Земной климат https://zemnoyklimat.ru/ Tue, 15 Feb 2011 16:48:17 +0300 en-ru MaxSite CMS (https://max-3000.com/) Copyright 2022, https://zemnoyklimat.ru/ Вопросы практического осуществления https://zemnoyklimat.ru/page/voprosy-prakticheskogo-osushhestvlenija https://zemnoyklimat.ru/page/voprosy-prakticheskogo-osushhestvlenija Tue, 15 Feb 2011 16:48:17 +0300 Говорят, что непоборимы торосы Ледовитого океана. Это ошибка: торосы поборимы,  непоборимо лишь людское суеверие. -  С. О. Макаров

Достаточно взглянуть на карту Северного полушария, чтобы увидеть, как изумительно выгодно географическое расположение Берингова пролива для водообмена двух величайших океанов через третий: Атлантического и Тихого через вытянутый вдоль нулевого меридиана Северный Ледовитый океан. Не удивительно поэтому, что еще с прошлого века пытливая человеческая мысль неоднократно обращалась к Берингову проливу, справедливо ища здесь ключ к тайне управления климатом. Холодное дыхание Северного Ледовитого океана, Арктический бассейн которого покрыт наиболее застойными льдами и заслуженно имеет славу «мешка со льдом», подгоняло эту мысль. Казалось, сама природа указывает канал, по которому надо доставить тепло, чтобы ликвидировать ледяное покрывало Полярного бассейна.

Общая ширина Берингова пролива (рис. 31) — 85,2 км; в наиболее же узкой части, в створе островов св. Диомида — 74 км. В этом сечении он довольно мелководен. Его максимальная глубина — 59 м. Средняя же глубина равна 50 м, поэтому живое сечение имеет площадь 3,76 км2. Если через эту горловину пропускать проектируемые 140 000 км3/год, то перегоняемые воды разовьют среднюю скорость 1,2 м/сек. То, что пролив в годы сооружения плотины и в первые годы перекачки будет загромождаться дрейфующими льдами, — обстоятельство очень важное. Поэтому с ним надо познакомиться ближе. По данным лоций навигация в Чукотском море открывается в период от 25 июня до 18 июля и прекращается 11 ноября—15 декабря. Наиболее раннее полное замерзание отмечено 6 сентября и наиболее позднее 6 февраля. Ежегодно с конца сентября на юге Чукотского моря уже образуется лед. В октябре-ноябре дуют северные ветры. Через обширные пространства между островом Врангеля и побережьем Аляски они пригоняют в Чукотское море из Центральной части бассейна ледяные массы, которые заполняют все море.

Продвигаться к Берингову проливу становится трудно — движение тормозят пригоняемые льды, их с каждым днем становится все больше. Зимой движение льда хотя и сильно замедляется, но почти никогда не прекращается полностью. В ноябре-декабре под воздействием ветра возникают торосы, образуемые преимущественно молодыми льдами. Отдельные скопления льдов, массивы и ледяные поля движутся с неодинаковой скоростью, на их окраинах лед то нагромождается, то разрежается. От этого в свою очередь возникают полыньи и разводья, которые при низких зимних температурах быстро затягиваются молодым льдом. В результате всех разнонаправленных движений ледяной покров уплотняется. Примерно с февраля процессы торошения начинают захватывать более старые ледяные скопления. Тем не менее сила ветра такова, что он способен эти уплотнившиеся ледяные массивы перемещать на большие расстояния и вытеснять лед на берег. Если взглянуть на этот ледовый покров с самолета, то нередко можно увидеть, как все пространство от Берингова пролива до мыса Шмидта эабито тяжелыми торосистыми льдами. Однако если с материка дуют затяжные ветры, то они отжимают лед от берега. Тогда под берегами образуются обширные разводья. Были случаи, когда от Берингова пролива до мыса Сердце-Камень на всю видимость горизонта с самолета (примерно 80 миль) море было свободно ото льда. Такое временное очищение моря или образование значительных разводьев наблюдалось в ряде зим. Но обычно береговой припай крепок, его мощность, как правило, достигает 145—175 см. Торосы образуются благодаря подводному течению, приливам—отливам и ветрам. Наибольшее нагромождение вызывает ветер. Чем он сильнее и капризнее, тем больше «натворит» торосов.

В свое время В. Ю. Визе писал, что наиболее благоприятный для торосообразования, очевидно, такой режим, когда свежие и сильные ветры часто меняют свое направление, т.е. беспокойный режим атмосферы. Столь же велика роль ветра и в разрушении берегового припая, который обычно лимитирует начало навигации. Наиболее крупные подводные торосы и другие виды подводных нагромождений заносятся в Чукотское море из Восточно-Сибирского — с севера и северо-востока. Мощные монолитные льды обладают толщиной от 3 до 11 м, а толщина некоторых скоплений достигает 20 м, причем подводная часть не превышает 13 м. Однако в горизонтальном направлении эти скопления не очень обширны — их площадь не выходит за пределы нескольких десятков метров.

Словом, наиболее мощные скопления льдов, обнаруженные в Чукотском море, — это не его «родные» льды, а «пришельцы» из более суровых областей Арктического 4 бассейна. Их пригнал сюда главным образом ветер, а не приливы—отливы, амплитуда которых в Чукотском море незначительна. И морские течения здесь не очень виноваты. При тех скоростях, которые они могут развить в Арктическом бассейне, им не под силу создать ледяные нагромождения, подобные нагнанным и сотворенным ветром. Такова характеристика ледяных полей, которые приблизятся к довольно узкому жерлу Берингова пролива. Не забьют ли они пролив так, что удушат переброску вод из Чукотского моря в Берингово? Расчеты опровергают и это опасение. Глубина моря в районе возможных створов будущей плотины, через которые должны идти перекачиваемые воды и льды, составит 55—60 м. Мы же видели, что подводная часть многолетних паковых льдов не превышает, как правило, 13 м.

Площадь их невелика. Следовательно, льды не могут уменьшить живое сечение плотины более чем на 5-10%. Наряду с этим в штормовые дни (в среднем 50 дней в году) возможны сильные подвижки ледяных полей с севера на юг. Встречая жестокое сопротивление, оказываемое телом плотины, большие скопления льда могут наблюдаться у ее северной кромки аналогично отмеченный , выше нагромождениям у побережий. Поэтому верхнему ярусу плотины необходимо придать достаточно обтекаемую форму (рис. 32). Что же это даст? Напирающие льды будут стремиться опрокинуть плотину. При обтекаемой форме ее верха направленные по горизонтали усилия сведутся к минимуму. Энергия напирающего льда будет расходоваться тогда не на опрокидывание плотины и не на создание ледяных нагромождений, а на то, чтобы вползти ледяным полям на кровлю плотины и затем сползти и сброситься на южный бьеф. Обтекаемая форма облегчит и вползание и сброс. При таком очертании верха плотина сможет пропустить многолетний пак толщиной до 5 м и отдельные скопления толщиной до 10—12 м. Если при рабочем проектировании возникнет необходимость, то очертания плотины можно изменить так, что она пропустит еще более мощные ледяные поля и отдельные нагромождения.

Скольжение льда но кровле плотины можно облегчить настолько, что сила трения льда о кровлю сведется до безопасного минимума. Во всяком случае она будет меньшей, чем сила трения льда о подводные борта и днище «Фрама», которые, как известно, блестяще выдержали подвижки и торошение ледяных полей в центральных областях Арктического бассейна, где торосообразование самое сильное — более сильное, чем в Чукотском море. Здесь следует иметь в виду еще одно важное обстоятельство. В воронке Чукотского моря льдам перемещаться легче, чем, например, в проливе Шпицберген — Гренландия. Во-первых, Берингов пролив расположен на 1500 км южнее пролива Шпицберген — Гренландия, а во-вторых, нижняя поверхность дрейфующих льдов будет систематически омываться проточными водами. Более южное положение обеспечивает больше солнечного тепла. Температура же проточных вод на несколько десятых градуса превысит температуру замерзания. Опыт северных гидроэлектростанций показал, что проточные воды заметно подтачивают и мощность, и прочность ледяных скоплений, которые образуются при входах в плотину. Наблюдения за состоянием льдов у выхода реки Ангары из Байкала Показывают, что место выхода вообще не замерзает. Температура же воздуха зимой в Беринговом проливе не ниже, чем у места выхода Ангары; соленость же выше, что замедляет образование льда и снижает его прочность.

Обсудить]]>
Первые этапы мелиорации климата https://zemnoyklimat.ru/page/pervye-etapy-melioracii-klimate https://zemnoyklimat.ru/page/pervye-etapy-melioracii-klimate Thu, 10 Feb 2011 16:47:32 +0300

Термина моря таит в себе ключ в термине всех материков. -  В. В. Шулейкни


Анализ изменения климатов в течение кайнозоя показывает, что природа меняла климат, пользуясь преимущественно механизмом водо- и теплообмена Арктического бассейна с Атлантическим океаном. Научная и техническая вооруженность современного человека такова, что он способен подключиться к управлению этим механизмом, тщательно соблюдая при этом, конечно,, осторожность и предусмотрительность. Вспомним, что за последние 20 000 лет климат менялся часто и довольно резко от потепления к похолоданию. Так, последняя фаза вюрмского оледенения 18 000— 20 000 лет назад была самой холодной за всю историю антропогена. Наиболее теплое время послеледниковья наблюдалось в среднем голоцене совсем недавно, всего 4000—6000 лет назад.

Среднегодовая температура в Центральной Европе лишь немногим уступала тогда лучшим климатическим оптимумам — лихвинскому на один градус, а микулинскому лишь на полградуса. Частота и сходство в амплитудах колебаний говорят о том, что наш прогноз можно распространить на весь антропоген, длившийся, как мы помним, 500 000 лет. Ведь причины и закономерности, определившие формирование климата за последние 20 000 лет, должны были действовать и в более далеком прошлом. Поскольку все эти происходившие на континентах климатические изменения зависели от параметров водо- и теплообмена Арктического бассейна с Атлантикой, мы, изучив эти параметры, можем через их регулирование изменять климат не «вообще», а выбирая желательные для нас масштабы. Однако существуют практические соображения, которые ограничивают право выбора амплитуды изменений.

Совершенно очевидно, что нельзя встать на путь очень медленных преобразований, так как вследствие самоохлаждения и саморазрастания ледяного покрова эксплуатационные расходы повышаются. С другой стороны, исключается возможность быстрых и очень крупных изменений из-за необходимости считаться с достаточно плавными изменениями современных экологических условий органического, в первую очередь сложившегося растительного мира. Наконец, при быстрых и глубоких преобразованиях мы неизбежно столкнемся с проблемой обеспечения энергоресурсами мощных насосных систем по переброске вод. Поэтому процесс мелиорации климата целесообразно расчленить на ряд этапов, определяемых как биологическими, так и энергетическими соображениями. Начальные этапы мелиорации, естественно, определяются мощностью насосных систем для переброски 140 000 км3/год. Рассмотрим, какие этапы улучшения могут быть обеспечены такой мощностью. Палеогеографическая документация свидетельствует, что во время среднеголоценового климатического оптимума горизонтальное распределение температур поверхностного слоя Арктического бассейна было таково, что в притихоокеанском секторе она приближалась к температуре замерзания.

Именно такая температура, — 1,6° в Беринговом проливе, обеспечивает уничтожение дрейфующих льдов с наименьшими затратами на капитальные сооружения при минимальных эксплуатационных расходах. После ликвидации дрейфующих льдов дальнейшая перекачка в объеме 140 000 км3/год для поддержания Арктического бассейна в акриогенном состоянии не вызывается необходимостью, так как значительные массы тепла солнечной радиации будут поглощаться в светлый период года поверхностными водами бассейна. Поэтому объем перекачки может быть снижен примерно на 30 — 60%. Если сохранить переброску в проектном объеме, то амплитуда мелиорации выйдет за пределы оптимума среднего голоцена и достигнет кульминации микулинского и лихвинского межледниковья.

Вместе с тем следует отметить, что в процессе изменения ледовитости Арктического бассейна от современного с постоянным ледяным покровом до устойчивого безледного уровня среднеголоценового оптимума, вероятно, будет целесообразно сделать двух-, трехгодичную паузу на тепловом уровне, наблюдавшемся в раннем средневековье (900—1000 лет назад), когда дрейфующие льды полностью исчезали летом и в небольшом объеме восстанавливались зимой. Такая пауза позволит более точно фиксировать климатические изменения и уточнения возможных отклонений от расчетных параметров. На основе приведенных соображений и предварительных расчетов можно утверждать, что переброска 140 000 км3/год воды из Атлантики в Тихий океан обеспечит наилучшие климатические условия, наблюдавшиеся в антропогене. Выход на этот уровень целесообразно разбить на следующие четыре этапа (табл. 10).

Точно определить, как и в каком порядке добавочное тепло разольется по Земле в каждый из перечисленных этапов, каково будет температурное поле Земли,— дело весьма сложное и громоздкое. Но сейчас, когда мы делаем эскизные наброски будущих изменений, можно ограничиться упрощенной схемой расчета. Для примера посмотрим, что будет происходить в январе, наиболее холодном месяце, на втором этапе.

Он соответствует среднеголоценовому оптимуму, изученному достаточно хорошо, что позволяет нам дать уверенный прогноз климатических улучшений. Чтобы сделать это, необходимо прежде всего установить, как от широты к широте будет меняться температура поверхностного слоя воды на разрезе — от Флоридского пролива через Европейский бассейн и Северный полюс до Берингова пролива и далее до острова Итуруп; затем установить, как по тому же разрезу будет меняться температура воздуха на уровне моря (рис. 28); наконец, чтобы соотнести будущие температуры с нынешними, определяем величину будущих аномалий для характерных точек трассы. Эти аномалии кладутся затем в основу построения карт изаномал для всего Северного полушария, причем учитывалось следующее.

  1. 1. Рядом исследований установлено, что когда тепловые потоки, идущие с окраинных морей — от Баренцева До Чукотского, — увеличиваются, то изаномалы Евразии ложатся фронтом к общей береговой линии в основном правильными, почти параллельными рядами. По мере того как поток тепла усиливается, изаномалы перемещаются по часовой стрелке. По отношению к широтным линиям они располагаются под малыми углами, что особенно четко наблюдается на Сибирской равнине, где отсутствие горных хребтов позволяет наблюдать траектории изаномал в «чистом», не деформированном виде.
  2.  Изаномалы огибают, почти «облизывают» морские береговые линии, так как тепло, идущее от теплых водных масс, нивелирует холодное влияние, идущее с суши.
  3.  Все тепловые потоки с окраинных морей сливаются и идут как бы от одного источника, температура которого падает от Атлантики до Берингова пролива.
  4. Воздушные массы, поступившие на поверхность океана, трансформируются достаточно быстро. Поэтому рисовка их температурного поля становится сходной с рисовкой температурного поля поверхности океана.
  5. Тепловые потоки способны проникать в глубь материка. Даже, к примеру, современное небольшое потепление Арктики и изменение в тепловой деятельности Гольфстрима отражаются на Украине и Центральной Сибири.
  6. Судьба тепла, поступившего на материки, в значительной степени зависит от рельефа местности. Если на пути теплового потока встают горные хребты, то они отражают это тепло, тормозят его проникновение в глубь материка. Коэффициент турбулентной теплопроводности уменьшается вдвое, если высота хребтов, поднявшихся навстречу тепловому потоку, достигает 300—400 м, и падает в семь раз при высоте хребтов более километра.

Экранирующая роль хребтов ослабляется, если их протяженность незначительна и тепловые потоки способны описывать их с флангов На основе карты изаномал строим карту изотерм. На рис. 29 старые и новые температурные поля наложены друг на друга, что делает их сопоставление наглядным. 1 Построенная карта изаномал во избежаний крупных ошибок подвергалась проверке по температурным градиентам (в соответствии с исследованиями Е. В. Осмоловской) и сверялась с установленным В. В. Шулейкиным законом падения температурной аномалии при проникновении теплового потока в глубь материка.

Рисунок показывает новое температурное поле Северного полушария. Оно отвечает последней фазе уничтожения дрейфующих льдов, когда они будут растоплены прямотоком теплых атлантических вод, идущих через Атлантический бассейн в Тихий океан. Когда же морские льды будут уничтожены и мы после определенной паузы снова увеличим перекачку с частичного объема до первоначального — 140 000 км3/год, в поверхностных водах Мирового океана начнется дальнейшее общее повышение температуры (так же, как и в нижнем слое тропосферы. Это будет означать, что начался третий и затем четвертый этапы мелиорации климата. Итак, на первом этапе климат будет улучшен настолько, что мы как бы вернемся в климатические условия IX—X вв. н.э. В то время ледниковый покров Арктического бассейна распадался летом и восстанавливался зимой в небольшом объеме. Такое сезонное изменение ледовитости будет напоминать современный ледовый режим, например, Охотского моря, в котором морские льды полностью исчезают летом и восстанавливаются зимой на площади в среднем до трех четвертей поверхности моря. По истечении первого этапа мелиорации зимы станут менее суровы. Возрастет вегетационный период, сократятся ранние осенние и поздние весенние заморозки. Уменьшится частота засушливых лет.

Общее улучшение климата благоприятно скажется на многих областях деятельности человека, в том числе и в особенности — на сельскохозяйственной. Первый этап продлится недолго — два-три года, так как продолжительность его будет диктоваться больше научно-техническими соображениями, чем биологическими. На втором этапе произойдут изменения несравненно более крупные. При этом климатические результаты окажутся непропорционально большими в сравнении с теми усилиями, которые будут затрачены на последующие этапы. Это связано с тем, что изменение фазового состояния поверхностной воды приведет к тепловой^ скачку — солнечная радиация (ранее благодаря льду и снегу в значительной части бесполезно отражавшаяся в мировое пространство) будет теперь более усиленно поглощаться очистившейся ото льда водой. В советском секторе Арктики температура больше всего повысится именно в тех областях, в которых ныне наблюдаются наиболее низкие температуры. Температурное поле второго этапа, графически представленное на рис. 29, свидетельствует об этом достаточно наглядно. Благодаря тому, что поверхностный поток теплых атлантических вод будет более равномерно прогревать поверхностные воды Арктического бассейна, температуры вдоль всего побережья Евразии значительно выравняются. Причем этот уровень превысит настоящий и тот, который был в климатических оптимумах на протяжении всего антропогена. Словом, прямоток не только прибавит тепла, но и распределит его более равномерно вдоль всего побережья Евразии и Северной Америки. Возьмем, к примеру, участок между Лофотенскими островами, где январские температуры 0°, и островами Новосибирскими и Врангеля, где январские температуры —30°, или островами св. Диомида, где в январе —20°. Как видим, разница январских температур между ними доходит сейчас до 30°. При новом тепловом режиме эта разность составит всего 8—10°, причем сам температурный уровень станет более высоким: 8° — на Лофотенских островах, а на островах Восточно-Сибирского и Чукотского морей 0°.

Арктический бассейн, полностью освободившись от покрова дрейфующих льдов, откроется для круглогодичной навигации. Весь год будут курсировать суда и по дальневосточным морям, и по устьям северных рек приатлантического сектора Арктики. На северо-западе Европейской территории СССР зимний климат будет, как сейчас в Дании и Южной Норвегии, а климат Северного Урала и Таймыра, как в нынешней Центральной Швеции. В Московской области установятся столь же теплые зимы, какие в наши дни наблюдаются в Западной Украине. На обширных пространствах Западно-Сибирской низменности температура в январе поднимется на 10—20°, причем ближе к побережью Арктического бассейна температура повысится.

