Климаты близкого прошлого (20 000-100 лет назад)Может ли человек изменить климатПросмотров: 25691Комментарии: 020 декабря 2010 г.
К середине среднего голоцена широколиственные породы на территории Подмосковья достигли своего максимального распространения и обилия. Это было время голоценового «климатического оптимума». Климат характеризовался не только более высокой температурой, но и большей влажностью. Палеоклиматология, в последние десятилетия получила могучие средства исследования — споровопыльцевой анализ и радиоуглеродный метод датировки. Первый позволяет надежно определять состав и экологические условия растительных сообществ минувших эпох, второй с достаточной точностью — датировать в абсолютном исчислении время этих эпох.
Применение новых средств исследований в послойном изучении континентальных отложений последних 20 000 лет открыло необычайно широкий и яркий спектр климатических изменений. Результаты этих исследований особенно ценны, так как они касаются времени, максимально близкого к нашему. Рассмотрим изменения климата по следующим важнейшим этапам. 20 000 лет назад в Северном полушарии было сосредоточено 67% площади континентальных ледников земного шара. В наши дни — всего 16% (табл. 1). В то время европейский ледниковый покров занимал всю Скандинавию, Финляндию, Балтийское море, включая пролив Скагеррак.
Его южный край перекрывал территорию Берлина, Плоцка (Польша) и близко подходил к Орше, Смоленску, Ржеву, Рыбинскому водохранилищу. Еще более обширным был Северо-Американский ледник. Он покрывал всю северную часть континента. Его южный край приближался почти вплотную к территории городов Цинциннати, Питтсбурга и Нью-Йорка. За истекшие 20 000 лет площадь всех континентальных ледников в Северном полушарии сократилась на 24,5 млн. кв км, т.е. на 91% Из оставшихся 2,3 млн. кв км лишь один Гренландский ледник занимает почти 1,8 млн. кв км . Современный объем континентальных льдов оценивается от 24—27 млн. куб км. Если бы они полностью растаяли, уровень Мирового океана мог бы подняться по формальным расчетам на 65—70 м. Объем континентальных льдов в период максимума оледенения возрастал на 16 млн. куб км, что понизило уровень океана на 45 м. Так как масса ледника Антарктиды реагирует на изменения климата крайне медленно (см. табл. 1), то мы вправе считать, что прирост льда шел главным образом на формирование континентальных ледников в Северном полушарии. В соответствии с этим средняя мощность ледяного покрова составляла 650 м.
Максимальная мощность была примерно та же и в тех же областях, что и в период днепровского оледенения. На периферии мощность уменьшалась до нескольких десятков метров, а то и просто сходила на нет. В центральной области оледенения температура льда, как показывают наши расчеты, была примерно —10° С, т. е. намного выше температуры льда Гренландии, которая равна —28°, а тем более Антарктиды с ее —50, -60. Столь высокая температура льда Центральной области имела существенное значение. Он как более теплый, естественно, реагировал на потепления и похолодания быстрее, чем ледяные щиты Гренландии и Антарктиды. Понижение уровня Мирового океана на 45 м вследствие увеличения материковых льдов вызвало осушение значительной части континентальных шельфов. Проливы Беринга, Чирикова, Шпанберга становились столь мелководными, что водообмен Полярного бассейна с Тихим океаном практически прекращался, а с ним прекращалась морская адвекция тепла из Тихого океана в Арктический бассейн. 18 000 лет назад началось потепление и связанное с ним отступание ледниковых покровов. Отступание не было монотонным. Оно прерывалось остановками в периоды спада потепления и надвигами на ранее освобожденные территории при похолодании (рис. 6).
Каковы же причины столь глубоких и относительно быстрых перемен в континентальных ледниковых покровах? Оказывается, достаточно незначительных, но устойчивых изменений в тепловом балансе поверхностного слоя океана, чтобы существенно повлиять на природные процессы. Это хорошо видно на примере с морскими льдами. Английский климатолог Ч. Брукс считает, что повышение температуры на поверхности Земли всего лишь на 1° С оказалось бы достаточным, чтобы привести весь ледяной покров Полярного бассейна в неустойчивое состояние. Тепловые процессы особенно эффективны на границе таяния и замерзания воды. Фазовые преобразования (вода, снег, лед) в пределах одного градуса сопровождаются крупными изменениями в поглощении солнечной радиации морской поверхностью. Подсчитано, что в результате уничтожения морских льдов на единице площади Полярного бассейна тепла солнечной радиации поглощается в восемь раз больше, чем это требуется для уменьшения мощности материковых льдов со скоростью 0,5 м в год.
