское
	мологошекснинское
калининское
	микулинское (мгинское)
Средний плейстоцен (Q2)	московское
	одинцовское
днепровское
Нижний		лихвинское
плейстоцен (Q1)	окское	беловежское

Как видно из табл. 35, наиболее характерной чертой плейстоцена было неоднократное чередование ледниковых и межледниковых эпох. Плейстоцен считают временем максимального распространения континентальных обстановок. В течение плиоцена и плейстоцена средняя высота материков возросла на 500 м (в настоящее время составляет 875 м). Так, в среднем понижение температуры составляет 0,6°С на 100 м увеличения высоты, значит такое возрастание средней высоты суши могло вызвать охлаждение земной поверхности на 3°С. Отдельные районы горных областей, поднявшиеся в плейстоцене на тысячи метров (Кавказ - 2 - 3 км, Гималаи - 2,5 км и др.), охлаждались еще сильнее. Затем похолодание во многом было усилено охлаждающим воздействием самих ледниковых покровов, занимающих значительные площади суши.

В эпохи оледенений (окское, днепровское, московское, валдайское) значительные пространства Евразии и Северной Америки покрывались ледниковыми покровами (соответственно 25% и 60% площади материков). В период максимума четвертичного оледене­ния площадь ледников составляла более 45 млн. км² или 30% площади суши (современное около 11%). Объемы льда ледниковых щитов Северной Америки достигали около 24 млн. км, а Европейского ледникового покрова 7,7 млн. км³, т.е. их объемы соотно­сились как 3:1. Такие огромные массы льда привели к снижению в северном полушарии температуры воздуха намного ниже современных значений, в частности в Западной Европе на 9 - 12°С, на востоке Северной Америки на 10 - 14°С, а среднеглобальной температуры приземного слоя воздуха на 5 - 6°С ниже современной.

В межледниковые эпохи (лихвинская, одинцовская, микулинская) климат становился более теплым и влажным, а термические максимумы среднегодовой температуры бывали даже на 2 - 3°С выше современных значений. Результаты палеоботанических исследований межледниковых отложений Русской равнины свидетельствуют о том, что в эти эпохи широкое распространение получали лесные формации с преобладанием широколиственных пород (вяза, липы, граба, бука, дуба и др.).

На рис. 51 показаны географические пояса ледникового времени (плейстоцена) и современного периода. Стрелки изображают направление и величину смещения границ, а значит, тенденции изменения природных условий в различных регионах Земли (от конца максимального оледенения до современности). Видно, что в северном полушарии в период максимального похолодания в плейстоцене значительные площади покрывали ледники. Здесь господствовал холодный и сухой континентальный климат, причем в перигляциальной зоне обширные пространства занимали своеобразные ландшафты (тундростепи). Изменения природы умеренного пояса были настолько глубоки, что приводило к резкому уменьшению его площади, в приатлантическом районе на его месте располагался приледниковый (перигляциальный) пояс (Марков, Добродеев и др., 1978). Однако на большей части земной поверхности, за исключением северных районов Евразии и Северной Америки, древняя структура географических поясов сохранялась. Происходили всего лишь смещение географических поясов и изменения внутри их границ. Похо­лодание северного полушария было настолько сильным, что даже приэкваториальные пояса южного полушария сместились к югу (как в северном полушарии), а не к северу.

После максимального похолодания плейстоцена началось в связи с потеплением климата смещение географических поясов в обратном направлении от экватора к полюсам. На рис. 51 показаны величины повышения температуры воздуха в отдельных регионах Земли в данный период, в частности на территории Западной Европы и Южной Америки -на 12°С, на юго-востоке Северной Америки - на 13°С и т.д. Фиксировалось расширение теплого тропико - экваториального пространства и некоторое сокращение площадей холодного внетропического пространства.

Таким образом, в плейстоцене ритмические изменения климата в свою очередь приводили к изменениям типов природных ландшафтов, особенно в высоких широтах. На основе палеоботанических исследований, установлено, что в Европе ритмические изменения природы проходили по такой схеме: ледяная зона - зона широколиственных пород - ледяная зона (смещение зональных границ составляло около 2500 км к югу и северу). В Западной Сибири, которая в плейстоцене покрывалась ледниками, ритмичность изменений природы была более значительной, чем в Восточной, но меньше, чем в Европе. Она проходила по схеме: ледяная зона - зона тайги - ледяная зона. Ритмические явления охватывали и более южные районы (современные субтропическую и тропическую зоны) северного полушария. Здесь отмечалось чередование плювиальных (соответствуют оледенениям высоких широт) и ксеротермических периодов. Смена влажных и сухих периодов происходила так: умеренная зона - субтропическая зона - умеренная зона. Смещение зональных границ происходило на 1500 - 2000 км. Такой резкой ритмичности природных явлений (климата, ландшафтов), как в четвертичном периоде (плейстоцене), не отмечалось в предшествующее геологическое время (палеоген, неоген).

После эпохи максимального похолодания и постепенной деградации последних валдайских ледников наступило послеледниковое время - голоцен (12 тыс. лет

Рис. 51. Природные условия Земли в эпоху максимального похолодания плейстоцена (по К.К. Маркову и др., 1978). 1 - современный экватор; 2 - экватор в плейстоцене; 3 - современные границы ТЭ-П; 4 - границы ТЭ-П в плейстоцене; 5 - древние растаявшие ледниковые покровы; 6. - области древних ледниковых покровов (Гр - Гренландский, Ск - Скандинавский, Бр - Британский, Л - Лаврентьевский и др.); 7 - древние сохранившиеся ледниковые щиты; 8 - смещение границ; 9 - тропико-экваториальное пространство (ТЭ-П), Северное внетропическое пространство (СВ-П), южное - (ЮВ-П); 10 - величина потепления; 11 - области разрушения древних географических поясов.

назад). С окончанием последнего оледенения произошла значительная перестройка глобальных процессов циркуляции атмосферы. Начала преобладать зональная система циркуляции атмосферы, вызывающая увеличение циклонической деятельности и увлажненности климата. На протяжении голоцена (как и в плейстоцене) отмечалось чередование теплых и холодных эпох с различной степенью увлажнения климата. Характеристика отдельных климатических этапов голоцена представлена в табл. 36. За основу принята схема Блитта-Сернандера, которая наглядно отражает хронологию глобальных климатических изменений.

Таблица 36