Так как с уничтожением арктических льдов будут значительно нейтрализованы обвалы холодного арктического воздуха, то новый тепловой режим позволит возделывать здесь сельскохозяйственные культуры примерно в объемах, принятых на северо-востоке Украины. На территории Северо-Сибирской низменности зимние условия будут такими же, как на Среднем и Нижнем Поволжье, а на территории Восточно-Сибирской низменности —одной из наиболее холодных и континентальных областей СССР — установятся температуры, которые сейчас свойственны Западному Уралу, но и здесь у климата появится больше «океанических» черт, т.е. он станет менее континентальным. Территории, занятные сейчас арктической и редколесной тундрой (почти 35% площади СССР), повысят свою биологическую и хозяйственную продуктивность и станут широкой ареной животноводства. Вечная мерзлота, охватывающая сейчас 47% территории СССР, исчезнет в верхнем горизонте, который станет более доступным для нормального промышленного и сельскохозяйственного использования. Нас выматывают резкие зимние похолодания, которые порождаются обвалами переохлажденных воздушных масс Арктики и влиянием области Сибирского максимума. Эти похолодания сильно ослабнут: они станут несравненно более редкими и куда менее значительными. Огромный урон, наносимый нашей стране почти ежегодным вымерзанием озимых на миллионах гектаров, будет устранен.

Поздние весенние и ранние осенние заморозки тяжело переживаются сейчас растительным и животным миром; в ряде) случаев они бывают даже губительны. При потеплении заморозки ослабнут и со временем даже устранятся. Длительность безморозного периода для всех районов СССР, включая и горные, возрастет. Зимы таких холодных городов, как Пермь, Свердловск, Омск, Новосибирск, Иркутск, где среднеянварские температуры —16°, —19°, потеплеют. В новых условиях они будут напоминать современные зимы соответственно Харькова, Воронежа, Волгограда, Саратова, Куйбышева. Якутск, Верхоянск сейчас всем известны как области - «полюса холода»; зимние температуры доходят здесь до —50°, —60° и даже ниже.

Будущее потепление установит в районе Верхоянска такие температуры, какими сейчас отмечены Львов и Киев; в Якутске будет так же тепло, как в Курске и Астрахани. Полюс холода, расположенный ныне в Оймяконе, потеплеет и вынужден будет изменить прописку. Он переместится в тот район, где смыкаются рубежи Советского Союза, Монгольской Народной Республики и Северного Китая. Изменив местожительство, «полюс холода» будет вынужден одновременно и повысить свою абсолютную температуру. Его средняя январская температура приблизится к —20° взамен нынешней —48°. В Оймяконе же средняя январская температура дойдет до —16°, —18°, т.е. потепление возрастет на 30° и более. Самой холодной областью Северного полушария станет Гренландия, в ее центре будут господствовать январские температуры — до —32° вместо современных —40°. Континентальность климата ослабнет повсеместно, но больше всего она снизится как раз в самой континентальной области СССР — Сибири. В благоприятных изменениях большую роль сыграет угнетение сибирского антициклона. Зимы Восточной Европы, Средней Азии и Сибири станут менее суровы.

Ослабнет зимний муссон и заметно потеплеют воды побережья дальневосточных морей и северо-западной части Тихого океана. Значительно увеличится продолжительность навигации по всем рекам СССР. Что же касается Волги с ее большими искусственными морями при гидроэлектростанциях, то она будет открыта для навигации круглый год. Круглогодичная навигация установится и в бассейнах западнее Волги. По всей территории СССР северные границы органического мира циркумполярно сместятся с юга на север. Огромные области воскреснут для более богатой органической жизни. Увеличится продолжительность вегетационного периода, а на юге настолько потеплеет, что можно будет ежегодно систематически снимать два полноценных урожая. Арктический бассейн превратится в одну из самых продуктивных провинций Мирового океана.

Причем наибольшую продуктивность дадут промыслы вдоль всего советского побережья (от Баренцева до Чукотского морей), поскольку пояс континентальной отмели, охватывающий побережье, особенно благоприятен для развития морской фауны. Несравненно более доступными станут огромные минеральные богатства северных и восточных районов страны, которые сейчас «забаррикадированы» холодным летом и длительной суровой зимой. Поверхностные воды Атлантики и Северного Ледовитого океана, потеплев, насытят влагой воздушные массы, покрывающие эти бассейны. Возрастут осадки. Засуха в засушливых районах существенно сократится, а аридность наших пустынь и полупустынь уменьшится. Реки благодаря увеличившимся осадкам будут более полноводными и заставят наши гидроэлектростанции вырабатывать значительно больше электроэнергии — практически без дополнительных финансовых затрат. Прирост электроэнергии настолько увеличится, что перекроет расход электроэнергии на межокеаническую переброску воды в Беринговом проливе. Климат улучшится и за пределами СССР — в Западной Европе, Монголии, Северном Китае и Японии.

Канадский зимний антициклон, который господствует на северо-американском континенте, ослабнет, а это, естественно, улучшит климат на большей части континента. Между субарктическим климатом северо-восточных равнин (с продолжительной зимой, низкими температурами, коротким прохладным летом, небольшим количеством осадков) и южным поясом прерий сейчас существует контраст. Он будет сглажен за счет повышения зимних температур. Континентальность снизится. Вегетационный период возрастет, и холодные равнины, потеплев, смогут принять более тепло- и влаголюбивую растительность, в том числе сельскохозяйственные культуры. Вспомним, сколько исследований и проектов было посвящено тому, чтобы нейтрализовать влияние холодных течений Баффиновой Земли, Лабрадора, Кабота и других на восточное побережье Северной Америки.

В новых условиях их влияние значительно ослабнет, и климат Северной Америки, наконец, потеплеет. Залив св. Лаврентия откроется для круглогодичного плавания. В проливах Канадского арктического архипелага можно будет плавать в течение всего года, часто даже без сопровождения ледоколов. Экстрааридность Сахары и других пустынь мира снизится, и они станут более обитаемыми, чем ныне.

То же самое произойдет с нашей Среднеазиатской пустыней. Существует неверное мнение, будто эта пустыня повинна в иссушении нашего юга. Опровергая это мнение, советский климатолог А. А. Каминский утверждал обратное: «... не приток сухого воздуха из раскаленной пустыни Средней Азии благоприятствует возникновению засух в степях юга Европейской части Союза и в Казахстане, а, наоборот, северные воздействия создали и сохраняют названную пустыню». Атмосферная и гидросферная оболочки Земли представляют собой как бы неразрывное целое — они «сцеплены» между собой трением, тепло- и влагообменом. Поэтому потепление в высоких широтах Северного полушария повлечет за собой потепление и в полярных широтах Южного полушария. Морское сообщение вдоль побережья Антарктиды станет более доступным, что упростит ее связь с остальным миром. Континентальный антициклон, господствующий над Антарктидой, несколько ослабнет и не будет столь непрерывным, как сейчас. Затоки воздушных масс, которые поступают с окружающих океанов, смогут тогда более свободно проникать в глубь материка, в центральные районы Антарктиды; а в настоящее время антициклон упорно держит оборону, лишь изредка пропуская эти затоки. Больше будет осадков, баланс льда антарктического щита также улучшится. Более благоприятной для мирового климата станет в новых тепловых условиях и общая циркуляция атмосферы. Это будет касаться любой области земного шара. В пользу такого утверждения свидетельствуют палеогеографические данные и те следы растений, которые найдены в геологических разрезах различных областей земной поверхности. Но попытаемся не заглядывать в глубь веков, а будем искать доказательства в нынешнем времени, в сегодняшних наблюдениях над живой природой, в которой, как в уменьшенной модели, спрессовано время. Чтобы не сопоставлять между собой огромные периоды, исчисляемые десятками тысяч лет, сравним обыкновенные сезонные колебания, которые можно наблюдать ежегодно. Так, в январе температурный контраст между экватором и Северным полюсом составляет 56°, а в июле — всего 28°. Это объясняется только тем, что летом на полюсе температура повышается до 0°, в то время как на экваторе, если мы вспомним, температурный режим практически постоянен: 27°—28°. И вот в летний период, когда температурный контраст ослабевает с 56 до 28°, режим атмосферы становится спокойнее, осадков выпадает больше, континентальность умеряется.

Когда будет создан прямоток, в центре Арктического бассейна температурный режим в январе приблизится к современному летнему режиму. Естественно поэтому ожидать, что в циркуляции атмосферы и в ее тепло- и влагообмене с Мировым океаном наступят те же положительные изменения, которые сейчас наблюдаются лишь летом. При прямотоке они будут более продолжительными — охватят часть весны и осени. Погодные и климатические флуктуации возможны и при новом тепловом режиме. Однако они будут происходить куда реже, и их амплитуда не будет столь большой. Если долгосрочные прогнозы (порядка нескольких лет) станут достаточно точными, то мы сможем предупреждать эти отклонения. Система прямотока настолько гибка, что позволяет регулировать поверхностную температуру Северной Атлантики, Европейского и Арктического бассейнов. Когда долгосрочный прогноз предскажет нам нежелательное похолодание или потепление, то путем регулирования прямотока можно будет «срезать» эти отклонения от нормы прежде, чем они разовьются.

Словом, управляемый, хорошо регулируемый прямоток станет истинным терморегулятором в северной очень холодной области Мирового океана, а отсюда — и планетарным регулятором климата. Прежде чем переходить от второго к третьему этапу преобразования климата, необходимо тщательно выяснить, как растительный и животный мир отреагирует на смену экологических условий. Сегодня трудно определить, с какой скоростью растительные сообщества будут менять свои границы. Ботаники, несомненно, найдут средства, чтобы лес мог быстрее занять пространства, которые для него отвоюет тепло, чтобы северная граница леса быстрее подвинулась к побережью полярных морей. В условиях современного потепления Арктики эта скорость составляла около километра в год. Пониженный объем перекачки, на который надо будет пойти после уничтожения дрейфующих льдов, должен быть слишком продолжительным. После того как осуществится второй этап мелиорации климата и затем будет выдержана пауза в несколько лет, вновь начнется увеличение объема перекачки, а вместе с ним и новая ступень улучшения климата, когда последний по возможности приблизится к уровню микулинского межледниковья.

В Центральной Европе средние годовые температуры возрастут против второго этапа примерно на 0,5° С. При сохранении в принципе той же рисовки изотерм (рис. 29) ареалы минусовых изотерм несколько сократятся за счет расширения плюсовых изотерм. Следом за изменением границ изотерм изменятся границы растительности. На рис. 30 изображена карта растительности на территории СССР во время мгинского (микулинского) межледниковья. Практически это карта растительности предполагаемого третьего этана преобразования климата — ведь он, как уже говорилось, эквивалентен климату именно этого периода антропогена. Зона тундры и лесотундры, как видим, сократится до очень узкой полосы, которая к тому же на западе, видимо, совсем исчезнет и сохранится лишь на побережье Восточно-Сибирского моря и дальше на восток. Полярное побережье Европейской части СССР покроется хвойными лесами. Сильно продвинутся на север широколиственные леса. До меридиана Москвы дойдут с запада атлантические древесные породы, бук и граб в том числе. Широколиственные древесные породы как примесь к хвойным лесам расселятся от Урала к Дальнему Востоку. Под напором лесостепи несколько сместятся на юг северные границы пустынь Средней Азии. На территории СССР, как, впрочем, и на всех континентах, растительный мир (по сравнению со вторым этапом) обогатится тепло- и влаголюбивыми породами. На четвертом этапе, который явится эквивалентом лихвинского межледниковья, потепление будет продолжаться.

В Центральной Европе средняя годовая температура дополнительно возрастет еще на 0,5°. Обратимся снова к рис. 29 и увидим, что это дополнительное потепление еще больше сожмет и сместит ареалы минусовых изотерм, а изотермы с положительным знаком расширятся. Изотермы —20° и —18° на североамериканском и азиатском континентах исчезнут. Исчезнут, видимо, изотермы —32° и —30° с поверхности гренландского ледяного щита. Зато январская изотерма 8—9°, проходящая по Шпицбергенскому течению, опишет весь Шпицберген и приблизится к Земле Франца Иосифа. Принципиальные черты температурного поля сохранятся в основном такими, какими они были на втором и третьем этапах. В расселении растительности будет отмечаться некоторое дальнейшее смещение северных границ растительных зон в сторону полюса.

Обсудить]]>
Воды Гольфстрима в Тихом океане https://zemnoyklimat.ru/page/vody-golfstrima-v-tihom-okeane https://zemnoyklimat.ru/page/vody-golfstrima-v-tihom-okeane Sat, 05 Feb 2011 16:46:36 +0300

Влияние Гольфстрима зимой простирается на значительно большую площадь, чем обычно предполагалось, именно вся северная половина материка Евразии находится под его влиянием . . . повышение температуры может захватывать даже восточное побережье Азии. - В. Б. Шостакович


Пожалуй, самое грозное возражение против идеи (Полярного Гольфстрима выдвигает Тихий океан. Не охладят ли воды, переброшенные из Арктического бассейна в Тихий океан, наше Приморье и Японские острова? Однако и это опасение неосновательно. Дело в том, что воды Северной Атлантики более соленые, чем воды северной части Тихого океана (см. рис. 20). При равенстве температур пришлые атлантические воды как более плотные станут неизбежно погружаться под местные тихоокеанские. При этом чем холоднее будут атлантические воды по сравнению с тихоокеанскими, тем устойчивее и надежнее будет это погружение. В результате воздействие их на местный климат сведется к нулю. Казалось бы, убедительно. И все-таки высказанное возражение еще не отведено полностью.

Дело в том, что в первые два-три года в Тихий океан будут сбрасываться не атлантические, а поверхностные арктические, самые холодные и вследствие своей низкой солености наименее плотные воды. Оставаясь на поверхности, не охладят ли все же эти воды восточное побережье Азии? Чтобы ответить на этот вопрос, нам необходимо поближе познакомиться с климатом северо-восточного побережья Азии и его формированием. В холодный период года над Центральной Азией формируется мощный монголо-сибирский антициклон. Благодаря ему из центральных областей материка выносятся большие массы континентального холодного и сухого воздуха (зимний муссон). Вертикальная их мощность, достигающая четырех километров, превышает высоту Станового, Хингана и других водораздельных хребтов. Поэтому горные хребты не могут полностью изолировать западное побережье Тихого океана и его окраинных морей от глубокого охлаждения зимним муссоном. Поступления на окраинные моря холодных и сухих воздушных масс высоки по скорости, так как направления муссона в этих широтах совпадают с общим направлением западно-восточного переноса воздушных масс на земном таре.

Охлажденный воздух выносится в сторону Тихого океана настолько систематично и интенсивно, что близость океана почти не оказывает смягчающего влияния на температуру материка. Холодный поток воздушных масс проникает даже в субтропические широты, вызывая замерзание западного побережья Желтого моря. В Шанхае, Ханчжоу среднеянварские температуры. —4° и ниже, тогда как на тех же широтах в Кувейте, Александрии, Каире и на острове Мадейра 12—14°. Летом над Азией вследствие интенсивного прогревания создается пониженное атмосферное давление, в то время как тихоокеанский антициклон усиливается. Это оборачивается тем, что на восточные берега Азии начинают наступать океанические влажные воздушные массы — летний муссон. Он проникает внутрь материка и достигает водораздельных линий хребтов Яблонова, Станового и др. В результате лето на Курильских островах — сырое, дождливое. На Камчатке оно к тому же и холодное — виноваты в этом холодные воды Охотского и Берингова морей, которые омывают полуостров. В Северной Японии большое отрицательное влияние оказывает на климат холодное течение Ойя-Сиво, вызывающее летом туманы, которые экранируют солнечную радиацию и потому понижают летние температуры. Отрицательное влияние Ойя-Сиво усугубляется, если предшествующая зима в Охотском и Беринговом морях отличается большой ледовитостью. Тогда массы льда перекочевывают из морей в воды Ойя-Сиво, холодное влияние последнего увеличивается, и летние температуры в Северной Японии начинают падать. Прямым и печальным последствием этого является существенное снижение урожая риса. Словом, мощные и устойчивые, из года в год повторяющиеся зимние муссоны охлаждают восточное побережье Азии от Чукотки до тропиков. Нигде на земном шаре не выпадает снег в столь низких широтах, как на этой территории.

Охлаждая окраинные моря по всему фронту — от Берингова до Желтого, — зимний муссон аккумулирует в них, особенно в северных, огромные запасы холода в виде льда и вод с предельно низкими температурами. Близость к полюсу холода — Оймякону — приводит к тому, что в этих морях отрицательные температуры фиксируются на глубине 1000 м и более. Запасов зимнего холода, аккумулированного морями, хватает на то, чтобы и в теплое время года охлаждать атмосферу и ухудшать климат окружающих территорий. Зимний муссон, порожденный выхолаживанием центральных областей Азии, образованием монголо-сибирского и полярного антициклонов, не является консервативным процессом. Сибирский антициклон действительно усиливается, если его с севера питают холодные массы воздуха. Но стоит циклонам, миновав Таймырский полуостров, достичь Байкала, как антициклон становится угнетенным и даже исчезает, и на его месте активизируется циклоническая деятельность. Характерно, между прочим, что в период, когда температура вод в Северной Атлантике повысилась и вслед за этим в Арктике наступило потепление, мощность сибирского антициклона снизилась. Ледовитость Байкала уменьшилась. Условия для произрастания лесов в Монголии улучшились. Когда монголо-сибирский антициклон слабеет, меньше выхолаживается и северо-западная часть Тихого океана. Именно здесь, на стыке самого большого материка с самым большим океаном, годовые колебания температуры воды на поверхности достигают наибольшего размаха в Мировом океане. Это обусловливается главным образом сильным влиянием сухих зимних ветров.

Резкая разница между температурами — океаническими и материковыми — приводит к усилению зимнего муссона. А это в свою очередь вызывает раннее появление льда. Когда же начнется перекачка вод, то возникнет противоположный процесс — процесс выравнивания температурных контрастов Между областями азиатского максимума и алеутского минимума. Лед появится позже, объем его снизится, и северо-западная часть Тихого океана будет выхолаживаться меньше. Поэтому вместе с потеплением приатлантического сектора Арктики и Северной Атлантики неизбежно начнется и потепление северо-западной части Тихого океана, т.е. потепление обоих бассейнов произойдет синхронно. Эта синхронность — давно установленная закономерность. Еще в 1924 г., на I Всесоюзном гидрологическом съезде, было отмечено, что состояние Гольфстрима — главное условие, определяющее общий характер зимней погоды не только северо-западной Европы, но и значительной части азиатского материка. В 1955 г. X. П. Погосян на материале аэрологических наблюдений установил, что прогретые и увлажненные массы воздуха мощностью свыше 5 км по вертикали, распространяясь на сушу со стороны Атлантического океана, отепляют не только Европу, но и оказывают определенное влияние на значительную часть Северной Азии вплоть до Якутии. При этом тепло переносится с запада не только по суше, но и через северные моря.