За последние 18 000 лет особенно значительным было потепление в среднем голоцене. Оно охватывало время с 9000 до 2500 лет назад с кульминацией в период 6000— 4000 лет назад, т.е. тогда, когда в Египте уже возводились первые пирамиды. Следует заметить, что время восходящей ветви потепления датируется по-разному: по Гроссу до 7500 лет назад, после чего началась фаза кульминации, продолжавшаяся до 4500 лет назад, а по данным М. А. Лавровой — до 6000 лет назад, вслед зачем следовала фаза наиболее пышного расцвета морской жизни, продолжавшаяся до 4000 лет назад (рис. 7). Наиболее волнующие вопросы рассматриваемого этапа — был ли Арктический бассейн безледным в период кульминации оптимума и какова была в связи с этим реакция климатических условий на континентах. Многие ученые считают, что в период климатического оптимума Арктический бассейн был свободен от льда. Ч. Брукс свое утверждение о безледности Арктического бассейна обосновывает тем, что на Шпицбергене отсутствовали льды, была относительно богатая флора и обитали тепловодные моллюски, а также тем, что температура открытого Арктического бассейна и его побережий была выше современной. Повышение же температуры поверхностных вод и приземного слоя воздуха на 2—2,5° (что вполне достаточно для полной ликвидации дрейфующих льдов Полярного бассейна) хорошо доказано рядом независимых друг от друга исследований, проведенных по разной методике.
Вечная мерзлота на континентах, циркумполярно охватывающая Арктический бассейн, в период его потепления сильно деградировала. Так, на севере и северо-западе Сибири глубина протаивания достигала 200—300 м. Горные ледники значительно сокращались, а в ряде мест и вовсе исчезали. Как же отреагировал климат на исчезновение льдов в Арктическом бассейне? Растительные зоны циркумполярно продвинулись в сторону полюса. На евразийском континенте смещение достигало 4—5° широты на западе и 1—2° на востоке. Отдельные растительные полосы передвинули свои северные границы на 1000 км. Леса вплотную подходили к побережью Баренцевого моря, причем дуб, липа, орешник добрались до берегов Белого моря. Имеются данные, позволяющие считать, что на европейском материке зона тундр и лесотундр исчезала полностью. В северной части Азии остатки древесной растительности были обнаружены всего в 80 км от мыса Челюскин, на Новой Земле найдены торфяники.
На Украине в условиях благоприятного, более влажного, чем теперь, климата впервые развивалось земледелие. Установлено, что Среднее Приднепровье сплошь покрылось лесом. Леса по долинам рек спускались до Черного, Азовского и Каспийского морей, причем на пространстве от Саратова до низовий Поволжья довольно густо распространились широколиственные породы. О благоприятных климатических условиях говорит также наличие у трипольских и нижнедунайских племен всех известных ныне основных зерновых культур, крупного и мелкого рогатого скота. Ряд зарубежных исследователей — У. Фицджеральд, О. Бернар, Ф. Моретт, Р. Капо-Рей, Р. В. Фейербридж и др. — единодушно отмечают, что на гидрографии и растительности Сахары лежат явные отпечатки непостоянства климата. Везде видны безжизненные вади, высохшие озера, где, очевидно, совсем недавно была вода. Поразительный контраст между руинами поселений в Северной Африке и голым пейзажем, окружающим их ныне, говорит о недавней смене увлажнения. Интересен тот факт, что в кайнозое наибольшей аридности и наибольшего распространения Сахара достигла именно в четвертичное время — в период наибольшего охлаждения нашей планеты, в том числе северных полярных широт.
Даже в позднеледниковое время, вследствие преобладания северо-восточных ветров, верховья Нила получали мало воды с Абиссинского плато. Нил не достигал Средиземного моря, как в наши дни река Эмба не достигает Каспия в засушливые сезоны. «Нынешний гидрографический режим Северо-Восточной Африки, — утверждает Фицджеральд, — возник не ранее конца последнего оледенения Северной Европы, вероятно, около 12 000 лет до н.э.», т.е. не ранее исчезновения основных масс льда в северо-западной части Европы, падения ледовитости в Северном Ледовитом океане и повышения температуры поверхностных вод Северной Атлантики. В период V—III тыс. до н.э. в различных пунктах Сахары, Аравийских и Нубийских пустынь отмечался значительно более влажный климат. Более широким было распространение человека и животных. Слон, гиппопотам и носорог исчезли в Сахаре в конце третьего тысячелетия до н.э. Дальнейшее иссушение Сахары повлекло за собой уход из нее кочевых племен.
