Зміни клімату за тисячу років
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.
For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.
Посмотрим теперь, что нам известно об изменениях климата в настоящем и относительно недавнем прошлом. Начнем с результатов инструментальных наблюдений. Данные по температуре воздуха за последние 100 лет удалось представить в виде кривых, осредненных по всему северному полушарию для широт умеренного пояса (рис. 1, а). Что же оказалось?

Многолетний ход годовых значений
От года к году отмечаются сильные температурные, в несколько градусов, колебания. В этих колебаниях для температур и особенно осадков во многих районах наблюдается квазидвухлетняя
цикличность. Такую цикличность объясняют как эффект удвоения периодов годовых сезонных колебаний. Однако двухлетняя цикличность удерживается лишь 5—7 лет. Затем происходит перебой — аномалии одного знака два раза подряд, после чего цикличность восстанавливается вновь на 5—7 лет. Эта цикличность наиболее четко проявляется в смене направления циркуляции в нижнем слое стратосферы в экваториальном поясе — с западного на восточное и обратно. Поэтому и фазы циклов получили название «западная» и «восточная», хотя, если принять гипотезу о резонансе с сезонными колебаниями, правильнее было бы говорить о «зимней» и «летней» фазах и ожидать сдвига циркуляции в течение соответствующих лет к зимнему или летнему типам.
Наряду с сильными межгодовыми существуют меньшие, но устойчивые изменения между климатическими эпохами длиной порядка 30 лет. Их амплитуда — доли градуса, но речь идет о средних за десятки лет на площади в десятки миллионов квадратных километров. В 1960—1980-е годы в умеренном поясе и, по-видимому, на всей Земле произошло небольшое похолодание относительно предыдущих десятилетий 1930—1950-х годов. Но температуры на земном шаре в современную эпоху в среднем на 0,5° выше, чем в начале XX столетия. В сравнении с предыдущими десятилетиями намного усилилась изменчивость условий погоды.
Это, как показал советский климатолог профессор Б. Л. Дзердзеевский, отражает изменения типа циркуляции атмосферы. Если возмущения поля давления — циклоны и антициклоны — передвигаются вдоль широты, а вместе с ними перемещаются и воздушные массы, то мы говорим о зональной форме циркуляции. Если же широтная полоса атмосферных фронтов разрывается, а циклоны и воздушные массы смещаются по меридиану между широтами, то следует говорить о меридиональной форме циркуляции. Усиление меридиональной циркуляции приводит к частым северным и южным вторжениям и усиливает изменчивость погод. На рис. 1, б отражена повторяемость зональной и меридиональной форм циркуляции. Из сопоставления с температурной кривой (см. рис. 1, а) видно, что в умеренных широтах в среднем за год зональная циркуляция сопровождалась потеплением, а меридиональная — похолоданием. Заметно также, что в начале века и в последние десятилетия меридиональная циркуляция повторялась чаще, а в середине века — реже, чем в среднем за столетие.
Подобное учащение перемен погоды (рост частоты аномалий) в современную эпоху — не исключение. Анализ разрозненных метеорологических данных позволяет предполагать большие аномалии и в прошлом. Вспомним «Евгения Онегина»: «Снег выпал только в январе, на третье… (т. е. на пятнадцатое по новому стилю) в ночь». И произошло это где-то в Твери.
Заглянем глубже в прошлое. Сведения о погодных явлениях содержатся в исторических документах. Летописцы сообщают о засухах, наводнениях, морозах, полегании хлебов от дождей. В Москве уже с 1650 г. караульные стрельцы Приказа тайных дел Московского Кремля вели записи о погодных явлениях по балльной системе («мороз не велик», «морозец», «мороз», «великий мороз», «мороз непомерно лют»). Известно 2000 таких записей. Сохранилось 7000 походных журналов эпохи Петра Первого, содержащих также записи о погоде. Сотрудником Института географии АН СССР М. Е. Ляховым сделана попытка количественной интерпретации летописей. Разность холодных и теплых аномалий за обозримый период он связал со средними температурами и осадками и по разности аномалий восстановил эти средние осадки и температуры по сезонам для Центральной России и Киева с 1200 г.