Та же самая закономерность была вскрыта на основании океанографических наблюдений: «Температурная аномалия атлантических вод, наблюдаемая у северо-западного Шпицбергена, должна так или иначе сказаться у Берингова пролива через 4—4,5 года». Если мы опять оглянемся на историю климатов нашей планеты, то нам нетрудно будет вспомнить, что та же синхронность и однозначность отчетливо фиксировались в далеком и близком прошлом. Все свои доказательства мы черпали до сих пор из нынешних обстоятельств, получали в условиях, когда тихоокеанские воды еще не охлаждаются сбросными водами (так для краткости мы будем называть воды, сбрасываемые через Берингов пролив при откачке их из Арктического бассейна). Чтобы понять, как сложится режим тихоокеанских вод в будущем, когда Арктику пересечет поток теплых атлантических вод, которые, отдав свое тепло Северному Ледовитому океану, охлажденными будут сброшены в Тихий океан, надо познакомиться с этими водами поближе в тот момент, когда они будут сброшены, ведь за время путешествия через Арктический бассейн изменятся их температура и соленость.

С другой стороны, нам надо внимательно рассмотреть океанологические характеристики северо-западной части Тихого океана и дальневосточных морей, чтобы представить себе, как прореагируют эти акватории на переброску воды, что будет происходить в их «чреве» в первый, второй, третий... годы перекачки. Первым встречает сброшенные воды Берингово море. Они поступают сюда непосредственно из Чукотского моря, воды которого по характеру своему почти не отличаются от вод центральных областей Арктического бассейна. Поэтому не будет ошибкой считать, что сбросные воды первого года перекачки будут обладать индексами поверхностных вод центральной части Арктического бассейна. А индексы эти таковы: температура —1,7°, соленость 30,0°/00. На втором году перекачки в сброс начнет включаться промежуточная верхняя вода, как мы помним, более соленая, чем поверхностная. Поэтому соленость сбросных вод несколько повысится. А уж на третьем и четвертом годах перекачки, когда промежуточная верхняя вода включится в дело на полную силу, температура и соленость сбросных вод заметно возрастут. На пятом и шестом годах поверхность Арктического бассейна полностью освободится от дрейфующих льдов, очистившаяся ото льда вода будет беспрепятственно и жадно поглощать тепло солнечной радиации.

Тогда температура сбросных вод поднимется выше нуля. На рис. 23 показано, как от года к году будут меняться характеристики сбросных вод после выхода их из Чукотского моря. Итак, первым на пути сбросных вод после того, как они минуют Берингов пролив, явится Берингово море. Оно огромно — по площади и объему — более четверти Арктического бассейна. Холодный период длителен и суров. Физико-географическая обстановка складывается Здесь так, что позволяет рассматривать Берингово море .как гигантский сместительный резервуар, в котором сбросные воды, прежде чем перейти в Тихий океан, полностью или почти полностью будут трансформированы. Что же представляет собой Берингово море сейчас и как будет происходить в нем эта трансформация?

В Берингово море поступает 193 000 км3 тихоокеанских вод. Когда начнется перекачка, этот объем несколько уменьшится, так как сбросные воды оттеснят поступающие сюда тихоокеанские. Поэтому объем тихоокеанского поступления составит примерно 150 000 км3. Учитывать поступления от осадков (1300 км3), материкового стока (650 км3), потери на испарение (700 км3) мы не станем, так как в общем водном балансе они малозначительны. Итак, водный баланс Берингова моря будет выглядеть так: поступившая из Арктического бассейна 140 000 км3/год и Тихого океана 150 000 км3/год масса воды покинет Берингово море через Камчатский пролив в виде Камчатского течения. Сбросные воды будут разбавляться водами Берингова моря. Казалось бы, это соотношение должно быть 1:1. На самом деле оно формально. Дело в том, что большая масса поверхностных вод в Беринговом море вовлечена в замкнутую циркуляцию, в которой будут участвовать я сбросные воды, поэтому вполне допустимо принять, что в Камчатском течении станут участвовать менее 50% .сбросных вод. Если же мы попытаемся исследовать Берингово море по вертикали, т.е. рассмотреть стратификацию водных масс, то убедимся, что для основной массы вод Берингова моря характерна субарктическая структура. Здесь, как и в Арктике, промежуточный слой холоден, летом он не исчезает и тоже подстилается относительно теплыми водами.

Верхняя беринговоморская водная масса в северной я западной областях моря имеет мощность до 150 м; к югу и юго-востоку, к месту встречи с тихоокеанскими водами, она выклинивается. В конце зимы и начале весны температура всего слоя по вертикали отрицательна (около —1,5°, —1,7°). В конце лета благодаря радиационному прогреву температуры на поверхности всюду положительные и достигают 6—7° и более. Летом прогрев делает верхнюю водную массу устойчивой. Зимой, когда вся северная и западная области моря покрыты льдом и поверхность воды сильно охлаждается даже на значительном расстоянии от кромки льда, устойчивость нарушается. Начинается перемешивание с нижними слоями, и верхняя беринговоморская масса трансформируется в промежуточную. Промежуточная водная масса является поэтому по своему происхождению как бы продолжением верхней массы. В суровые зимы она охлаждается до глубины 400 м и более, причем температура падает предельно низко.

К югу глубина, естественно, меньше. Температура и соленость сравнительно устойчивы, но к юго-востоку повышаются: от —1,7 до 4° и от 33,7 до 34,3°/00. Тихоокеанская водная масса залегает ниже 250—400 м. Температура ее всегда несколько ниже 4°, а у дна она понижается до 1,5—1,7°. Соленость 34,3—34,8°/00. Теплые тихоокеанские воды вливаются в Берингово море через проливы Алеутской гряды, которая, как ожерельем, окольцовывает Берингово море в зоне его встречи с Тихим океаном. Поступление вод идет преимущественно через пролив Ближний, который отделяет эту гряду от Командорских островов, расположенных западнее, ближе к азиатскому материку. Войдя в море, теплое Тихоокеанское течение отклоняется вправо и совершает циклоническую циркуляцию вдоль американского побережья,. У острова св. Лаврентия через проливы Шпанберга и Чирикова от него отпочковываются ветви, которые питают сток тихоокеанских вод в Чукотское море.

Основная же часть Тихоокеанского течения отклоняется на запад, а потом на юг. Охлажденные и трансформированные; во время своего путешествия к северу Берингова моря тихоокеанские воды возвращаются на юг вдоль восточного берега Камчатки под названием холодного Камчатского течения. Перед тем как возвратиться в Тихий океан через Камчатский пролив, почти у самого входа в Тихий от Камчатского течения (слева по ходу) отделяется довольно сильная струя — течение Беринга. В отличие от главной струи холодного Камчатского течения дочернее течение Беринга не торопится пока вернуться в Тихий океан, а, идя на восток, на меридиане 170° восточной долготы соединяется с теплым тихоокеанским течением и замыкает, таким образом, циклоническую циркуляцию. В этом круговороте воды перемешиваются непрерывно и быстро, в результате чего тихоокеанские воды существенно трансформируются. Циклоническая циркуляция усиливается зимой и ослабевает летом, оставаясь господствующей формой существования морских течений этого района в течение всего года.

Когда в Берингово море поступят новые, сбросные воды, то под влиянием отклоняющей силы вращения Земли они будут перемещаться к западу в направлении мыса Наврина, прижимаясь ближе к азиатскому материку. Здесь они смешаются с водами Камчатского течения и потекут по его трассе. Циркуляцию вод в Беринговом море сбросные воды принципиально не изменят, но мощь Камчатского течения усилится, во-первых, потому, что оно не будет, как сейчас, расходовать часть своих вод на сток в Чукотское море через Берингов пролив (этому будет мешать плотина), а во-вторых, ничего не теряя» оно одновременно получит «прибавку» в виде арктических вод, сброшенных через ту же плотину из Чукотского моря в Берингово. Так что здесь прибыль двойная. Несомненно, усилится и течение Беринга, особенно в зимнее время, когда северо-западные ветры достигают наибольшей силы и устойчивости. Все это приведет к тому, что арктические воды будут перемешиваться е водами Берингова моря достаточно интенсивно. Теперь мы совсем близки к ответу на главный тревожный вопрос: не охладит ли сброс арктических вод и восточноазиатское побережье и моря после интенсивного перемешивания с тихоокеанскими водами? Но прежде нам надо сделать еще одно отступление — посмотреть, каким теплом встретит Берингово море арктический холод, чтобы увидеть, как «пришлые гости» (сбросные воды) могут изменить тепловой режим «хозяина» (Берингова моря). Не слишком ли много они поглотят тепла и не слишком ли сильно понизят температуру?

Не нанесут ли вред привычному порядку вещей? Современный тепловой баланс поверхности Берингова моря определяется следующими данными (ккал/см2 • год): Отсюда видно, что больше всего тепла Берингово море тратит на эффективное излучение — 33,4, на испарение — 42,2 ккал/см2-год. Если посмотреть, как эти расходы распределяются по временам года, по сезонам, то мы увидим, что летом (май—август) на эффективное излучение тратится 8,6, а зимой (ноябрь—февраль) — 13,0 ккал/см2, соответственно на испарение уходит: летом — 2,2, а зимой — 23,2 ккал/см2. Зимой потери тепла увеличиваются потому, что на поверхность Берингова моря нагнетается, как мы уже видели, сухой и холодный воздух. Его приносят сюда монголо-сибирский антициклон, западно-восточный перенос 1 и сбрасываемые с севера охлажденные воздушные массы, которые формируются над арктическим бассейном, покрытом многолетним паковым льдом. В результате тепловой баланс поверхности моря отрицательный. Берингово море теряет тепла больше, чем приобретает.

Дефицит исчисляется в 28,7 ккал/см2-год. По всей поверхности моря теряется, таким образом, 66х1016 ккал, которые компенсируются морской адвекцией — теплым Тихоокеанским течением. Если поступивший объем тепла мы разделим на объем воды, которая это тепло принесла, то выясним, что тихоокеанская вода в пределах Берингова моря охлаждается на 66х1019 : 15х1019=4,4°. При этом, по имеющимся данным, среднегодовая температура тихоокеанской воды при входе в Берингово море составляет около 6°, а на выходе около 1,5°. Теперь, когда мы познакомились с тепловой жизнью Берингова моря, можно представить себе, как повлияют на эту жизнь холодные сброшенные воды. В первый год перекачки, когда сбросные воды будут наиболее холодными, они принесут с собой холод в объеме 23,8 х 1019 фригорий Ч В последующие годы поступление холода будет снижено до нуля, а с шестого года начнут поступать воды с положительной температурой. На рис. 24 в виде кривых выражены по годам изменения, которые претерпят воды Камчатского течения, когда они смешаются со сбросными. Причем приведенные данные занижены, ухудшены в сторону холода: мы не учитываем здесь благотворного влияния атмосферных процессов над Беринговым морем.

Атмосферные условия с первого же года перекачки будут улучшаться, поскольку Арктический бассейн сразу начнет снижать свою ледовитость со скоростью 20% в год, а следовательно, не только воды, но и воздух начнет наращивать тепло. Однако благотворное влияние теплеющего воздуха нам трудно учесть, так как потребовались бы очень сложные вычисления. Поэтому используем данные заниженные, но зато более надежные. Однако даже при этих заниженных данных выясняется, что температура вод Камчатского течения упадет в первый год перекачки с 1,5 до 0,1°, т. е. самое большее на 1,4°. Данная цифра не выходит за пределы межгодовых изменений температуры в Камчатском течении при нынешних условиях, когда арктические воды еще не начали сбрасываться в Берингово море, т.е. никакой решительной климатической встряски не произойдет. Когда температура в первый год перекачки понизится на 1,4°, Берингово море потеряет тепла 19,6 х 1016 ккал/год. Вернемся к данным на стр. 135 и убедимся, что это не такая уж большая трата. От общего расхода тепла эта потеря составляет всего 8,8%. Если же соотнести потерю тепла, которую в первый год перекачки вызовут сбросные воды, с тем теплом, которое приносят тихоокеанские воды, то от тихоокеанского тепла эта потеря составит всего 29%.

К тому же потеря в 1,4° произойдет только в течение одного, первого года. В дальнейшем же температура начнет повышаться. К концу седьмого года она будет равна современной, а начиная с восьмого — выше современной. И еще одна оговорка — в расчетах по-прежнему не учитывается благотворное влияние улучшения теплового режима Атлантики и приатлантического сектора Северного Ледовитого океана. Растопление арктических льдов неизбежно ослабляет и угнетает арктический и монголо-сибирский антициклоны. Их отрицательное влияние начнет из года в год падать. В результате сбросные воды будут охлаждать северо-западную акваторию Берингова моря в худшем случае один год. На второй год это охлаждение сомнительно. На третий — исключается. Проследуем за сбросными водами дальше на юго-запад и постараемся выяснить их взаимоотношения с водами Охотского моря. Это очень холодное море, которое по своему гидрологическому режиму мало чем отличается от арктических морей. И не удивительно: Охотское море расположено в 500 км от полюса холода (Оймякон) и на несколько большем расстоянии от зимнего центра сибирского антициклона.

Водный баланс моря выглядит так (тыс. км3/год): Приход Расход Поступление из Тихого океана 144,0 Сток в Тихий океан 160,0 Поступление из Японского моря 15,0 Испарение 0,5 Материковый сток 0,6 - Осадки 0,9 Итого 160,5 Итого 160,5 Существенно в этом балансе то, что материковый сток и осадки в три раза превышают испарение. Это приводит к сильному распреснению поверхностного слоя (рис. 25). В результате значительная часть Охотского моря, особенно та, что через южные проливы Курильской гряды питает холодное течение Ойя-Сиво, покрыта водами, плотность которых иногда бывает даже ниже плотности арктической поверхностной воды. Это отрицательно влияет на термину окружающей суши. Зимой три четверти поверхности Охотского моря покрыты льдом. Температура поверхностной воды колеблется зимой от —1,8 до 2°, летом от —1,5 до 15°. Летом верхний слой воды успевает прогреться только до глубины 30—75 м, поэтому под ним остается сильно развитый холодный промежуточный слой. Он залегает до глубины 200—400 м и подстилается промежуточной водной массой. Температура ее в течение года (в зависимости от местоположения) колеблется от —1,7 до 2,8°.

Глубинная тихоокеанская водная масса, подстилающая промежуточную, расположена ниже 1000—1300 м и обладает температурой 1,8—2,3°. Соленость вод в прибрежной части 30,0°/00 и ниже. Она увеличивается от 32,8 на поверхности, через 33,2— 34,5°/00 в промежуточном слое, до 34,4—34,7°/00 в глубинном тихоокеанском. Как и Берингово, Охотское море расходует тепла больше, чем приобретает. Как и в Беринговом море, эти потери связаны преимущественно с эффективным излучением и испарением. Виновники потерь те же — холодные и сухие воздушные массы сибирского антициклона и западно-восточного переноса, а также воздушные массы, пришедшие сюда из Арктики. Дефицит тепла составляет 26 ккал /см2 год. Умножив эту цифру на площадь моря 1 590 000 км2, мы увидим, что для всей поверхности он составляет 41,5x1019 ккал/см2 • год. Эта недостача покрывается за счет адвекции тепла тихоокеанскими водами. Но что отличает термину Охотского моря, так это относительно теплые летние температуры в северных проливах Курильской гряды. Наоборот, юго-западная часть моря — более холодная (рис. 26). Происходит так потому, что тихоокеанские теплые воды поступают через северные проливы, а уходят охлажденными — через южные. Не случайно в восточной части в общем холодного Охотского моря разместилась теплолюбивая фауна. Курильские острова, опоясывая Охотское море, естественным рубежом отделяют его от Тихого океана так же, как Алеутские острова отделяют Берингово море. Через проливы Курильских островов Охотское море широкими полосами обменивается водами с Тихим океаном. В условиях Охотского моря этот обмен происходит энергично, воды перемешиваются интенсивно и сравнительно быстро трансформируются. Перемещаясь к северу, тихоокеанские воды не создают, как в Беринговом море, единого мощного течения, а образуют отдельные устойчивые ветви и частные циркуляции, разнообразные по своей силе. Правые ветви, пройдя вдоль побережья Камчатки, описывают дугу вдоль северных заливов и затем, слившись с левыми струями, обтекают с севера остров св. Ионы.

Возникает циклоническая циркуляция, в которую трансформированные тихоокеанские воды вовлекают распресненные воды Сахалинского залива. Все эти воды образуют Северо-Охотское холодное течение, которое проходит вдоль восточного побережья Сахалина и направляется в южные проливы Курильской гряды. Пройдя проливы, воды Северо-Охотского течения вливаются в Курильское течение (Ойя-Сиво). Как менее плотные, они перекрывают воды Курильского течения и, как более холодные, усиливают их охлаждающую роль. Сток распресненных холодных вод Охотского моря является главной компонентой холодного течения Ойя-Сиво. Следовательно, в теплую часть года воды северо-западной части Тихого океана у южных островов Курильской гряды и у северных островов Японии не столько охлаждаются водами более северного Берингова моря, сколько водами более южного, но лежащего ближе к полюсу холода Охотского моря. Покидая с Северо-Охотским течением пределы Oxoтского моря, мы попадем в северо-западную область Тихого океана и к восточным берегам Японских островов. Здесь сходятся север и юг, сталкиваются субтропические и субарктические водные массы. Именно эта область является ареной их сложного контакта. При оценке охлаждения северо-западной акватории Тихого океана сбросными водами следует иметь в виду, что не все воды Камчатского течения, покидая Берингово море, достигают Японских островов.

Часть их рассеивается слабыми юго-восточными и восточными течениями. Естественно, какая-то часть трансформированных в Беринговом море сбросных вод до подхода к Японским островам также будет рассеяна в массах воды северовосточной части океана и в его циклонической циркуляции. Поскольку сбросные воды в конечном итоге будут поглощаться именно субарктическими, а затем и субтропическими водными массами, необходимо вкратце рассмотреть их основные характеристики. Субтропическая водная масса формируется из вод, которые поступают сюда с юго-запада. Стрежень этих вод составляет теплое течение Куросио. Японский исследователь Масузава ограничивает Куросио вообще сравнительно узкой струей, которая развивает скорость 20 см/сек и выше. Остальную движущуюся массу он относит к «области восточного переноса». Мыс Сиономисаки, расположенный на южной оконечности острова Хонсю (основного в системе Японских островов), являлся как бы рубежом на маршруте этого переноса с юга на север.

К северу от мыса за 34—35° северной широты начинается непосредственный контакт субтропических и субарктических водных масс, а следовательно, в будущем и контакт со сбросными водами. До мыса Сиономисаки субтропический поток доходит как бы в чистом виде. Его показатели в это время таковы: Схематическая Карта северо-западной части Тихого океана (рис. 27) одновременно характеризует течения системы Куросио и контакт субтропических вод с субарктическими. Субарктические водные массы по своему происхождению и характеру зависят от метеорологических условий на континенте, а также, конечно, от тех водных масс, которые поступают сюда из Берингова и Охотского морей. Они занимают поверхностный слой глубиной 300 м, В теплое время года прогреваются только верхние 60— 100 м, а ниже остается слой «вечной жидкой мерзлоты», который называют холодным промежуточным. Деятельным же слоем, т.е. больше всего влияющим на климат окружающих областей, является верхняя толща в 60—100 м. Исследования показали, что температуру деятельного слоя определяет не столько летний прогрев, сколько зимнее выхолаживание и связанная с ним конвекция вод. Холодный промежуточный слой подстилается теплым промежуточным слоем тихоокеанской воды, а затем глубинной и донной. Наблюдениями на «Витязе» установлены характеристики водных масс в районе Курило-Камчатской впадины, где стратификация вод более характерна (табл. 9). Температура субарктической воды к востоку от южных и средних Курильских островов несколько ниже (1—3°), чем к югу от Командорских и Ближних островов (2—4°).

