Зміни клімату за тисячу років

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.

• ← Що таке клімат?
• Фізичні фактори клімату →