Другой пример. В Японии известны даты цветения вишни за последние 1100 лет. Они испытывали колебания по годам в десятки дней, но и в среднем, например, в XI!—XIV в. вишня зацветала на 6 дней позже, чем в IX—X веках. Потепление в IX—X вв. охватило все северное полушарие. Известны исторические данные об уменьшении в это время льдов в Северной Атлантике (плавания Эрика Рыжего и его сына до Америки), смещение земледелия на север вплоть до Гренландии. Уменьшалась ледовитость и в XVI в., когда западноевропейские путешественники проникли на крайний север Западной Сибири и основали здесь богатый город Мангазею. Новое уменьшение ледовитости пришлось на середину XX в., создав благоприятные условия для развития Северного морского пути. И наоборот, ледовитость увеличивалась, а земледелие в Европе отступало к югу в холодные эпохи XIII—XIV и XVII—XIX вв. В теплый же XVI в. Москва снабжалась хлебом из вологодчины, а не с Поволжья и Черноземья, как впоследствии. В XII в. славились английские вина, виноделие распространялось до северной Германии. Затем северная его граница резко отступила. Однако, например, в Саксонии оно процветало и в XVI в. и вновь зарождается в XX в., т. е. в века потеплений. Список таких исторических примеров можно продолжать долго.
О многих изменениях природы, вызванных колебаниями климата, мы можем судить не по историческим документам, а по «записям», оставляемым самой природой. Высоко в горах и в полярных странах сохраняются ледники — скопления льда из выпадающего там снега, не успевающего стаять за короткое лето. Наблюдения за инструментальный период показывают, что колебания «языков» ледников связаны с изменением типов циркуляции атмосферы и средней температуры воздуха (рис. 1, в). Действительно, доля наступавших ледников в Альпах, которая была значительной в холодный период начала XX в., оказалась ничтожной при потеплении середины века и снова увеличилась в последние десятилетия.
Значит, и по данным о наступании ледников в прошлом мы можем судить о прежних климатических условиях. Следы ледников — морены — иногда удается датировать по радиоуглеродному возрасту находящихся в них или перекрытых ими древесных стволов, остатков торфа или другой органики (метод состоит в измерении относительной концентрации радиоактивного изотопа углерода 14С в образцах органических материалов. Животные и растения, части которых представлены в образцах, при жизни ассимилировали 14С из атмосферы, а после смерти, прекратив углеродный обмен с окружающей средой, постепенно теряют его вследствие распада. Период полураспада радиоуглерода равен 5570+30 лет, в связи с чем этот метод применим к отложениям, возраст которых лежит в интервале от 500 до 40 тыс. лет). Дополнительные данные о возрасте морен, образованных за последние 700—1500 лет, получают по диаметру «пятен» (слоевищ) некоторых видов лишайников, растущих столетиями на камнях. Далекие от нынешних ледников морены имеют возраст более десятка тысяч лет и относятся, следовательно, к ледниковой эпохе, а ближайшие к ледникам морены датируются XVII— XX, XIII и I—11 вв. (но очень редко промежуточными датами). Очевидно, именно на эти периоды приходились стадии наступания ледников, а следовательно, они были холодными и (или) богатыми снегом.
Однозначно разделить вклад похолоданий или роста осадков в продвижение ледников на основании только наблюдений за ними невозможно. Но есть и другой признак изменений климата — ширина, плотность, изотопный состав древесных колец. Все эти характеристики зависят от климатических условий, собственного возраста, здоровья, местных условий питания, освещенности дерева и т. д. Климатический вклад выделяется при осреднении данных по многим деревьям или на отдельных деревьях-великанах, выживших благодаря оптимальным местным условиям.
Совмещение характерных аномалий ширины или плотности колец на разных деревьях позволяет составить типовые «дендрохронологические» шкалы за тысячи лет. Сложен вопрос об их климатическом истолковании. Так же как и рост ледников, прирост деревьев может зависеть от колебаний и тепла и влаги. Но в целом к теплу более чувствительны деревья, растущие в условиях его дефицита, т. е. у полярной или верхней (в горах) границы леса. К влаге же чувствительны деревья, растущие в условиях ее дефицита, — в Евразии на южной, степной границе леса.