Наличие более теплых субарктических вод в более северных районах объясняется процессами смешения их с водами теплого Алеутского течения, идущими с востока на запад, заполняющими заливы юго-восточной Камчатки и обеспечивающими в них лов теплолюбивых рыб. Охлаждение же вод в более южных районах — результат стока холодных вод Охотского моря. Пройдя Камчатский пролив, Камчатское течение под новым названием Курильское (Ойя-Сиво) спускается к более южным широтам и достигает Японских островов. Здесь и происходит встреча с субтропическими водами, которые несет теплое течение Куросио. Будучи более холодными и более плотными, воды Курильского течения погружаются под теплые менее плотные воды Куросио и вклиниваются полосой между последними Японскими островами. На рис. 27 эта встреча двух течений представлена достаточно наглядно. Чем дальше на юг, тем все больше холодные воды Ойя-Сиво погружаются под теплые воды Куросио, За 35° северной широты они рассредоточиваются, рассеиваются в промежуточном слое пониженной солености, так называемом слое «Д», мощность которого по вертикали достаточно велика — он расположен между горизонтами 300 и 1000 м. Однако фронт контакта двух течений отнюдь не стабилен. Он может быстро менять свое местоположение. Так, в 1951 г. к востоку от 155° западной долготы контакт становился настолько нечетким, что стали говорить о его «размытом характере». Следует еще раз отметить — путь субарктических вод к месту встречи с субтропическими водами неровен и непрост. Характер их меняется весьма неожиданно.

В северных районах Курило-Камчатской впадины, к югу от Командорских островов и пролива Ближнего, субарктические воды оказываются несколько теплее, чем в районах, расположенных южнее на 1000 км и более, так как в этом районе прорываются воды теплого Алеутского течения. Потеплевшая смесь тихоокеанских вод с водами Берингова моря, двигаясь дальше на юг, к субарктической конвергенции охлаждается и перекрывается стоком поверхностных холодных вод Охотского моря. Причем и охлаждение очень неравномерно в разные годы. В теплое время температура вод Ойя-Сиво на подходе к субарктической конвергенции может упасть аномально низко. Эти аномальные понижения вызываются целой цепью причин. Прежде всего понижения зависят от того, насколько суровы были предшествующие зимы в Охотском и Беринговом морях. Суровость же зим в этих морях зависит от зим на азиатском континенте и в Арктическом бассейне, а те в свою очередь в определенной мере зависят от температурных колебаний поверхностных вод Северной Атлантики и Европейского бассейна. Следовательно, в охлаждении вод Ойя-Сиво, как уже говорилось, виноваты не столько воды более северного Берингова моря, сколько перекрывающие их коварные воды более южного Северо-Охотского течения. И, стало быть, сбросные воды не могут стать существенным источником похолодания, потому что, окунувшись в Берингово море, перемешавшись с его водами, они вместе с ними также будут перекрыты менее плотными водами этого течения.

Кроме того, далеко не весь запас холода сбросных вод будет использован на охлаждение вод Куросио. На 3000-километровом пути от Берингова пролива до субарктической конвергенции часть холода будет израсходована на охлаждение вод, сносимых в восточном направлении. Вывод о том, что сброс арктических вод через Берингов пролив, если и приведет к охлаждению вод в северо-западной части Тихого океана, то охлаждение это будет незначительным и недолгим, подтверждается и двумя простыми расчетами. 1. Допустим, что все 140 000 км3 арктических вод с предельно низкой температурой —1,7° доставлены без потерь холода в район субарктической конвергенции. Допустим также, что ни один кубокилометр сбросных вод не ушел под течение Куросио и в пути до Сиономисаки сбросные воды полностью смешались с водами Куросио, объем и температура которых приведены выше.

Напомним, что годовая амплитуда температуры воды на поверхности Куросио в районе мыса Сиономисаки равна 10° и выше, по данным В. В. Леонтьевой, и до 13°, по данным Ю. М. Шокальского. Межгодовые колебания у острова Тайвань равны 3°, а в юго-восточной части Восточно-Китайского моря — 2,5°. На фоне этих колебаний возможное снижение температуры только в предельно неблагоприятных условиях на 1,9° не выйдет из рамок обычных межгодовых колебаний. 2. На перемещение сбросных вод от Берингова пролива до зоны субарктической конвергенции уйдет примерно полтора года. За это время будет очищен от дрейфующих льдов приатлантический сектор Арктического бассейна на площади примерно 2—3 млн. км2. Замена подстилающей поверхности с ледяной и снежной на водную увеличит поглощение солнечной радиации на 32 ккал/см2 • год. Не считая роста тепла морской адвекции, прирост тепла в водах приатлантического сектора Арктического бассейна только за счет изменения альбедо составит 32 х 3 х 10 х 1010=960 х 1015 ккал/год.

Все это тепло будет в конечном счете отдано в атмосферу на ее подогрев, так же как и межгодовые колебания запаса холода в Охотском и Беринговом морях, равные, по нашим расчетам, примерно 400 х 1015 ккал/год, уйдут на охлаждение ее. Подогрев воздуха в Приатлантике в 2,5 раза выше охлаждения, которое могут навлечь сбросные воды в северо-западную часть Тихого океана. Это дает основание считать, что эффект потепления на западе Евразии может погасить эффект похолодания, вызываемого сбросными водами на востоке Евразии. Справедливость такого вывода обосновывается также данными последних исследований. Они, как уже отмечалось, устанавливают, что синоптические процессы над Северной Атлантикой, определяемые ее потеплением, угнетают сибирский максимум вплоть до его разрушения. Разрушение сибирского максимума и выходы западных циклонов зимой на Охотское море оказывают исключительно большое влияние на развитие синоптических процессов северо-западной части Тихого океана, так как такие выходы связаны с выносом тепла на восток Азии. Все это позволяет заключить, что 140 000 км3 воды, переброшенной из Арктического бассейна в Берингово море, не в состоянии в заметном объеме на сколько-нибудь длительное время охладить северо-западную часть Тихого океана, северные острова Японии и наше Приморье. Максимальная аномалия, которую может дать охлаждение, не выйдет за пределы похолоданий, происходивших за последние 30—40 лет.

Непривычных понижений температуры не произойдет. Даже в самом худшем случае при максимальной аномалии охлаждение продлится не больше двух лет, и то оно скажется только в теплый период года. В холодные периоды похолодания, сверх обычно наблюдаемых, вообще исключаются. В целях предосторожности в сельскохозяйственном производстве в период первых двух лет перекачки необходимо провести некоторые профилактические мероприятия: ограничиться более хладостойкими культурами, чем те, которые обычно возделываются в области нашего Приморья и в Северной Японии, а также оградить многолетние культуры от возможных весенних похолоданий (окучивание, укрытие, задымление, вентиляция и прочие обычные меры, применяемые при ожидании весенних заморозков).

Обсудить]]>
Гольфстрим в Арктическом бассейне https://zemnoyklimat.ru/page/golfstrim-v-arkticheskom-bassejne https://zemnoyklimat.ru/page/golfstrim-v-arkticheskom-bassejne Sun, 30 Jan 2011 16:45:46 +0300

На распределение плотности и вообще на плотность морской воды температура воды имеет большее влияние, нежели ее соленость. -  Ю. М. Шокальский

Итак, мы доказали, что создать Полярный Гольфстрим можно. Однако некоторые исследователи, познакомившись с проектом, утверждают, что атлантические воды, поскольку они тяжелее, чем поверхностные арктические, будут при прямотоке так же, как и сейчас, погружаться в глубины бассейна; прямотоку не под силу вывести их на поверхность. Другие считают, что переброска вод из Чукотского моря в Берингово поднимет в Арктическом бассейне и глубинные холодные воды, и тепловой эффект прямотока будет сведен к нулю. Третьи высказывают опасение, что холодные воды Арктики, если их сбросить в Берингово море, при перемещении на юг усилят холодное Камчатское течение, а затем и холодное течение Ойя-Сиво, в результате вместо потепления будут охлаждены наше Приморье и Японские острова. Чтобы опровергнуть эти доводы, которые сводятся к одному — создавать Полярный Гольфстрим нецелесообразно, нужны количественные обоснования. Остановимся на них подробнее.


Во-первых, станут ли воды Полярного Гольфстрима пересекать Арктический бассейн по поверхности. Как уже говорилось, чем больше поступает атлантических вод в Арктический бассейн, тем выше поднимаются их температура и соленость. Причем во всех случаях воды эти погружаются в глубины бассейна. Отсюда и возникла мысль, что и прямоток не сможет предотвратить это погружение. Однако тщательный анализ показал, что возражение это не правомочно. Установлено, что температура при достаточном росте не только тормозит повышение плотности, которое в свою очередь определяется ростом солености, но даже понижает ее. Это хорошо доказали сопоставления наблюдений Фр. Нансена в 1894—1896 гг. на «Фраме» и С. О. Макарова на «Ермаке» в 1898 г. с наблюдениями много лет спустя. Верхняя граница слоя атлантической воды на севере Баренцева моря находилась во времена Нансена и Макарова на глубине около 200 м. К 1933 г. после ряда лет повышенного поступления теплых атлантических вод в Арктический бассейн верхняя граница не опустилась, а, наоборот, поднялась до отметок 50—70 м, т. е. на 130— 150 м.

В другом районе, к северу от Карского моря, экспедиция Нансена в 1895 г. обнаружила верхнюю границу теплых вод на глубине 200 м. Спустя 40 лет, в 1935 г. ледокол «Садко» приблизительно в том же районе нашел теплые воды уже гораздо выше — на глубине 110 м. С ростом температуры, как видим, уровень теплых вод поднимался ближе к поверхности бассейна. Справедливо заметить, что изменения эти за 40 лет, вероятно, не происходили непрерывно. Видимо, повышения чередовались с понижениями. Когда же происходили понижения максимальной и средней температур атлантических вод, тогда и уровень их верхней границы неизбежно понижался. Это убедительно демонстрируют материалы гидрологических станций, когда берешь показания 1931 г., года с высокими температурами атлантических вод и сравниваешь их с данными более поздних лет. Сейчас при противотоке атлантические воды поднимаются к поверхности, стоит только повыситься их температуре, но этому мешают, как известно, холодные распресненные воды, непрерывно перемещающиеся с востока на запад. Благодаря такому перемещению холодный поверхностный слой над атлантическими водами все время возобновляется, а поскольку его плотность вследствие -распресненности мала, то он и мешает атлантическим водам выйти на поверхность.

Когда начнется межокеаническая переброска воды с запада на восток, то в первую очередь будут удалены воды самого поверхностного, наименее плотного слоя. Закрывается и другой важный источник распреснения: плотина в Беринговом проливе не пропустит в Арктику 36 000 км3/год тихоокеанской воды, чья распространяющая роль очень велика. Два серьезных врага, которые мешали теплым атлантическим водам выйти на поверхность, будут устранены. Поэтому, когда начнется переброска вод из Чукотского моря в Берингово, атлантические воды получат дополнительные благоприятные импульсы для выхода на поверхность. Следует отметить, что переброска в Берингово море 140 000 км3/год равносильна тому, чтобы ежегодно понижать уровень Арктического бассейна на 16 м. Это понижение будет происходить только за счет поверхностного слоя, мощность которого поэтому быстро сократится, а следовательно, у него будет все меньше сил, чтобы помешать атлантическим водам выйти на поверхность. Естественно, с той же дополнительной скоростью, с какой будет падать мощность поверхностного слоя, будет подниматься верхняя граница атлантической воды.

То, что картина будет именно такова — теплые атлантические воды начнут подниматься на поверхность, едва с севера и востока ослабнет напор холодных распресненных вод,—подтверждают не только теоретические расчеты, но и накопленный опыт практических наблюдений над режимом вод в полярных широтах. Так. в годы, когда напор Восточно-Гренландского холодного течения ослабевает, напор теплых атлантических вод в Датском проливе усиливается, и язык теплых вод Ирмингера у берегов Северной Исландии не погружается под ответвления менее плотных вод Восточно-Гренландского течения, как это обычно имеет место, а, наоборот, по поверхности устремляется на восток и северо-восток. В районе Ньюфаундлендской банки обычно господствуют холодные воды течения Лабрадор, а в период ослабления северного потока холодных распресненных вод теплые атлантические вытесняют поверхностные холодные воды Лабрадора, а сами выходят на поверхность.

Другое обстоятельство, которое может вызвать возражение, это отсутствие ясности, в течение какого срока атлантические воды могут выйти на поверхность. Поэтому нам надо рассмотреть, как начнет меняться во времени соотношение температуры, Солености и плотности при переброске вод из Чукотского моря в Берингово. Точное определение соотношений во времени этих величин является делом очень громоздким и сложным, поэтому мы ограничимся преимущественно итоговыми данными, попутно указывая, откуда они получены. Температура атлантических вод, вступающих в Арктику, повысится, как уже говорилось, с 1,9 до 8,2°. Насколько быстро будет повышаться эта температура, можно определить исходя из современных скоростей перемещения вод системы Гольфстрима от мыса Гаттерас до Ньюфаундленда и далее до Фареро-Шетландского пролива, а затем до современной границы погружения под распресненный слой арктической воды. Расчеты показывают, что температура будет расти со следующей скоростью: на втором году она поднимется с 1,9 до 4,5°, на третьем — с 4,5 до 7°, на четвертом с 7 до 9°; дальнейший рост температуры за пределами пятого года уже не нужен, и температура будет стабилизирована, что легко достигнуть регулированием объема перекачки.

Соленость атлантических вод при входе в Арктический бассейн в условиях полного устранения встречного потока распресненных арктических вод, естественно, повысится. Однако максимальное осолонение составит не более 35,4— 35,5 против современного 34,95°/00. В этом убеждают данные Морского атласа о солености вод Северной Атлантики и данные о распреснении их атмосферными осадками и береговым стоком за широтой 45°. Что же касается повышения солености во времени, то, руководствуясь приведенными данными и скоростями перемещения вод в системе Гольфстрима, как наиболее вероятный может быть принят следующий рост солености при входе в Арктический бассейн: на втором году перекачки — 35,15; на третьем — 35,25; на четвертом — 35,30; на пятом — 35,35°/00. За пределами пятого года рост солености будет незначительным, а после десятого года она, вероятно, не превысит 35,4°/00. Установленные по годам изменения температуры и солености определяют изменения индекса плотности (табл. 8). Для того чтобы удержать атлантические воды в Арктическом бассейне на их современных глубинах при указанном росте температуры (см. табл.), соленость должна достигать: после первого года перекачки 35,30; после второго 35,65; после третьего 36,03; после пятого 36,17: после десятого 36,26°/00.

Однако, как мы видели выше, привлечение „ в Арктический бассейн атлантических вод с соленостью 35,5, а тем более свыше 36°/00 невозможно. Отсюда нетрудно сделать вывод, что при откачке арктических вод в Беринговом проливе поступление теплых атлантических вод хотя и будет сопровождаться увеличением солености, однако рост плотности исключается. Повышение температуры атлантических вод не только погасит эффект увеличения плотности, определяемого ростом солености, но и понизит ее. Поэтому теплые атлантические воды будут пересекать Арктический бассейн в его поверхностном горизонте. В начале главы мы говорили о сомнениях некоторых исследователей относительно проекта создания Полярного Гольфстрима. Чтобы их разрешить, надо ответить еще на один вопрос: будут ли глубинные воды вовлечены в межокеаническую переброску? Если бы Арктический бассейн был наполнен водой одной и той же плотности, это могло бы произойти. В действительности же — картина другая (см. табл. 6).

Глубинные воды Арктического бассейна,подстилающие теплые атлантические воды, являются наиболее тяжелыми из всех водных масс, заполняющих ложе Мирового океана. Они имеют высокую соленость и вместе с тем самую низкую температуру, а потому и наибольшую плотность. Вместе с антарктическими холодными водами они, опускаясь, охлаждают глубинные воды Мирового океана под экватором. Как известно, воды высокой плотности могут опускаться, но не подниматься. Океанолог Д. Р. Дикон установил, что возмущающие силы, способные вызывать вертикальное перемешивание, в общем недостаточно велики, чтобы преодолеть даже слабые градиенты плотности. Это видно из следующих примеров, наблюдаемых в природных условиях.

Подъем глубинных вод наблюдается, к примеру, у северо-западных берегов Африки, так как преобладающие и устойчивые пассатные ветры отгоняют от береговой линии поверхностные воды. Им на смену как компенсация поднимаются воды с глубины 100—200 м, либо самое большее с 300-метровой глубины. Уклон поверхности океана при этом достигает 4 см на 1000 км. Аналогичное явление наблюдается и у Калифорнийского побережья под 41 — 35° северной широты. У Арктического бассейна общий уклон поверхности не превысит при откачке, как показывают расчеты, 8—10 см. Стало быть, удельный уклон будет меньше, чем близ берегов Африки или Калифорнии, и, следовательно, исключено, чтобы к поверхности поднялись горизонты воды, расположенные ниже 200—300 м. Надо сказать, что подсос вод с глубины 200— 300 м и тем более с 500—600 м был бы даже желателен, так как это подняло бы температуру над шельфом Чукотского моря.

В результате именно в этой области повысилась бы скорость разрушения дрейфующих льдов, потому что сюда будут стекаться ледяные поля до самого последнего момента — ведь она конечная на их пути. К сожалению, данное обстоятельство невозможно. Причины таковы. В 1960 г. Ю. Г. Рыжков, а потом и другие ученые теоретически обосновали следующее: при удалении поверхностных вод обязателен подъем глубинных. Было установлено, что существует зависимость между вертикальной устойчивостью поверхностного слоя и глубиной, с которой поднимаются воды под действием сгонного ветра. На рис. 22 приводится график этой зависимости. Из графика видно, что если устойчивость Е8=2 000—3 000, то вода поднимается не более чем с глубины 30—50 м, а при Е8=500 она поднимается с глубин 200—250 м; т. е. чем менее устойчивы поверхностные воды по вертикали, тем с большей глубины могут подниматься глубинные воды. Ю. Г. Рыжков так и пишет: «Совершенно очевидно, что максимальный подъем глубинных вод к поверхности океана существует только в области малых величин вертикальной устойчивости, а в области весьма устойчивой стратификации подъем воды не превышает 40 м».

Примерно к таким же количественным выводам приходят и другие исследователи. Просмотрев карту и гидрологические разрезы Арктического бассейна, легко установить, что почти весь Арктический бассейн покрыт поверхностными водами с большой вертикальной устойчивостью (Е8=2000 и выше), а области с небольшой величиной вертикальной устойчивости (Е8 = 500) крайне ограничены и встречаются лишь в районе Земли Франца Иосифа. А раз так, то возможен подъем лишь только подповерхностных вод с горизонта 30— 40 м. Подъем же не только глубинных, но даже современных теплых атлантических вод исключается. Наряду с теоретическими расчетами этот вывод подтверждают и натурные наблюдения над движением вод Арктического бассейна. Его поверхностные воды в объеме 175 000 км3/год стекают в Атлантику с востока на запад. Как уже отмечалось, максимальная скорость стока наблюдается в самом поверхностном слое. Чем глубже, тем скорость становится меньше и на горизонте 100— 200 м она уже равна нулю, т. е. воды, расположенные ниже этой глубины, уже не участвуют в стоке. Теплые атлантические воды, таким образом, не только не вовлекаются в поверхностный сток с востока на запад, но, наоборот, почти по всему Арктическому бассейну перемещаются в противоположном направлении — с запада на восток.