Известный полярник В. Ю. Визе установил связь между снижением ледовитости Арктики и ростом уровня озер Африки, в том числе и озера Виктория, истока Нила. Связь настолько устойчива, что позволила автору сделать весьма любопытный вывод — человек, следящий за уровнем озер, может судить о состоянии льдов в Арктических морях. Отсутствие льдов в Арктическом бассейне в период кульминации среднеголоценового оптимума благоприятно сказалось на климате всей планеты. По всей Европе, от Пиренейского полуострова до Волги, как уже отмечалось, преобладала лесная теплолюбивая растительность. Люди занимались рыболовством и охотой, развивалось мотыжное земледелие. В горах граница леса лежала выше, чем теперь. «Надо подчеркнуть, — писал К. К. Марков, — что после окончания ледникового времени в Средней и Северной Азии нет признаков систематического усыхания климата. После исчезновения последнего ледникового покрова на Русской равнине климат становится в общем более влажным». «Состояние растительности Средней Азии, — отмечал в свою очередь Е. П. Коровин, — в ближайшую после оледенения эпоху характеризуется прогрессивным развитием растительных формаций мезофильного склада. В связи с отступанием ледников, общим потеплением и увлажнением горного климата в пределы Средней Азии открылся доступ бореальной флоры, сложившейся в средних широтах Сибири вскоре после освобождения ее от покровного оледенения».
На территории Внутренней Аляски и Юкона абсолютный возраст отложений торфа определяется 5 000 лет. На северо-западе Канады 64° 19′ северной широты и 102° 04′ западной долготы обнаружен роголистник в отложениях, возраст которых — 5400 лет. Северный предел современного распространения роголистника достигает лишь 59° 14′ северной широты. На восточном склоне Скалистых гор Колорадо возраст торфа, залегающего на отложениях последнего оледенения, 6170 + 240 лет. В бассейне озера Мичиган 3000 лет назад климат был теплее и влажнее, чем в настоящее время. В районе озер Сан-Рафаэль (Южное Чили) климатические изменения позднего плейстоцена хронологически совпадают с колебаниями климата, установленными в других областях Южного полушария (Огненная Земля, Патагония, Тристан-да-Кунья, Новая Зеландия, Гавайские острова). В Андах (39° южной широты) климат межледниковья был влажнее современного; основные волны климатических изменений синхронны в обоих полушариях. Сухие периоды Огненной Земли и Патагонии синхронны бореальному, суббореальному и современному периодам Европы. В Австралии и Новой Зеландии население занималось земледелием. Южно-Африканская пустыня Калахари 6000—7000 лет назад отличалась более влажным климатом, чем в наше время. Угасание кульминации климатического оптимума среднего голоцена началось 4000 лет назад. Примерно 3000 лет назад началось восстановление ледяного покрова Арктического бассейна.
Время 2500 лет назад является по схеме расчленения голоцена М. И. Нейштадта рубежом между средним и поздним голоценом. С этого времени фиксируется более интенсивное похолодание. Однако, спустя примерно тысячу лет, несколько позднее 500 г. н.э. началось новое потепление и, как установил Брукс, «Арктические льды вступили в стадию полуустойчивого существования». Эта стадия господствовала примерно до 1200 г. Полуустойчивость же арктических льдов Брукс характеризует как состояние, когда они полностью исчезают летом и восстанавливаются зимой в незначительном объеме. В таком состоянии площадь морских дрейфующих льдов Южного полушария в холодное время года достигает 22 млн. кв км, в феврале она сокращается до 4—6 млн. км2, т. е. на 80%.
В Северном Ледовитом океане общая площадь дрейфующих льдов зимой достигает 11 млн км2, а летом к концу таяния она может снижаться до 7 млн км2, т.е. на одну треть. Если же в баланс дрейфующих льдов Северного полушария включить полностью исчезающие летом льды Берингова и Охотского морей и объем льда, стаивающего с ледяного покрова Северного Ледовитого океана примерно на 20%, то можно убедиться, что объем морских льдов в северных широтах к концу лета вдвое меньше, чем в конце зимы. По более поздним данным В. С. Назарова, ежегодное нарастание и таяние морских льдов в целом на земном шаре составляет 37 000 км3 при ежегодном переходящем остатке 19 500 км3. Иначе говоря, ежегодно 67% морских льдов на нашей планете обновляются. Следовательно, если морские льды неустойчивы в настоящее время, то они тем более неустойчивы были в раннем средневековье, когда летние температуры на 1—2° превышали современные. Л. Кох исследовал динамику ледовитости Северной Атлантики на протяжении последнего тесячелетия. Результаты исследований представлены на рис. 8. Малая ледовитость высоких широт снижала силу штормов и число штормовых дней. Астурииские рыбаки того времени могли заниматься там китобойным промыслом. Снизилась ледовитость и в антарктических полярных широтах. Еще в середине VII в. н.э. полинезийцы, в в частности Ви-Те-Ренгина, плавали в антарктических водах, несмотря на примитивность корабельной и навигационной техники того времени. Вместе с тем в годы плавания Дж. Кука (1772—1775) ледовитость, судя по его описанию и его спутников, существенно превышала современную.