Наконец, источником информации о климатических условиях прошлого служит состав растительных остатков (семян, пыльцы и др.), сохраняющихся в отложениях озер и торфяников. Колебания доли влаго- и сухолюбивых, теплолюбивых и морозоустойчивых растений указывают на соответствующие изменения климата. Сходство наборов видов растений, определяемое по составу пыльцы, собранной в древних отложениях, с их набором в современной растительности других местностей указывает на сходство климата прошлого с современным климатом там, где такие растения живут теперь. О количестве осадков в прошлом судят и по степени разложения торфа в его глубоких слоях.
Все перечисленные здесь методы восстановления климата, взятые в отдельности, недостаточно надежны. Но если применение нескольких методов дает согласные результаты, такая надежность намного возрастает. Кривые изменения состава пыльцы, ширины древесных колец, числа упоминаний об аномалиях климата в летописях, изотопного состава льда для северной половины европейской территории СССР за последнее тысячелетие согласно свидетельствуют об основных климатических изменениях. Начало тысячелетия отмечалось потеплением более сильным, чем в нашем столетии, затем в XII—XV вв. последовало похолодание, в XVI в. новое потепление, сравнимое с современным, в XVII—XIX вв. — новое похолодание, когда обычным стало передвижение на коньках по редко замерзающим ныне голландским каналам, а в XX в. — новое потепление.Эпоху XIII — XIX вв. нередко называют «малым ледниковым периодом», хотя фактически было два холодных периода, разделенных теплым XVI столетием.
Исходя из анализа изменений климата за последнее тысячелетие, можно считать, что потепление XX в. подходит к концу. Оно не является исключительным, и поэтому его нельзя приписывать росту индустриализации. Вековые колебания климата за 1000 лет составляли около 1,5—2,0°С, что отвечает колебаниям границ природных зон и условий земледелия на 200—300 км по широте или на 250—300 м по высоте в горах. В начале нашей эры в холодную эпоху Ливия служила хлебной житницей древнего Рима.
Таким образом, вековые колебания климата в прошлом происходили так же, как и в наше время, и они влияли не только на хозяйство, но и на ход истории.
На протяжении всего тысячелетия не обнаружено ясного тренда в изменениях климата, который колебался около некоторого среднего, что свидетельствует о постоянстве условий на суше за это время. Вспомним, что ветра в Средиземноморье не изменились со времен плавания Одиссея, т. е. за 3000 лет. Распашка лесов зашла достаточно далеко и 1000 лет назад, о чем можно судить, например, по большой плотности земледельческих культур поздних «дьяковцев» на месте Москвы 1500 и более лет назад (Дьяковцы — культура, выделенная по раскопкам у села Дьяково в Москве около Коломенского). Наконец, в последнее тысячелетие не замечено правильных колебаний климата. Эти колебания отражают случайные аномалии стационарного процесса, причем их энергия возрастает с ростом периода подобно амплитуде колебаний молекул в броуновском движении.
Однако, как мы уже говорили, судя по геологическим данным, климат не остается стационарным вечно. Если колебания климата в силу обратных связей приводят к изменению влияющих на него факторов, например, к расширению заснеженных площадей и появлению ледниковых покровов на равнине, стационарность климата нарушается, он попадает в неустойчивое состояние, чреватое климатическими катастрофами, т. е. переходами из одного устойчивого стационарного состояния в другое. Такое же неустойчивое состояние может быть вызвано и резким внешним вмешательством — астрономической катастрофой или ядерной войной.
Случайность очень важных для человечества колебаний климата делает крайне затруднительным их определенный прогноз с указанием даты и размаха. Такой прогноз станет возможным только на основе достаточно полного моделирования климатической системы, по оценкам экспертов, лишь примерно через 50 лет, хотя попытки такого моделирования с учетом отдельных факторов уже делаются. Зато случайный характер колебаний делает возможным вероятностный прогноз — оценку вероятности тех или других аномалий климата на основе его изученной истории. Внедрение такого прогноза в практику планирования народного хозяйства так, как это уже сделано с вероятностным прогнозом речного стока, — дело ближайшего будущего.
Пределы вероятностному прогнозу кладутся допущением о неизменности факторов, формирующих климат и его изменения. Учет физических основ климата и их изменений может коренным образом повлиять на вероятностный прогноз.