Когда начнется откачка воды из Чукотского моря в Берингово, то в направлении к Чукотскому морю будут перемещаться по всему Арктическому бассейну преимущественно поверхностные воды. В этом поверхностном слое разовьется и максимальная скорость перемещения. Слой воды на глубине 100—200 м, где скорость нулевая, т.е. слой, который практически неподвижен, под воздействием отсасывающей силы беринговой плотины тоже начнет перемещаться на восток, но со скоростью, значительно меньшей, чем на поверхности. Большая вертикальная устойчивость мешает глубинным массам подняться к насосам. Для этого требуется огромная энергия. Для вовлечения одного кубометра воды с горизонта, занятого промежуточной нижней водной массой, необходима затрата работы, равная (1028,09 —1024,50) х (630+172+64) = 3100 кг/м.

Такой потенциальной мощностью глубинные воды Арктического бассейна не располагают. Следует попутно заметить, что на подступах к будущей плотине в радиусе примерно 1000 км простирается огромное мелководье Восточно-Сибирского и Чукотского морей, на площади которого нет глубин, превышающих 200 м. Это создает идеально благоприятные условия для того, чтобы только поверхностные воды могли поступать к насосным системам в Беринговом проливе. Переброска вод из Чукотского моря в Берингово, создание Полярного Гольфстрима существенно изменят стратификацию и динамику водных масс Арктического бассейна. В первую очередь с поверхности Арктического бассейна будет удаляться наиболее легкая арктическая поверхностная вода, во вторую — промежуточная верхняя. Объем арктической поверхностной воды составляет ~ 321 000, а промежуточной верхней — 864 000 км3. При ежегодной переброске 140 000 км3/год первый слой будет удален формально в течение двух лет, а второй — в течение шести. Так как эти воды будут замещаться теплыми атлантическими, то надо ожидать, что к концу восьмого года стратификация вод Арктического бассейна значительно упростится. Вместо пяти слоев водных масс останутся три: атлантическая, промежуточная нижняя и донная.

При этом значительно возрастет мощь атлантической воды и промежуточной нижней. Слой донной воды будет потеснен, уменьшен, а две водные массы — арктическая поверхностная и верхняя промежуточная — полностью ликвидируются. Восьмилетний срок следует считать предельным. Это теоретический срок. В действительности изменения в стратификации произойдут несколько раньше: верхняя промежуточная вода частично будет вынесена в Европейский бассейн и в Баффинов залив, а частично, когда льды будут уничтожены и она окажется открытой, не защищенной перед ветрами, гуляющими над поверхностью океана, они, эти ветры, перемешают ее с подстилающими атлантическими водами. Ветры же могут перемешивать воду на глубине 50—100 м. Можно, казалось бы, ожидать и постепенного осолонения Арктического бассейна, поскольку увеличится нагон более соленых атлантических вод. Однако практически этот процесс произойдет медленно, так как основная масса атлантических вод транзитом, прямотоком идет в Тихий океан, не успевая перемешаться с глубинными водами настолько тщательно, чтобы «осолонить» их. Береговой же сток будет по-прежнему оставаться важным источником опреснения, влияние которого будет сохранено лишь в прибрежной зоне.

Значительные изменения претерпит не только стратификация, но и динамика вод Арктического бассейна. Поверхностные теплые атлантические воды станут перемещаться в главной своей массе с запада на восток по траекториям, близким к дугам больших кругов с общим направлением к Берингову проливу. Но стрежень теплых атлантических вод под влиянием силы Кориолиса с еще большей четкостью, чем ныне, будет прижат к северному побережью Евразии, что для будущего потепления климата в области евразийского побережья является благоприятным фактором. Время перемещения атлантических вод от Шпицбергена до Чукотского моря, которое в современных условиях составляет пять лет, сократится примерно до двух с половиной лет.

Обсудить]]>
Мировой океан, морские течения и их роль в формировании климата https://zemnoyklimat.ru/page/mirovoj-okean-morskie-techenija-i-ih-rol-v-formirovanii-klimata https://zemnoyklimat.ru/page/mirovoj-okean-morskie-techenija-i-ih-rol-v-formirovanii-klimata Thu, 20 Jan 2011 16:43:29 +0300

Теплые течения — трубы водяного отопления земного шара. А, И. Воейков


Мировой океан, или гидросфера Земли, объединяет почти все океанические и морские воды, имеющие единую поверхность. Он занимает почти три четверти поверхности земного шара — 361 млн. км2, в то время как суша — только 149 млн. (рис. 14). Средняя глубина относительно невелика — 3,8 км. Столь тонкую гидросферу можно уподобить пленке толщиной в 1 мм на глобусе диаметром 3 м. Но она играет огромную роль в органической жизни и климатах Земли. Океан — колыбель жизни. В далеком прошлом в теплых и тихих морских лагунах возникли и развивались первые живые клетки, а потом и простейшие организмы. Если бы жидкая пленка испарилась, то на обсохшей Земле не нашлось бы ни одного уголка для современного высокоразвитого органического мира. Да и тепловой режим стал бы иным — в январе на Северном полюсе вместо современной средней температуры —30° стало бы —80°.

Океаническая поверхность из всех естественных поверхностей Земли является лучшим поглотителем солнечной радиации. Но та же поверхность в другом агрегатном состоянии (лед и снег) является наиболее совершенным отражателем. Хотя температурная гамма поверхности океана и приземного слоя атмосферы невелика, но вода в этом тесном диапазоне довольно часто и быстро меняет свое состояние. Такая изменчивость резко сказывается на климате. Океан —огромный дистиллятор. Он ежегодно испаряет 448 000 км3 воды, а континенты — только 71 000. Чем теплее океан, тем больше он испаряет влаги. Влажный воздух, укрывая планету, понижает утечку тепла в космическое пространство, лучше орошает земли и облегчает земледельцу выращивание обильных урожаев. Океан — мощный терморегулятор планеты. Благодаря большой массе воды и её высокой теплоемкости (в 3200 раз больше, чем у воздуха) он летом аккумулирует солнечное тепло и расходует его зимой на обогрев атмосферы, выравнивая межсезонную изменчивость климата. В ряде случаев океан выравнивает и межгодовые колебания.

Материки не способны аккумулировать тепло, поэтому континентальность климата, как правило, возрастает с удалением от границ с океаном. Воды океана находятся в беспрерывном движении. Они больше, чем суша, поглощают солнечное тепло и являются генеральным поставщиком энергии в глобальные ветровые системы. Ураганы и штормовые ветры энергично перемешивают и перемещают водные массы. Так, течение Западных ветров в Южном полушарии ежегодно переносит вокруг Земли около 6 млн. км3 воды, что равно двум объемам Средиземного моря. Особенно активен поверхностный 100—200-метровый слой. Но и подповерхностные и даже придонные слои океана находятся в вечном движении. Морские течения приносят большие массы тепла и холода. Частица воды может совершить в Мировом океане любые кругосветные путешествия, меняя свое состояние, нагреваясь под экватором и обращаясь в лед в полярных водах обоих полушарий.

Морские течения вместе с воздушными выравнивают температуру между полярными и тропическими широтами и полностью выполняют роль, отмеченную в эпиграфе словами А. И. Воейкова. В табл. 4 приведены температуры по широтным поясам, вычисленные и наблюдаемые. Разность является результатом теплообмена, определяемого циркуляционными процессами в атмосферной и гидросферной оболочках Земли. Легко видеть, как сильно сказывается межширотный теплообмен на температурное поле Земли. Если бы его не было, то в экваториальном поясе температура поднялась бы на 13°, а в широтах от 60° северной широты до полюса температура в среднем снизилась бы на 22°. На широтах Москвы и Ленинграда господствовал бы климат современной Центральной Арктики, т.е. совершенно непригодный для растительного мира. Таблица 4 Количественное представление о межширотном переносе тепла морскими и воздушными циркуляционными процессами дает табл. 5. Как видно из таблицы, приход солнечной коротковолновой радиации быстро уменьшается от экватора к полюсу, что находит объяснение в шарообразности Земли. Потери через длинноволновую радиацию, наоборот, остаются почти неизменными во всех широтных поясах, так как шарообразная поверхность Земли здесь не имеет значения. Отсюда возникает относительный избыток тепла в широтах ниже 40° и недостаток выше этой границы, что порождает контрасты температур, приведенных в табл. 4. В реальных условиях, как мы видели, избыток и недостаток тепла уравновешиваются за счет межширотного теплообмена, осуществляемого через механизмы водо- и воздухообмена.

Практический интерес представляет вопрос — кому же принадлежит определяющая роль в транспортировке тепла от планетарного котла к планетарному холодильнику, т.е. от экваториальных и тропических широт к полярным? Морской или воздушной адвекции? В разное время вклад каждой из этих адвекций различен. В современных условиях и в более холодных в прошлом, когда Арктический бассейн в значительной своей части круглый год покрыт дрейфующими льдами, морская адвекция относительно невелика, но по мере того, как в Арктический бассейн нагоняются атлантические воды, ее роль возрастает. Современное соотношение морской и воздушной адвекций отдельными исследователями определяется по-разному: от 1:2 в пользу воздухообмена до 1:1,5 в пользу морской адвекции. Мы же в своих расчетах воздушную адвекцию в счет принимать ; не будем, так как ее относительная и абсолютная значимость в акриогенных условиях естественно падает. Тот относительно небольшой вклад тепла, который вносит воздушная адвекция, мы будем резервировать в «запас прочности».

А. И. Воейков, называя морские течения регуляторами температуры, считал, что «воздушные течения далеко не в такой степени содействуют уравнению температур между экватором и полюсом, как морские течения, и по своему прямому влиянию в этом отношении не могут сравняться с последними. Но косвенное влияние их очень велико». П. П. Лазарев в 1927 г. построил модель океанических и атмосферных циркуляций. Эта модель показала, что океанические течения, проходя через Северный полюс и принося в полярную область большое количество тепла, отепляют ее. Отдавая должное советскому экспериментатору, англичанин Брукс отмечал: «Когда модель отображала современное распределение суши и моря, возникавшие в бассейне течения до мелочей оказывались сходными с ныне существующими течениями ... В моделях, воспроизводивших условия теплых периодов, океанические течения проходили через полюс, между тем как в моделях холодных периодов ни одно течение не пересекало полюса». Брукс отвергал самодовлеющую роль атмосферной циркуляции и считал, что возможные ее изменения не способны сами по себе, без привлечения других факторов, вызвать крупные климатические изменения. «Роль атмосферной циркуляции, — писал он, — следует рассматривать как регулирующую, иногда, возможно, усиливающую, но не порождающую крупнейшие климатические колебания».

Если морские течения, по меткому определению А. И. Воейкова, служат терморегуляторами климата, то этого нельзя сказать о макроциркуляциях атмосферы. Из всех климатообразующих факторов, как отмечал Б. Л. Дзердзеевский, они при своей динамичности являются наименее постоянным фактором. Анализ донных отложений в Арктическом бассейне также подтвердил, что именно морские течения по сравнению с воздушными играют определяющую роль в формировании климата. В тех случаях, когда теплые атлантические воды слабо проникали в Арктический бассейн, температура в полярных широтах падала. Низкая температура приводила не только к восстановлению ледяного покрова бассейна, но и к возрождению ледниковых щитов на континентах. Придавая огромное значение направлениям морских течений в формировании климата, А. И. Воейков писал: «Не вправе ли мы сказать, взвесив главные условия, влияющие на климат: без всякого изменения массы нынешних течений, без изменений средней температуры воздуха на земном шаре опять возможна температура в Гренландии, подобная бывшей там в миоценовый период, и опять возможны ледники в Бразилии. Для этого требуются лишь известные изменения, направляющие течения иным образом, чем теперь».

Много лет спустя академик Е. К. Федоров указал на необходимость тщательного изучения возможных изменений климата в связи с отклонением некоторых морских течений, считая, что оно должно стать одним из важнейших направлений в наших исследованиях. Поэтому будет полезным напомнить краткие характеристики современных океанических течений. Наиболее мощным теплым течением Мирового океана, оказывающим решающее воздействие на климат Северного полушария, является система течений Северной Атлантики под общим названием Гольфстрим. Система охватывает огромное пространство от Мексиканского залива до берегов Шпицбергена и Кольского полуострова. Собственно же Гольфстримом называется участок от места слияния Флоридского течения с Антильским (30° северной широты) до острова Ньюфаундленд. На широте 38° мощность достигает 82 млн. км3/сек, или 2585 тыс.км3/год.

В районе Новой Шотландии и южного края Ньюфаундлендской банки Гольфстрим соприкасается с холодными распресненными водами течения Кабота, а затем с водами холодного течения Лабрадор. Мощность Лабрадора составляет примерно 4 млн. м3/сек. Оно вместе с холодными водами выносит в район Большой Банки морские льды и айсберги. Льды морского происхождения обычно держатся над самой банкой и, попадая в воды Гольфстрима, быстро тают. Айсберги же имеют более продолжительную жизнь. Попав в воды Гольфстрима, они дрейфуют на северо-восток и далее снова на север, а нередко совершают длительное плавание по всей Северной Атлантике. В исключительных случаях они заносятся на юг, почти до 30° северной широты, а на восток почти до Гибралтара. Значительная часть айсбергов распространяется по окраинам Большой Банки, особенно по северным, где, садясь на мель, они остаются до тех пор, пока не растают настолько, что их уменьшенная осадка позволяет им продолжать свой дрейф дальше. Помимо морских льдов и айсбергов в районе Ньюфаундленда, как и у берегов Лабрадора, встречается и донный лед, по мере образования всплывающий на поверхность и участвующий в общем дрейфе льда.

Поскольку температурная разность контакта Гольфстрима и Лабрадора очень велика, воды Гольфстрима сильно охлаждаются. Пройдя Большую Ньюфаундлендскую банку, Гольфстрим под названием Северо-Атлантического течения движется на восток со средней скоростью 20—25 км/сутки и по мере продвижения к берегам Европы принимает северо-восточное направление. За банками Ньюфаундленда оно отделяет ветви-рукава, теряющиеся в водоворотах. Около 25° западной долготы от южного его края отходит большая ветвь Канарского течения к Пиренейскому полуострову. При подходе к Британским островам от Северо-Атлантического течения отделяется с левой стороны большая ветвь — течение Ирмингер, направляющееся на север в сторону Исландии; основная же масса, пересекая порог Уайвилла-Томсона, проходит в проливе между Шетландскими и Фарерскими островами и входит в Норвежское море. Линия порогов Уайвилла-Томсона, а затем Гренландско-Исландский порог являются четкой границей между Атлантическим и Ледовитым океанами. На глубине 1000 м к югу от Фареро-Шетландского порога, имеющего глубину менее 500 м, температура воды почти на 8° выше, чем к северу.

Соленость на той же глубине с южной стороны порога больше на 0,3°/00. Объяснение этой исключительной контрастности кроется в отклонении к западу глубинных слоев теплых вод на южной стороне, в то время как на северной стороне порога холодные воды отклоняются им на восток. В результате на севере от порога вся глубоководная часть Гренландского и Норвежского морей заполнена очень холодной и плотной водой. Эта система порогов также разграничивает области с преобладанием на поверхности атлантических и арктических вод. Северо-Атлантическое течение, минуя пролив между Фарерскими и Шетландскими островами, под названием Норвежского теплого течения проходит вдоль западного побережья Скандинавского полуострова.

В районе пересечения Северного полярного круга, с левой стороны от него отходит ветвь самостоятельного потока теплых вод, имеющая во все сезоны года устойчивое направление на север. Западнее мыса Нордкап, от Норвежского течения с правой стороны отходит на восток в Баренцево море Нордкапское течение. Восточнее 35 меридиана оно хотя и разбивается на мелкие струи, но играет заметную роль в термине Баренцева моря. Так, малая по мощности Мурманская ветвь делает Мурманский порт открытым круглый год для свободного плавания судов любого типа.

Вследствие большей плотности атлантические воды на значительной части акватории Баренцева моря погружаются под легкие слои местной воды. Часть атлантических вод проникает в Карское море. Вместе с тем теплая атлантическая вода под слоем местной полярной воды заходит в Баренцево море также и с севера, со стороны Арктического бассейна по глубоким желобам западнее и восточнее Земли Франца-Иосифа, куда она попадает как ответвление от уже глубинного Шпицбергенского течения. Левая ветвь Норвежского течения после отхода от него Нордкапской ветви идет на север под названием Шпицбергенского. Основной поток его при входе в пролив Шпицберген-Гренландия теряет часть своей кинетической и тепловой энергии за счет того, что пролив отражает часть водных масс и за счет бокового смешивания с водами встречного холодного Восточно-Гренландского течения. Отраженные водные массы движутся вначале в западном, а затем в южном направлении, вклиниваются в холодные струи Восточно-Гренландского течения и, смешиваясь с ними, образуют круговые течения в районе нулевого меридиана и 74—78° северной широты. Шпицбергенское течение проходит вдоль западных берегов Шпицбергена со скоростью около 6 км в сутки, со средней температурой воды 1,9° и соленостью 35°/00.

Севернее Шпицбергена вследствие разности плотностей оно опускается под арктические воды и продолжает свой путь в Центральной Арктике уже в виде глубинного теплого течения. Но это не единственное место, где шпицбергенские теплые воды погружаются под холодные арктические. На Гренландском восточном мелководье всюду на глубинах более 200 м господствуют их высокие положительные температуры. Эти теплые воды могут проникать глубоко в заливы и фиорды. Разумеется, такое глубокое проникновение под встречные, быстро продвигающиеся на юг распресненные воды, несущие с собой не только паковые льды с глубокой осадкой, но и айсберги, не может происходить без большой потери кинетической энергии и тепла. Работами станции «Северный полюс-1» установлена весьма активная роль атлантических вод в отеплении верхнего холодного слоя. Даже зимой, несмотря на низкие зимние температуры воздуха, атлантические воды, действуя на льды снизу, все время их ослабляют. Это относится и к местным льдам, и к льдам, выносимым из Центральной Арктики в Гренландское море. Пробег вод Гольфстрима от Флоридского пролива до порога Томсона занимает 11 месяцев, а от порога Томсона до Шпицбергена около 13 месяцев.

Течение Ирмингера, отделившись при подходе к северным берегам Британских островов от Северного Атлантического течения, приобретает направление на север в сторону Исландии. Примерно на 63° северной широты течение раздваивается. Правая его часть уходит в Датский пролив и своими теплыми водами омывает не только западные берега Исландии, но и северные. В этом районе оно входит в соприкосновение с исландской ветвью Восточно-Гренландского течения и, смешиваясь с ее водами, охлаждается и движется на юго-восток. Левая, более мощная часть Ирмингера после разветвления поворачивает на юго-запад, а затем на юг, под косым сечением встречается с потоком вод и льдов Восточно-Гренландского течения. На стыке вод температура на расстоянии от 20 до 36 км понижается с 10 до 3°. В районе южной оконечности Гренландии течения Ирмингер и Восточно-Гренландское концентрически огибают мыс Фарвель и всю юго-западную часть острова и под названием Западно-Гренландского течения проходят через пролив Девиса в Баффинов залив. Восточно-Гренландское холодное течение, служащее основным трактом для стока вод и выноса льда из Арктического бассейна, получает свое начало на материковой отмели Азии. При постепенном перемещении от материка на север течение в районе Полюса раздваивается: одна ветвь направляется в американский сектор Арктики, другая — в сторону Гренландского моря.