В районе Исландии и Южной Гренландии с 900 по 1200 г. климат был мягче; морских льдов в этих районах не наблюдалось. На юго-западе Гренландии существовали скандинавские колонии с поразительно высоким уровнем скотоводства. При раскопках кладбища близ мыса Фаруэл, расположенного в современной зоне вечной мерзлоты, археологи установили, что в то время, когда производили захоронения, мерзлота летом должна была оттаивать, поскольку гробы, саваны и даже трупы пронизывались. корнями растений. В более ранний период грунт должен был оттаивать на значительную глубину, поскольку при самых древних захоронениях гробы опускались сравнительно глубоко. В дальнейшем эти горизонты оказались в зоне вечной мерзлоты, и более поздние погребения располагались все ближе и ближе к поверхности.
В Альпах ледники сильно сокращались. По данным итальянских ученых, с VIII до XIII в. климат более благоприятствовал земледелию, чем с XIII до середины XVI в., когда засухи повторялись чаще. Это относится и к нашему лесостепному югу, где в IX—X вв. крупные цветущие города, пашенное земледелие с плугом «рало», почти все известные нам виды домашнего скота свидетельствуют о высоком уровне развития Киевской Руси. На территории современной Татарской АССР в X в. Ибн-Фадлан наблюдал у болгар, занимавших эту территорию, развитое земледелие с возделыванием пшеницы. Возделывали пшеницу и другие народы, входившие в состав Волжской Болгарии. Это подтверждают и русские летописи. С другой стороны, точно известно, что с XIV по XIX в. пшеницу на этой территории не сеяли из-за суровости климата. Большое количество исторических и археологических свидетельств показывает, что в Средней Азии в VIII— XII вв. увлажнение было достаточным, чтобы занять поливной земледельческой культурой почти все междуречье Аму-Дарьи и Сыр-Дарьи.
По словам арабских историков, кошка могла пробежать от Самарканда до Аральского моря по крышам домов. Не только пустынях Средней Азии, но даже величайшая на Земле пустыня Сахара реагировала на уменьшение ледовитости в Арктическом бассейне некоторым снижением своей аридности. С XIII в. н.э. вновь возникает похолодание. Наиболее полно оно проявилось в период 1550—1850 гг. В это трехсотлетие более частыми становятся суровые зимы. Разрослись горные ледники Скандинавии, Альп, Исландии, Аляски. В ряде районов они перекрыли поселения и культурные земли. По данным П. А. Шуйского, в XVIII— XIX вв. продвижение ледников местами достигало «максимальных размеров со времени последней ледниковой эпохи…» Паковый лед, поступающий в Гренландское и Норвежское моря из Арктического бассейна, таял более медленно, что сказалось на ледяной блокаде Гренландии. Гренландские колонии, основанные в X в. и процветавшие до блокады, начали терять связь с метрополией, приходить в упадок и в середине XIV в. прекратили свое существование.
Несмотря на некоторые периоды потепления и связанного с этим отступания ледников, в целом рассматриваемый период был настолько холодным, что получил наименование «Малой ледниковой эпохи». Высокие широты были выхоложены, ледовитость полярных морей возросла. В Северной Атлантике морские льды достигали за послеледниковое время своего наибольшего развития, например в годы с 1806 до 1812 кораблям редко удавалось проникнуть выше 75° северной широты. Радиоуглеродные исследования растительных остатков, взятых из-под 47-метровой толщи льда в северозападной Гренландии, показали, что, меньше чем 200 лет тому назад, ледники этого района продолжали энергично наступать.
В кульминацию похолодания снеговая граница снижалась до уровня моря, что, естественно, создавало благоприятные условия для возрождения ледниковых покровов, исчезнувших в предшествующий теплый период. Во времена дрейфа «Фрама» условия для образования более сплоченного и более мощного ледяного покрова были благоприятнее, чем сейчас. Исследователи Арктики в прошлом часто сообщали о мощных 4—6-метровых «палеокристаллических» дрейфующих льдах. В наши дни встреча с такими льдами — явление редкое, так как они — продукт более холодного климата. Высокая ледовитость Полярного бассейна всегда порождала беспокойный режим атмосферы. Его прямым следствием были неурожайные голодные годы, частота которых заметно увеличивалась.