У северо-восточного побережья Гренландии в Восточно-Гренландское течение вливаются воды холодного течения, идущего с запада вдоль северного побережья Гренландии. Ширина Восточно-Гренландского течения у 75—76° северной широты — 175— 220 км, скорость возрастает от двух миль в сутки под широтой 80° до 8 миль под 75°, до 9 миль под 70° и до 16— 18 миль под 65—66° северной широты; температура воды всюду ниже 0°. Пройдя Датский залив, оно соприкасается с теплым Ирмингером и вместе с ним огибает мыс Фарвель. В этом районе морские льды и айсберги, попадая в струи теплых вод, быстро тают. У мыса Фарвель ширина пояса плавучих льдов в отдельные месяцы достигает 250— 300 км, но благодаря теплым водам Ирмингера, севернее мыса Дезолейшн (62° северной широты), льды никогда не образуют здесь сомкнутого покрова, а ширина их пояса не превышает нескольких десятков километров.

Лабрадорское течение является продолжением холодного течения Баффиновой Земли, берущего начало у пролива Смита. Оно проходит вдоль берегов полуострова Лабрадор и далее на юг вдоль восточного берега Ньюфаундленда; мощность его примерно 130 000 км3/год. Оно несет морские льды и айсберги и, как уже отмечалось, сильно охлаждает воды Гольфстрима. Воды Лабрадора остаются холодными весь год, охлаждая и все омываемое им побережье. Тундровая растительность на Ньюфаундленде обязана своим существованием холодным водам Лабрадора. Примечательно, что почти на той же широте, но по другую сторону Атлантики, во Франции, произрастают лучшие сорта винограда. Рассматривая трассы течений Северной Атлантики, мы убеждаемся, насколько прав был А. И. Воейков, когда говорил, что направление морских течений играет огромную роль в формировании цлимата.

На одном и том же меридиане расположен далеко за полярным кругом незамерзающий порт Мурманск, а лежащие на 2500 км южнее азовские порты ежегодно замерзают на несколько месяцев. И, наконец, север Атлантического бассейна можно уподобить ванне, в которую через два крана вливается холодная вода (Лабрадор и Восточно-Гренландское течения) и через один — теплая вода Гольфстрима. Регулируя краны, мы можем менять термину Атлантики, а с ней и климат окружающих континентов. Признание большой роли морских течений в формировании климата определило с конца прошлого века пути региональных улучшений климатического режима, изменяя направления теплых и холодных течений. Наряду с этим развивались проекты крупных гидротехнических мероприятий по регулированию и переброске речного стока. Остановимся на главных гидротехнических проектах по мелиорации природных условий.

Обсудить]]>
Закономерности изменения климата https://zemnoyklimat.ru/page/zakonomernosti-izmenenija-klimata https://zemnoyklimat.ru/page/zakonomernosti-izmenenija-klimata Sat, 15 Jan 2011 16:42:29 +0300

Все колебания климата как продолжительные, так и кратковременные характеризуются одной и той же географической схемой изменений, отличаясь лишь периодом и амплитудой. - Херд С. Уиллетт


Попытаемся сформулировать основные закономерности изменения климата в четвертичном периоде на основе изложенных материалов. Все изменения происходили синхронно по всей поверхности Земли однозначно с изменениями теплосодержания атлантических вод, поступавших в Арктический бассейн. Они характеризовались колебаниями температурного контраста экватор .— Северный полюс главным образом за счет зимних температур, летние менялись незначительно. Хотя климатические изменения происходили по всей Земле одновременно, амплитуда температурных колебаний в разных поясах постоянно была различной. Наибольшими амплитудами отличались полярные широты Северного полушария, наименьшими — экваториальные. Промежуточными были колебания температуры в Южном полушарии. Все климатические оптимумы повышали температуру поверхностного слоя Мирового океана, а с теплом увеличивалось испарение.

Абсолютная влажность атмосферы возрастала. Естественно, что при этом в ледниковые эпохи континентальность климата и общая аридизация природы усугубляются; в теплые периоды континентальность падает, общая увлажненность материков повышается, пустыни становятся менее сухими. Влияние климатических оптимумов на морскую фауну Северного Ледовитого океана сильнее всего сказывается в приатлантическом секторе, слабее в притихоокеанском, поскольку сюда атлантические воды проникали в меньшем объеме и с меньшим теплосодержанием. Что же касается тепловлаголюбивой растительности, то по мере того, как климатический оптимум набирал силу, она распространялась с запада на восток в глубь Евразии, так как климат на северо-востоке Евразии всегда был холоднее, чем на северо-западе. При оптимумах климат становится более устойчивым, а различия между секторами в Северном полушарии несколько сглаживаются. Даже в нынешнее время, при обычной смене теплых и холодных сезонов, зимой каждый сектор Северного полушария отличается своим температурным режимом и осадками, летом же различия между секторами несколько сглаживаются. И последняя закономерность — процессы климатических изменений в антропогене четко обратимы.

Четкость проявления закономерностей и их географическая распространенность различна — она возрастает с ростом амплитуды и длительности климатических изменений. Некоторые закономерности уже давно получили ясную физико-математическую основу. Так, В. В. Шулейкин установил закон падения температурной аномалии при проникновении тепловых потоков с поверхности океана в глубь Евразии, причем математические зависимости хорошо согласуются с наблюдениями над природными процессами Отсюда вытекает важнейший принципиальный вывод: повышение температуры поверхностных вод Мирового океана и в первую очередь поверхностных вод Северной Атлантики и Северного Ледовитого океана является главной причиной планетарного улучшения климатических условий. Или, как было отмечено Л. Р. Ракиповой, из всех возможных способов искусственного изменения климата наиболее эффективным следует считать растопление льдов Арктики. Но может быть арктические льды нельзя уничтожить? Здесь мнения ученых расходятся. М. И. Будыко рассматривает морские льды Арктики как реликт минувшей ледниковой эпохи, который существует благодаря своему высокому альбедо.

Поэтому, если морские льды однажды уничтожить, то они уже не смогут вновь возникнуть. Д. А. Дрогайцев считает, что альбедо действует только в летнее время, а зимой, когда в долгую полярную ночь вообще нечего отражать, открытая поверхность бассейна обречена на замерзание, следовательно, восстановление ледяного покрова неизбежно, даже если удастся его уничтожить полностью. Поэтому очень важно определить природу дрейфующих льдов. От этого зависит выбор способа, как их уничтожить и предупредить регенерацию (восстановление). Если льды — реликт, то, может быть, действительно, достаточно их один раз уничтожить. Если же они возникают периодически И неизбежно вследствие современных процессов в атмосфере и гидросфере Земли, то тогда требуются меры, которые не позволили бы им восстанавливаться. Наш предварительный анализ ледовитости Арктического бассейна на протяжении последних 20 000 лет (рис. 13) показал, что ледовитость Северного Ледовитого океана превышала современную в общей сложности на протяжении 9300 лет.

В голоцене дважды с общей продолжительностью 5000 лет Арктический бассейн был вообще свободен от ледяного покрова. Помимо этого несколько раз с общей продолжительностью до 4000 лет ледяной покров бассейна находился в неустойчивом состоянии: он исчезал летом и восстанавливался зимой в меньшем объеме, чем в наше время. Иными словами, в голоцене в течение 9000 лет из 12 000 ледовые условия были несравненно более благоприятными, чем в наши дни. Неоднократные таяния и восстановления ледяного покрова говорят о том, что морские льды Арктики не являются реликтом минувшей эпохи. Они — продукт климата. Поэтому при современной адвекции тепла, которая недостаточна, замерзание поверхности Арктического бассейна и восстановление ледяного покрова становятся неизбежными.

Говорим ли мы о консервативности морских льдов или о том, насколько надежно устойчива открытая безледная поверхность — в обоих случаях мы должны проявлять определенную осторожность. И льды, и безледная поверхность — в равной степени образования неустойчивые. Достаточно напомнить, что на Земле в среднем две трети морских льдов ежегодно обновляются, а в Антарктике даже четыре пятых. Несмотря на то, что полярные широты Южного полушария несравненно более суровы, чем северные, антарктические льды моложе арктических — это объясняется тем, что у Антарктики лучший водообмен с теплыми бассейнами (Тихим, Атлантическим, Индийским океанами). В Южном Ледовитом океане лишь в отдельных местах можно встретить лед двух- или трехлетнего возраста. В Северном же Ледовитом океане значительная часть живет три года и более. Так или иначе, все это льды далеко не реликтовые, они постоянно обновляются.

Еще совсем недавно, в 30-х годах нашего века, дрейфующие льды Арктического бассейна таяли, как говорится, «у нас на глазах». Потепление набрало такие темпы, что некоторые зарубежные исследователи считали: сохранись эти темпы — через 50 лет огромные пространства в летние сезоны окажутся открытыми для судоходства. Однако этого не произошло. Наоборот, с 1940 г. общая навигационная ледовитость начала ухудшаться, и ухудшение это продолжается до последних лет. В общей циркуляции атмосферы выделяют меридиональную и зональную. Если преобладает меридиональная (с юга на север), то растет нагон теплых вод в Арктический бассейн.

Количество дрейфующих льдов уменьшается иногда до полного уничтожения, как это было в голоцене. Если же преобладает зональная (широтная) циркуляция, то адвекция тепла в Арктический бассейн падает. Ледяной покров восстанавливается и разрастается. В 1953— 1957 гг. в секторе моря Лаптевых граница старых льдов переместилась к югу почти на 1000 км со средней скоростью примерно 250—300 км в год. Но быстрота смен фазового состояния воды поверхностного слоя (лед или вода) будет зависеть и от наличия на поверхности бассейна горизонта распресненной воды. Чем меньше плотность поверхностных вод и чем мощность этого слоя больше, тем устойчивость ледяного покрова возрастает.

Современные физико-географические условия Арктического бассейна благоприятствуют непрерывной генерации поверхностного распресненного слоя, а следовательно, повышают устойчивость его замерзания. Однако такая генерация возможна при определенной стационарности других факторов, что не всегда имеет место. Так, рост поступления теплых атлантических вод из Атлантики в Арктический бассейн реактивно вызывает увеличение стока холодных распресненных вод и льда из Арктики в Атлантику. При определенных соотношениях теплосодержания встречных водных масс холодные воды способны гасить раз начавшееся потепление. Автоколебания, вскрытые В. В. Шулейкиным, иллюстрируют сказанное.

Другой пример — повышение температуры поверхностного слоя морских вод в Атлантике и в Арктике вызывает увеличение осадков как на суше, так и над Арктическим бассейном, а с ним распреснение поверхностного слоя бассейна. Распреснение тормозит теплообмен между глубинными водами и атмосферой, что, как мы видели, способствует развитию ледяного покрова. Наряду с этим достаточно большие массы атлантических вод могут размывать поверхностный распресненный слой. Тогда возникнут условия, благоприятные для безледной Арктики. Сказанное находится в противоречии с тезисом о том, что тепло солнечной радиации в деятельном слое за летний период аккумулируется в объеме, который обеспечивает незамерзаемость Арктического бассейна в течение зимы. Дело в том, что жизнью ледяного покрова управляют не только высокое альбедо льда и снега на нем, но и другие причины. Отметим главные, которые не могут быть устранены при любом однократном уничтожении дрейфующих льдов. Первая — непрерывное восстановление поверхностного распресненного слоя воды в бассейне за счет поступления 36 000 км3/год тихоокеанских вод, менее соленых, чем атлантические (поэтому первые распресняют последние), и поступления речного стока в объеме свыше 4000 км3/год. Эти два фактора в течение 10—15 лет способны вызвать настолько устойчивую стратификацию водных масс Арктического бассейна, что вертикальная циркуляция, а с ней и теплообмен с нижележащими теплыми водами существенно замедляется. Вторая причина — противоток в Европейском бассейне и Северной Атлантике теплых атлантических вод, идущих с юга на север, и холодных арктических вод с массой льда, идущих из Арктического бассейна с севера на юг, ведет к самоторможению роста теплового бюджета Арктического бассейна.

Самоторможение происходит по двум линиям: сначала за счет морской адвекции, так как в Арктический бассейн начинают поступать все более охлажденные атлантические воды, а затем с зарождением ледяного покрова и последующего его разрастания — за счет уменьшения радиационного баланса. Влияние этих двух причин столь велико, что они способны погасить прирост тепла, определяемый уменьшением альбедо, и восстановить ледяной нокров. Поэтому после его уничтожения при современных атмо- и гидропроцессах сохраняется необходимость в добавочной искусственной морской адвекции тепла. Об этом говорят и материалы А. С. Монина, согласно которым арктические льды после их уничтожения восстанавливаются по естественным причинам в течение семи лет.

Таким образом, дрейфующие льды Арктики не являются реликтом сравнительно далекого прошлого. Они — закономерное следствие слабой меридиональности процессов в атмосферной и гидросферной оболочках Земли. Однако и сама меридиональность общей циркуляции атмосферы неустойчива. В масштабе столетий, а в некоторых исключительных случаях даже в масштабе нескольких десятилетий меридиональность может изменяться, вызывая то полную ледовитость, то полную безледность Арктического бассейна. Поэтому проекты однократного уничтожения дрейфующих льдов Арктики с целью устойчивого улучшения климата бесперспективны. Чтобы достичь устойчивого акриогенного состояния Арктического бассейна, требуется не столько уничтожить ледяной покров, сколько погасить силы, порождающие его образование. Для этого необходимо огромное количество тепла. Его можно найти в Мировом океане и его теплых течениях. Рассмотрим эту возможность.

Обсудить]]>
Причины изменения климата https://zemnoyklimat.ru/page/prichiny-izmenenija-klimata https://zemnoyklimat.ru/page/prichiny-izmenenija-klimata Wed, 05 Jan 2011 16:41:42 +0300

Надо прежде всего проанализировать изменение географических особенностей самой земной поверхности, а не торопиться прибегать к астрономическим и космическим гипотезам. -  К. К. Марков


В 1841 г. швейцарский естествоиспытатель Рудольф Агассис высказал смелое соображение о том, что Шотландию когда-то покрывал мощный слой льда. Соображение это было встречено едкими насмешками, и понадобилось еще 20 лет, чтобы подтвердилась гипотеза о былом оледенении. Уже свыше 100 лет ученые упорно ищут причины, которые в какой-либо мере могли влиять на формирование и трансформацию климата Земли. Диапазон догадок, версий, гипотез огромен: от космических катастроф до окурка, брошенного в лесах Сибири или Канады. Да, окурок!.. Окурок поджег лес. Тучи дыма разрастающегося пожара могли уменьшить поступление солнечной радиации на поверхность Земли, в том числе и на поверхность Полярного бассейна. Не получив должного тепла от солнца, поверхностный слой начал бы терять тепло, температура бы падала, а затем — замерзание, и наконец, через механизм самоохлаждения и саморазрастания (механизм этот мы разберем несколько позже) и произошло оледенение континентов.

Некоторые исследователи ищут причины изменения климата вне Земли, во главу угла они ставят космические и астрономические условия. Часть исследователей связывает изменение климата с изменениями элементов вращения Земли, а в том числе с перемещением оси вращения внутри планеты, с наклоном к плоскости эклиптики, другие с изменениями очертаний материков и океанов, в рельефе суши и дна, в составе атмосферы, в солнечном излучении, и т.д. Но редко кто из авторов проверял реальность собственных гипотез расчетом и мерой. Конечно, в каждой из гипотез для частного случая есть своя степень вероятности и реальности. Но ни одна из них не могла объяснить конкретное разнообразие климатических изменений, которые наблюдались за время кайнозойской истории нашей планеты: то длительное, в десятки миллионов лет, необычайно медленное понижение температуры, как это имело место в начале кайнозоя, то поразительно частая, почти лихорадочная трансформация климата, когда на протяжении одного-двух тысячелетий, а иногда всего лишь нескольких столетий, зимняя температура в северных полярных широтах делала скачки в несколько десятков градусов, как это наблюдалось в конце четвертичного периода в северных полярных широтах. Новейшие исследования показали, что в антропогене на последних его этапах изменения климата были особенно .часты. Сейчас уже оставлена теория однократного оледенения — моногляциализма, имевшая в прошлом немало сторонников.

До начала XX в. считалось, что после схода последнего ледника климат не изменялся и только в 1910 г. стало известно о крупном и длительном изменении климата в среднем голоцене; оно было столь значительным, что его можно приравнять к межледниковью. Изотопные методы позволили американскому ученому Ч. Эмилиани установить в 1955 г., что в течение антропогена произошло 15 крупномасштабных изменений климата. Последние годы принесли новые доказательства и открытия ранее неизвестных крупных потеплений и похолоданий за последние 100 000 лет. Эти открытия лишили прежние космические, астрономические, тектонические и другие гипотезы убедительности, хотя нельзя отрицать, что каждый из факторов этих гипотез, вполне возможно, при определенных условиях и в определенное время влиял на изменение климата. Во всяком случае эти гипотезы не в состоянии объяснить те удивительно быстрые и разнонаправленные трансформации планетарного климата, которые произошли за последние 20 000 лет, не говоря уже о более многочисленных изменениях в течение антропогена. Поэтому ученые продолжают искать и изучать механизмы, которые могут управлять изменениями климата. Для этой цели привлекаются самые разнохарактерные материалы: геологии, палеогеографии, геофизики, палеонтологии, археологии, древней и средней истории. В течение длительного ряда лет тщательно ведутся круглосуточные инструментальные наблюдения над природными процессами в атмосфере и Мировом океане. Ученые объединены в крупные международные коллективы, подобно сложившимся за время Международного геофизического года, Международного геофизического сотрудничества и других международных исследовательских организаций.

Обширный научный материал позволяет объяснить изменения климата от начала мел-палеогенового оптимума до последних его колебаний в наши дни без привлечения внеземных факторов, а только действием двух механизмов, заключенных в атмосферной и гидросферной оболочках Земли, и состоянием ее поверхности. Один из этих механизмов на протяжении всего кайнозоя вызывал и продолжает вызывать медленную и однозначную депрессию планетарного климата, с которой связано и понижение температуры глубинных вод Мирового океана. Второй механизм, наслаиваясь на действия первого, определил те частые и разнонаправленные изменения, которые происходили и происходят в четвертичном периоде. Проследим, как происходило и распространялось охлаждение Земли с третичного периода, т.е. за последние примерно 70 млн. лет.

Для этого нам надо опуститься на дно Мирового океана., Дно океана только нагревает покрывающие его воды, но не охлаждает их. Тем не менее глубинные воды в это время охлаждались. Холод, следовательно, шел с поверхности, а не с глубины. Поверхностные воды, опускаясь на дно, приносили сюда холод, холод этот гасил тепловой поток, идущий от дна, и формировал холодные глубинные горизонты. Как же происходит этот перенос холода с поверхности на дно? Известно, что пресная вода с понижением температуры повышает свою плотность, но только до 4°. При дальнейшем понижении температуры плотность воды тоже понижается. Иначе говоря, своей наибольшей плотности пресная вода достигает при 4° С. На поверхности водоема она может замерзнуть, как ей и положено, при 0°, а на нижних горизонтах она будет сохранять положительную температуру 4°. С морской водой дело обстоит по-другому. Плотность морской воды с ростом растворенных в ней солей всегда увеличивается, а точка замерзания понижается, т.е. заморозить морскую воду несколько труднее, чем пресную. Если для пресной воды, чтобы замерзнуть, достаточно 0°, то для Мирового океана при средней солености 35°/00 (35 г солей на килограмм воды) нужно —1,91°. Следовательно, поверхностные воды способны охлаждать глубинные воды океана почти до —2°. Табл. 2 дает представление о том, как охлаждались глубинные воды за последние 75 млн. лет. Рядом исследований доказано, что в кайнозойскую эру все континенты и ось вращения Земли занимали то же положение, что и ныне. Следовательно, современные полярные широты и тогда были наиболее холодными. Но Антарктика была холоднее Арктики, так как в центре Антарктики расположен крупный материк Антарктида, а в центре Арктики крупный Полярный бассейн, имевший хороший водообмен, а следовательно, и теплообмен с теплыми тропическими бассейнами (см. рис. 2). Вот почему в мел-палеогеновый оптимум растительный мир северных полярных широт был значительно богаче и более теплолюбив, чем мир южных широт. В эпоху верхнего мела (примерно 75 млн. лет назад) температура поверхностных вод Арктического бассейна была равна температуре глубинных вод близ экватора, т.е. 14° С.

Следовательно, охлаждение этих глубинных вод происходило за счет полярных вод Южного полушария. То, что дело обстояло именно так, доказали и последние исследования донных отложений в Антарктике. Порожденные айсбергами осадки имеют настолько древнее происхождение, что о «вине» Арктики и речи быть не может, поскольку Арктика в те времена не имела ледяного покрова. Ее «алиби» доказано. Лед мог существовать только в Антарктиде. Начало же оледенения Антарктики относится к эоцену (примерно 60 млн. лет назад), а может быть и раньше. Во всяком случае похолодание отмечено еще в меловое время. Геологические данные свидетельствуют о том, что начиная с мелового времени, вплоть до последнего этапа кайнозоя, подъем суши преобладал над опусканием, вследствие чего увеличились материковые пространства и поднялись над поверхностью океана. Хотя за это время трансгрессии моря сменялись регрессиями, а последние в свою очередь новыми трансгрессиями, однако последнюю обычно не достигали размеров предыдущих. Подъем и разрастание континентов постепенно ухудшали водообмен между полярными и экваториальными акваториями, а с ними и морскую адвекцию тепла, поэтому нарастала тепловая изоляция полярных широт.

Вместе с подъемом Антарктиды относительно окружающих ее в то время теплых вод Южного океана росло количество осадков, выпадавших зимой в твердом виде. Постепенно их объем стал превышать объем таяния за летний сезон. Происходило накопление твердых осадков, которое со временем достигло своей критической стадии, после чего процесс стал необратим — и материк был погребен под ледяным панцирем. Панцирь, покрытый снегом почти полностью, отражал солнечную радиацию, отчего происходили огромные потери тепла. Приледный слой воздуха охлаждался и обезвоживался. Он становился более прозрачным для инфракрасного излучения земной поверхности. Тепловой баланс становился отрицательным. Происходило глубокое самоохлаждение. Одна беда рождала другую. Чем больше разрастался ледяной покров Антарктиды, тем хуже становились радиационные условия, а чем хуже становились радиационные условия, тем легче происходило наращивание ледяной толщи. Холод, порождаемый Антарктидой, начал растекаться по всему земному шару.

Охлаждались окружающие ее океанические воды. Охлаждение увеличивало их плотность. И чем плотнее они становились, тем больше их опускалось по материковому склону. Накопившиеся придонные холодные воды стали распространяться к северу, что охлаждало глубинные воды Мирового океана на всех широтах. В нарастании скорости охлаждения поверхности Земли и глубинных вод принимала участие и Арктика. Об этом свидетельствуют палеогеографические и геологические данные. Вследствие преобладания подъема континентов над опусканием в эоцене осушается пролив через Северо-Американский континент, что сокращает поступление тепла к Северному полюсу. Еще большее сокращение наступает в олигоцене, когда осушается Западно-Сибирский пролив, соединявший Арктический бассейн с теплым Индийским океаном (см. рис. 2). Параллельно, с охлаждением Арктического бассейна охлаждалась и воздушная оболочка Земли. В Северном полушарии границы тепла начали циркумполярно смещаться с севера на юг.

В миоцене произошла та консолидация континентов, которая определила современное очертание Мирового океана. Для водообмена Арктического бассейна эти «новшества» были неблагоприятны. Его связь с южными бассейнами сократилась еще больше, а вместе с тем и усилилось охлаждение. Из жертвы Арктический бассейн превращается в виновника. Он сам становится источником охлаждения воздушных масс, проходящих над ним, и он же начинает питать холодными водами Мировой океан. «Вступила в игру» и Гренландия. Она оледенела и тоже стала добавочным источником холода. Однако за Антарктидой по-прежнему сохраняется превалирующая роль в охлаждении земной поверхности. Климат деградирует со все большей скоростью. Скорость удваивается. Если поначалу понадобилось 40 млн. лет, чтобы температура глубинных вод упала на 3,6°, то на дальнейшее понижение в 3,4° ушло только 20 млн. лет. Говорят, что климаты миоцена отличались от современных потому, что тогда были другие очертания материков. Поэтому полезно подчеркнуть: в миоцене берега Мирового океана и континентов достигли современной конфигурации, а потому последующие изменения климата не могут объясняться изменениями очертаний материков. В плиоцене очертание Мирового океана существенно не изменялось.

Однако подъем континентов продолжал преобладать над их опусканием. Изменялся их рельеф, а возможно, и дна океана. С ростом вертикальных отметок суши происходило дальнейшее охлаждение. Оно заметно возрастало, когда отметки становились существенно выше нижней границы хионосферы. В этих условиях возникали центры нового горного оледенения, которые способствовал общему разрастанию снежников, фирновых полей и ледников, а с ними и общему дополнительному похолоданию. Температура придонных вод у экватора упала в верхнем плиоцене до 2,2°. По сравнению с предыдущим олигоцен-миоценовым интервалом в миоценилиоценовый период скорость охлаждения снова удвоилась. К концу плиоцена параллельность падения температур приземного слоя воздуха и глубинных вод нарушается. Температура первого падает быстрее, что объясняется большой термической инерцией глубинных вод и определенной безынерционностью воздушных масс. Это различие возрастает .с ростом скорости охлаждения, а главное, как в данном случае, по мере сближения температуры поверхностных вод полярных бассейнов с температурой их замерзания. Верхняя кривая рис  показывает, что в конце плиоцена понижение температуры не было непрерывным. Оно нарушалось потеплениями. Это позволяет заключить, что на ранее действующий механизм, определявший с начала кайнозоя медленное непрерывное похолодание климата, накладывалось действие второго механизма, способного вызвать разнонаправленные изменения в температуре приземного слоя атмосферы, а следовательно, и климата. Действие второго механизма с особой четкостью проявилось в четвертичном периоде—антропогене. Как же это могло произойти?

Известно, что в жидком состоянии вода хорошо поглощает тепло солнечной радиации, а лед и снег, наоборот, с наибольшей силой отражают ее и как бы отвергают таким образом то тепло, которое она приносит. Следовательно, от того, будет ли морская поверхность находиться в жидком состоянии или, наоборот, превратится в лед, зависит — станет ли она собирать тепло или будет источать холод. Представим себе десятки миллионов квадратных километров, которые на земном шаре занимает морская поверхность, способная изменять свое состояние, и мы поймем, каким могучим климатическим фактором планетарной значимости она является. Известно также, какого незначительного изменения температуры достаточно, чтобы вода замерзла или, напротив, растаяла. Чуть больше или чуть меньше критической точки (0° — для пресной и —1,9° — для соленой морской воды) — и перед нами либо влага, либо лед. Потому-то незначительные, но длительные изменения в переносе тепла в гидросфере и атмосфере могут вызвать и вызывали непропорционально большие по амплитуде изменения теплового режима на поверхности Земли. Английский ученый Брукс рассчитал, насколько глубоко самоохлаждается поверхность Полярного бассейна в случае, если на ней возникнет лед. Допустим, что бассейн свободен ото льда, и только в самом холодном зимнем месяце его поверхностные воды имеют температуру, близкую к замерзанию.

Тогда достаточно незначительного первоначального охлаждения, всего несколько десятых долей градуса, как начнется зарождение ледяного покрова, а вслед за ним — дальнейшее понижение температуры на 28°. И все это без вмешательства посторонних факторов! Одна—три десятых градуса — в обычных условиях величина практически неощутимая, в роковом же соседстве с критической точкой она способна сыграть колоссальную роль. Брукс пишет: «Подобный результат весьма облегчает объяснение наличия теплых климатов полярных областей. Вместо того чтобы объяснять температурные изменения порядка 28° С, нам достаточно найти причину для начального изменения порядка 0,3°, поскольку остальные 27,7° вполне могут быть отнесены за счет влияния плавучих льдов». Ледяной покров охлаждает находящийся над ним воздух до тех же —28°; охлажденный и более плотный воздух растекается за пределы ледяной кромки; здесь он встречается с чистой водой, охлаждает ее и замораживает. Реакция разрастания ледяного покрова приобретает цепной характер. И наоборот, когда адвекция тепла в Арктический бассейн возрастает, температурные эволюции начинают происходить в обратном направлении. Крупные температурные амплитуды антропогена были, возможно, именно потому, что фазовая изменчивость (фаза льда, фаза воды) поверхностного слоя океана способна породить значительные изменения в тепловом балансе. Сокращение ледяного массива усиливает власть солнечной радиации. В полярных широтах альбедо поверхности может меняться от 90% и выше (вода) до 9% и ниже (лед). Падение альбедо в 10 раз увеличивает радиационный баланс в Арктическом бассейне от 4 ккал/см2 -год в современных условиях 10-балльного льда до 50 ккал/см2-год при полной безледности (табл. 3, рис. 11). Из таблицы виден стремительный рост радиационного баланса. На каждые 10% снижения ледовитости баланс отвечает ростом в 5 ккал/см2-год. Нетрудно подсчитать, что при такой изменчивости радиационного баланса только ликвидация морских льдов в Северном полушарии обеспечивает прирост тепла примерно на 5 х 1018 ккал/год. Если же учесть возможность уничтожения морских льдов в Южном полушарии и возможность сокращения площади и длительности снежного покрова на континентах, то суммарный прирост радиационного баланса земной поверхности в целом увеличится более чем на 1019 ккал/год. Такой объем тепла эквивалентен 14 000 триллионам т угля с нормальной теплотворной способностью 7000 ккал/кг. О чем говорят все эти соображения и расчеты? Когда Земля охлаждается до такой степени, что замерзает поверхность Полярного бассейна, как это было на стыке плиоцена и плейстоцена, то достаточно незначительных, но устойчивых изменений в планетарной циркуляции атмосферы и гидросферы, как в полярных и частично умеренных широтах возникнет ледяной покров либо они станут теплее, чем в наше время.

В какой точке этой размашистой амплитуды от оледенения до полной безледности северных широт суждено находиться Земле, зависит от изменчивости атмосферных процессов и связанных с ними изменений в циркуляции гидросферы. Изменения же в планетарной циркуляции атмосферы, по последним представлениям, обусловливаются изменениями солнечной активности. Звенья механизма, связывающего изменения солнечной активности с изменениями ледовитости, хорошо иллюстрируются рис. 12. Как видно из рисунка, рост солнечной активности повышает частоту меридиональных типов атмосферной циркуляции, усиливающих поступление теплых атлантических вод в высокие широты. Рост тепла морской и воздушной адвекций повышает температуру Баренцева моря, как, впрочем, и всей приатлантической части Арктического бассейна, что в конечном счете ведет к снижению его общей и навигационной ледовитости. Таблица 3 Несколько ранее та же связь между вековыми изменениями солнечной деятельности и ледовитостью приатлантического сектора Арктики через циркуляцию атмосферы и гидросферы была установлена И. В. Максимовым. Представленные взаимосвязи гелиогеофизических явлений делают обоснованной экстраполяцию на более продолжительные и более глубокие изменения в прошлом, ибо закономерности, определяющие изменения климата за первую половину нашего столетия, должны были действовать на протяжении всего антропогена.

Поэтому необходимо признать, что причинами частых и крупномасштабных изменений климата в четвертичном периоде являются звенья длинной цепи. Она берет начало в деятельности Солнца и замыкается в физико-географических особенностях земной поверхности, в первую очередь, как мы видели, в особенностях океанической адвекции тепла и характере межокеанического водообмена. Последнее обстоятельство требует дополнительной детализации. При рассмотрении изменений климата обычно анализируются две его составляющие — теплообеспеченность и изменение увлажнения, — зависящие от характера водообмена между Арктическим бассейном и более южными бассейнами Мирового океана. Наиболее эффективен водообмен с Северной Атлантикой. Однако в условиях нагона теплых вод в непроточный Арктический бассейн климатический эффект водообмена вдоль северного Побережья Евразии неравномерен: для приатлантического сектора он значительно благоприятнее, чем для тихоокеанского. Поэтому северо-западная часть Евразии обеспечена теплом больше, чем северо-восточная. Эта «несправедливость» сохранялась на протяжении всей кайнозойской эры, особенно начиная с олигоцена, когда поднявшаяся суша отгородила Арктический бассейн от Волжского моря, через которое шел водообмен с Индийским океаном.

Западная и Северная Сибирь тогда обогревались теплом, приносимым атлантическими водами в большей мере, чем в миоцене. В отношении увлажнения наблюдается та же тенденция, что и в отношении теплообеспеченности. Оно более благоприятно в северо-западной части. Так как Атлантический океан служит основным поставщиком тепла и влаги на евразийский континент, то поэтому вдоль широт с запада на восток с падением теплообеспеченности падает и влагообеспеченность. Зависимость увлажнения от теплообеспеченности особенно ярко проявляется в условиях западно-восточного переноса воздушных масс, наблюдаемого в умеренных широтах. Так, понижение зимней температуры от Атлантики на восток снижает количество осадков в Сибири. Когда же в Арктике теплело, когда снижался температурный контраст между полюсом и экватором, тогда и влажность в Евразии повышалась. И. П. Герасимов и К. К. Марков писали: «Потепления в межледниковые и послеледниковую эпохи были особенно значительны именно в Арктике. Горизонтальный температурный градиент (с севера на юг) уменьшался. Сравнительно теплые, а потому и влажные массы полярного и арктического воздуха при медленном движении к югу не могли вызывать засуху в средних широтах, как это наблюдается в настоящее время ... В межледниковое время воды Баренцева моря имели настолько высокую температуру, что зарождающиеся над ними (и севернее) воздушные массы были достаточно влажными» Много лет спустя К. К. Марков в 1956 г., снова возвращаясь к этому вопросу, отмечал, что после исчезновения последнего ледникового покрова на Русской равнине климат становился в общем более влажным.

Здесь необходимо подчеркнуть следующее важное обстоятельство. В межледниковые эпохи повышались температура поверхностных вод океанов и испарение с них, повышались температура воздушных масс, их влагосодержание, а с ним и осадки на континентах О. А, Дроздов установил количественную сторону зависимости роста осадков от роста влагосодержания атмосферы. Так, например, при росте влагосодержания с 40% до 80— 100% коэффициент пропорциональности возрастает в 10 раз, но, что очень важно, наиболее быстрые изменения происходят в интервале средней относительной влажности 45—55%, в котором изменение осадков возрастает в 4,5 раза. Наряду с этим следует заметить, что при тепло- и влагообеспеченности заметно увеличивается роль местного испарения на континентах — фактора, в свою очередь стимулирующего атмосферные осадки. Словом, как это нередко наблюдается в жизни, одно преимущество рождает другое, и нам пора сформулировать те основные закономерности изменения климата, которые сложились в четвертичном периоде и которые распоряжаются нашим климатом в настоящее время.

Обсудить]]>
Современное потепление Арктики (100 лет назад —наше время) https://zemnoyklimat.ru/page/sovremennoe-poteplenie-arktiki-100-let-nazad-nashe-vremja https://zemnoyklimat.ru/page/sovremennoe-poteplenie-arktiki-100-let-nazad-nashe-vremja Thu, 30 Dec 2010 16:40:58 +0300

В какие-нибудь полтора десятка лет и даже еще более короткий промежуток времени произошло такое изменение в распределении представителей морской фауны, какое связывается обыкновенно с представлениями о долгих геологических промежутках времени.  - Н. М. Книпович


Сто лет назад, со второй половины прошлого века началось новое потепление климата. Оно было слабым, вначале даже совсем незначительным, затем медленно усиливалось и в 30-х годах нашего века достигло своей кульминации. В среднем по всей Земле потепление составило 0,6° С. Потепление это не было равномерным. Наибольшим оно было в приатлантическом секторе Арктики, наименьшим — в притихоокеанском (рис. 9). Ледовый покров в Арктике стал меньше и по площади и по мощности. Норвежский «Фрам» в 1893—1896 гг. дрейфовал при толщине льдов 3,56 м, а наш «Георгий Седов» в 1938— 1940 гг. был впаян в льды, толщина которых составляла 2,18 м, несмотря на то, что он дрейфовал несколько севернее «Фрама». Общая же площадь льдов сократилась на 1 млн. км2. Другими словами, масса дрейфующего льда в Арктическом бассейне примерно за 40 лет, в течение которых были, конечно, и аномально холодные годы, снизилась вдвое.

Вследствие усиления циркуляции атмосферы и океанических вод из Арктического бассейна льды выносились в Атлантику значительно быстрее, чем прежде. «Георгий Седов» дрейфовал с востока на запад в два раза быстрее, чем «фрам». Изменилось само лицо Арктического бассейна. Ледовый пейзаж стал выглядеть по-другому. Ледяной покров чаще протаивал насквозь. Летом среди дрейфующих льдов, какими бы мощными и торосистыми они ни были, появлялось больше разводьев. «Полярный блин» представлял собой мозаику из пятен паковых льдов, более молодых льдов и пространств чистой воды. Почти полностью исчез околоматериковый «палеокристаллический» лед, мощность которого в прошлом достигала 6 м. После 1920 г. пролив Югорский Шар замерзал на два месяца позже, чем обычно, а бухта Святого Михаила, расположенная немного севернее реки Юкона, на месяц позже. Сильно расширился навигационный период в Гренландском море.

Если в 1900-х годах уголь с Западного Шпицбергена можно было вывозить только в течение трех месяцев, то в 1940-х годах — за семь. Вокруг Шпицбергена плавали девять месяцев. В 1901 г. ледокол «Ермак» не мог дойти до мыса Желания, а в 1935 г. «Садко» прошел по чистой воде до северной оконечности Северной Земли и углубился на северо-восток на 1000 км, достигнув 84° 41' северной широты. В 1938 г. «Ермак» установил мировой рекорд свободного плавания в Арктике, когда в секторе Новосибирских островов достиг района, удаленного от полюса лишь на 700 км. Потеплели воды и в Северной Атлантике, и в северной части Тихого океана. А вслед за теплом в высокие широты стала подниматься и рыба. Если в 1908—1909 гг. треска в заметных количествах ловилась только у южной оконечности Гренландии, то в 1920—1930 гг. ее начали промышлять и у Шпицбергена. Потянулись к северу сельдь, сардины, кефаль и другие рыбы. Повышение температуры воздуха было особенно заметно в высоких широтах и в зимнее время. Среднегодовая температура за 40 с лишним лет между дрейфами «Фрама» и «Георгия Седова» повысилась на 3,9°, декабрьская—на 9,4°, а летняя же почти не изменилась.

Это современное уже нам потепление Арктики, несмотря на малую длительность, сказалось и в Южном полушарии. Айсберги в Антарктиде сократили радиус своего путешествия примерно на 1200 км. Подверглись разрушению некоторые шельфовые ледники. За последние 50 лет в отдельных местах, правда, незначительно, но все же отступил край ледяного покрова. В области же тропических широт потепление это ощущалось очень слабо.

Зато на влажность в пределах 50° северной широты потепление повлияло заметно. В Берлине, Ленинграде, Архангельске, Москве, Киеве, Суругуте, Свердловске, Иркутске в летний период осадков выпадало выше многолетней средней нормы. С уменьшением ледовитости Баренцева моря отмечено некоторое улучшение увлажненности Средней Азии. Та же связь вскрыта для Украины и Поволжья. Замечено также, что при потеплении Арктики несколько повышался уровень озер Западной Сибири, Казахстана, Кавказа, Ирана, Малой Азии, Пакистана, Центральной Азии. По данным зарубежных исследователей, количество осадков возросло на Шпицбергене, в Англии, Испании, Франции, Швейцарии, Западной Германии, Японии, Такубае (Центральная Мексика), Коломбо (Цейлон), в Сан-Сальвадоре, Австралии и т. д. Словом, на материках прибавились и тепло и влага. И естественно, что растительный и животный мир Земли чутко отреагировал на эту «прибавку».

Как уже говорилось, переохлажденная Арктика всегда отрицательно сказывается на урожайности. За время же потепления, когда заметно снизился объем дрейфующих льдов в Арктике, реже стали и засушливые годы. За 36-летний период (с 1922 по 1957 г.) было 14 засушливых лет, т.е. на 39% или на 1/3 меньше, чем за предыдущий 33-летний период с 1889 по 1921 г. В Западной Сибири засухе, как правило, предшествуют особенно суровые зимы. Почва сильно охлаждается и глубоко промерзает. Глубокое промерзание снижает проникновение талых вод в почву при весеннем снеготаянии. На первый взгляд кажется, что, наоборот, — воды много, она обильно сбегает с полей. Но в том-то и дело, что сбегает. Промерзшая почва не пропускает ее вглубь, не задерживает, и вода уходит с полей без пользы. Надо сказать, что в конце XVIII в. почти подряд прошло пять засушливых лет.

И оказалось, что именно эти годы (по Ленинграду) были самыми холодными за большой, почти 200-летний период инструментальных наблюдений (рис. 10). Засушливые годы в XIX в. тоже совпадают с низкими температурами по Ленинграду. С потеплением в Арктике растительная зона начала циркумполярно смещаться в сторону полюса, чутко отреагировав на зов тепла. Так, на территории Болыпеземельской тундры северная граница леса продвигалась в верхние широты со скоростью 0,5—0,7 км в год, тогда как в 30-х и 40-х годах прошлого столетия эти же леса из-за холодов обнаруживали явные признаки деградации. Продвижение лесов к северу отмечается в Скандинавии, в Западно-Сибирской низменности, Аляске, Лабрадоре. В ряде областей ареал растительности и животного мира переместился в сторону полюса на 200 км и более. На Енисее и Лене начали гнездоваться птицы, которые раньше гнездовались только южнее.

Улучшились климатические условия и на южных территориях СССР. Теплее стали зимы в Бурятской АССР, тоньше лед на Байкале. На севере Монголии, где лес находится на южном пределе своего распространения, быстро восстановились леса лиственницы и сосны. Наблюдается наступание молодого леса на степь. В Гоби возобновляется и растет молодняк разнолистного тополя и пустынного гобийского ильма. В Узбекистане в период наибольшего потепления Арктики успешно развивается основная техническая культура — хлопчатник. На территории других стран также расширились обрабатываемые площади и увеличился сбор зерновых культур.

В Канаде граница земледелия переместилась на север от 100 до 200 км. В Швеции, Норвегии и Финляндии благодаря потеплению начали культивировать овощи, ранее казавшиеся недоступными для климатических условий этих стран. В горных районах Италии бук продвинулся на более высокие отметки. Больше появилось перелетных птиц в Исландии и Гренландии, а в Европе хорек и заяц отреагировали на тепло тем, что расширили свои владения на 600—700 км в сторону полюса. Да и хозяйственная деятельность человека активизировалась, потому что ослабло сопротивление холода. Увеличился срок навигации. На Западной Двине — на 17 дней, на Неве — на три недели. Лена близ Якутска стала вскрываться на 4 дня раньше, чем обычно.

Начали деградировать многолетние мерзлые толщи. Деградация четко наблюдалась в области Северного Урала, Лены, Яны и в других районах. Надо ли говорить, какое значение это имеет для строительства и промышленности! Повсеместно отмечалось отступание материковых льдов, причем в обоих полушариях. Площадь оледенения Швейцарских Альп за 50 лет (с 1890 ио 1940 г.) уменьшилась на 25%. Отступали ледники Исландии, Швеции, Норвегии. Даже под экватором — на вершинах Килиманджаро, Рувензори и др. — наблюдается сокращение ледников. В Гренландии ледяной покров местами отступил настолько, что обнажил земли, которые в XII в. были заняты поселениями и могильниками норманских колонистов. В Исландии освободились от надвига льдов земли, которые возделывались 600 лет назад. Та же картина наблюдается и на Скандинавском полуострове.

Повсеместно отмечено повышение снеговой линии. Так, в горах северной части Перу она поднялась на 900 м. В годы наиболее сильного потепления возникло предположение, что недалеко то время, когда Арктический бассейн полностью освободится от дрейфующих льдов. Но. начиная с зимы 1939—1940 гг. возобновилось медленное похолодание. Примерно за 25 последующих лет среднее понижение температуры по всей поверхности Земли составило 0,2° С. Отмечено повышение ледовитости в Арктическом бассейне и рост горных оледенений. Итак, на протяжении кайнозойской истории Земли происходило ухудшение климата. Совершенно очевидно обнаруживается важнейшая параллель — на всех широтах, от полярных до тропических по обеим сторонам экватора, при понижении температурного режима земной поверхности ухудшаются экологические условия, т.е. условия среды обитания растительности и животного мира.

Здесь важно подчеркнуть, что наибольшее похолодание за всю последнюю 200-миллионную, а возможно, и всю геологическую историю Земли — произошло всего лишь 18000—20000 лет назад, во время последнего этапа так называемого валдайского оледенения. Поразительная близость к нашим дням очень крупных, а в отдельных случаях даже максимальных колебаний климата поможет выявить причины и закономерности их в прошлом.

Обсудить]]>
Климаты близкого прошлого (20 000-100 лет назад) https://zemnoyklimat.ru/page/klimaty-blizkogo-proshlogo-20-000-100-let-nazad https://zemnoyklimat.ru/page/klimaty-blizkogo-proshlogo-20-000-100-let-nazad Mon, 20 Dec 2010 16:38:33 +0300 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.

Обсудить]]>
Климаты недавнего прошлого (500000-20000 лет назад) https://zemnoyklimat.ru/page/klimaty-nedavnego-proshlogo-500000-20000-let-nazad https://zemnoyklimat.ru/page/klimaty-nedavnego-proshlogo-500000-20000-let-nazad Wed, 15 Dec 2010 16:38:33 +0300 При каждом интерстадиале, а тем более при крупных межледниковьях, в составе растительного покрова возрастали тепло- и влаголюбивые компоненты. Флора и фауна становились богаче. В ледниковые же эпохи имело место, н это важно подчеркнуть, не только сильное похолодание в областях оледенения, но и весьма сильная аридизация. Не менее трех-четырех оледенений пережила Земля за время, четвертичного периода (антропогена). Этот период делится на две очень неравные части: плейстоцен, продолжительность которого определяется в 500 000 лет, и голоцен, возраст которого — 12 000 лет. Кульминация последнего оледенения Евразии и Северной Америки произошла около 20 000 лет назад, т.е. в сравнительно недавнем геологическом прошлом. В антропогене климат менялся чрезвычайно резко. На рис. 3 видно, насколько температурная кривая третичного периода спокойна по сравнению с лихорадочной кривой антропогена.

Нет нужды характеризовать каждую из эпох плейстоцена ввиду их принципиальной схожести. Поэтому остановимся лишь на днепровском оледенении как максимальном и микулинском межледниковье, поскольку оно наиболее близко к нашему времени. Днепровское оледенение (рисс в Западной Европе, иллинойс в Северной Америке) было наиболее обширным. В кульминацию своего развития европейский ледниковый покров охватывал территорию Лондона, Кракова, Киева, Днепропетровска и доходил почти до Волгограда; по Днепру он опускался почти до 48° северной широты (рис. 4). В Северной Америке ледник перекрывал всю северную половину континента, по долине реки Миссисипи опускался еще южнее, до 37° северной широты, и заканчивался в 1500 км от линии тропика. Мощность Европейского щита достигала в районе Скандинавии 3,5, в районе Новой Земли 4 км.

Мощность Северо-Американского щита была того же порядка. Ледяные покровы как континентов, так и Полярного бассейна из-за очень высокой степени отражения солнечной радиации являлись источниками устойчивого добавочного охлаждения планетарного значения. Они распространяли вокруг себя холодный сухой воздух, сходный с современными воздушными массами Антарктиды, которые с периферии ледяного щита стекают иногда с ураганной скоростью. За пределами континентальных покровов получали широкое развитие тундры, пустыни и полупустыни. В Европе тундра покрывала территорию Ла-Манша, Парижа, Люксембурга, Франкфурта, Лейпцига, а редколесье с элементами тундровой, лесотундровой и ксерофильной растительности достигало берегов Средиземного моря. Микулинское межледниковье (рисе—вюрм в Западной Европе и сангомон в Северной Америке) охватывает примерно 30 000 лет и датируется временем в интервале 100000— 70 000 лет назад. По сравнению с последующими климатическими оптимумами оно было более благоприятным. Ледники в Скандинавии исчезли полностью.

С наступлением кульминации теплого времени леса и растительность водоемов на территории Белоруссии были значительно богаче современных. В Крыму степной климат становился более влажным. Широколиственные леса с буком, грабом, липой, тиссом и вечнозеленым падубом из своих убежищ на Балканах и Кавказе расселились по Русской равнине, достигая Средней Волги. Дуб заходил за Полярный круг. Климат северо-восточной Европы становился близким к тому, какой в настоящее время существует в Западной Европе. Ледники исчезали даже с гор Северо-Востока СССР. Климат там был сходный с современным климатом Южной Якутии. Однако климат микулинского межледниковья, как, впрочем, и климат любой эпохи плейстоцена, не был устойчивым. Об этом свидетельствует многофазность развития умеренно континентальных лесов (сосна, ель, береза) и тепло-, влаголюбивых широколиственных древесных пород. Но в целом эти колебания происходили при лучшей тепло- и влагообеспеченности. Термический оптимум микулинского межледниковья был не только теплее, но и влажнее, чем в атлантическое время голоцена, которое является нашим ближайшим прошлым.

После микулинского межледниковья наступило последнее оледенение — валдайское (вюрм). В течение 50 000 лет с начала оледенения и до его максимума (20 000 лет назад) наблюдались многократные трансгрессивные и регрессивные перемещения края ледника, вызванные изменениями теплового режима поверхности Земли. Их характеризует температурная кривая для Центральной и Северной Европы (рис. 5). Важно отметить, что это оледенение делится на два периода. Первый был более продолжительным, но с меньшим понижением температуры. Основной же вюрм — менее продолжительный, но с более низкой температурой.

Нижний и основной вюрм разделены крупным меж-стадиалом. А. И. Москвитин считает это потепление столь значительным, что присваивает ему ранг меж-ледниковья. В ледниковые эпохи значительно усиливается планетарное похолодание, уменьшается увлажнение материков и увеличивается континентальность. Для всех межледниковых эпох, наоборот, характерно исчезновение ледниковых щитов на континентах и ледяного покрова на поверхности Полярного бассейна. Тепловой режим поверхности Земли в межледниковье становился более благоприятным, чем современный; снижались аридность и континентальность. Плейстоцен как время наибольшей сухости четко проявил себя и на наиболее аридной территории СССР — территории среднеазиатских республик. Так, климат Каракумов и Кызылкумов еще в плиоцене, т. е. до низких температур плейстоцена, характеризовался большей суммой осадков и более высокой температурой зимой. В течение антропогена климат изменился в сторону дальнейшей аридности. Степь сменилась более сухой полупустыней, а местами стали развиваться песчаные пустыни современного типа.

Обсудить]]>
Климаты далекого прошлого (70—0,5 млн. лет назад) https://zemnoyklimat.ru/page/klimaty-dalekogo-proshlogo-70-05-mln-let-nazad https://zemnoyklimat.ru/page/klimaty-dalekogo-proshlogo-70-05-mln-let-nazad Wed, 15 Dec 2010 16:37:27 +0300

Северный полюс не был холодным, потому «то океанические течения проходили через полюс и приносили с собой большие количества тепла. - П. П. Лазарев


Возраст нашей планеты насчитывает свыше пяти миллиардов лет. Климат на ее поверхности изменялся неоднократно. Но нам нет нужды углубляться в чрезмерно далекие времена. Да и материалов по этим изменениям очень мало. Отметим лишь, что даже за последние несколько сот миллионов лет, в отношении которых геологическая и палеогеографическая документации имеют достаточную полноту и надежность, фиксируются крупные изменения климата. Они сопровождались значительными Понижениями температуры и континентальными оледенениями, подобными ледниковому периоду, в котором мы живем. Однако такие изменения были очень редки. К их числу можно отнести оледенение верхнего палеозоя примерно 200—220 млн. лет назад, а также еще три-четыре оледенения более древнего возраста. Менее значительные понижения температуры, сопровождавшиеся оледенением лишь некоторых высоких и удаленных от экватора горных систем, происходили несравненно чаще.

Но все они не были продолжительными. Так, время переживаемого нами ледникового периода вместе с межледниковьями оценивается лишь в полмиллиона лет. Наоборот, мягкие климатические условия были в сотни раз длительнее. Поэтому мы вправе считать, что мягкий климатический режим, гораздо более теплый, чем тот, который мы наблюдаем Ныне в северных полярных и умеренных широтах, присущ Земле в неизмеримо большей мере, чем современный ледниковый. В этом легко убедиться, рассматривая подробно изменения климата за последнюю геологическую эру — кайнозой. Кайнозойская эра делится на два очень неравных периода: теплый третичный, насчитывающий около 70 млн. лет, и холодный четвертичный (ледниковый, антропоген), продолжающийся в наши дни и насчитывающий (по оценкам различных исследователей) от 500 до 800 тыс. лет. Примерно 80 млн. лет назад, на рубеже мезозоя и кайнозоя, Земля переживала один из наиболее благоприятных климатических оптимумов. Он иногда именуется мел-палеогеновым. Тогда климат субполярных широт напоминал современный субтропический. Арктические острова и Антарктида были покрыты лесами. Температура поверхностных вод Арктического бассейна позднего мелового времени в районе Аляски и Сибири достигала 14°С, а на экваторе она была лишь ненамного выше, чем в наши дни.

В этом географическом парадоксе нет ничего удивительного. Даже при современных ледниковых условиях поверхностные воды Мирового океана с температурой от 20 до 27—28° занимают 53% площади, а с температурой 4° и ниже только 13%, что отвечает средней температуре 17,4°. Следует иметь в виду, что в позднемеловое время Северный Полярный бассейн имел более интенсивный водообмен с экваториальными бассейнами, чем ныне (рис. 2). Кроме того, в современных холодных условиях Земля теряет тепло в объемах несравненно больших, чем при более теплом климатическом режиме: на отражение солнечной радиации ледяными полями, плавающими на поверхности Мирового океана, и ледяными щитами, покрывающими Антарктиду и Гренландию; на отражение радиации теми пространствами суши, которые ежегодно покрываются снегом на несколько месяцев; в мировое пространство, потому что содержание водяных паров в атмосфере из-за более низкой температуры понижается.

Наконец, повышенное отражение солнечной радиации пустынями, альбедо которых выше альбедо любого растительного покрова, тоже отбирает у Земли тепло. В мел-палеогеновый оптимум пустынь не было. Они сформировались в конце неогена в результате значительного похолодания в высоких широтах, а потому и общего снижения испарения с поверхности Мирового океана. Наиболее аридные 2 области, площадью меньше современных пустынь, покрывались тропической саванной с галерейными лесами и оазисами в долинах рек.

Разделение на климатические зоны, которое является следствием резкого температурного контраста между полюсами и экватором, было в те времена как бы стерто за счет более высоких температур в полярных зонах обоих полушарий. Одни и те же виды и роды растений найдены в отложениях Гренландии, Шпицбергена, Медвежьих островов, Северной Америки, Западной Европы, СССР, Австралии, Антарктиды, Африки. Но около 70 млн. лет назад началась крупнейшая депрессия Мирового климата, кульминация которой наступила 18—20 тыс. лет назад. В это время происходило устойчивое и нарастающее охлаждение Земли. На рис. 3 хорошо видно, как падала температура самого холодного месяца, а вместе с ней сумма годовых осадков в районах Киева, Средней Азии и Якутска и как менялась среднегодовая температура в Западной Европе. Поразительная синхронность и однозначность изменения всех температур и осадков отлично свидетельствует об их взаимосвязи. Посмотрим, как по мере депрессии Мирового климата в третичном периоде холод обеднял растительный покров в северных широтах.

В палеоцене под 82° северной широты, на Земле Гриннелла росли озерная лилия, роза, тополь, береза; в Гренландии — каштан, виноградная лоза, гинкго, дуб и др. Магнолии доходили иногда до 70° северной широты. Климат Поволжья был теплый и влажный, такой, как сейчас на юге Японии и в Юго-Восточном Китае. Здесь росли пальмы, папоротники, вечнозеленые дубы, лавровые деревья. Среди вечнозеленых густых лесов встречаются, однако, как и ныне в Китае и Японии, формы более умеренного климата с опадающими листьями — бук, береза, дуб, тополь, ясень. В эоцене на Шпицбергене, Крайнем Севере, Европейской части СССР и Северном Урале произрастали субтропические хвойно-широколиственные леса с участием падуба, мирты, пальмы, а на севере Якутии и Новосибирских островах — тополь, секвойя, сосна. Северная граница пальм достигала бухты Кука на Аляске, т.е. 62° северной широты; флора, очень сходная с флорой Юго-Востока Азии, была распространена на севере Канады, в Гренландии и Испании. Вся территория СССР, кроме, возможно, высоких гор, была покрыта вечнозелеными лесами. На Украине росли пальмы, ныне распространенные в Индокитае, на Филиппинских островах и в Индо-Малайском архипелаге. Но уже в конце эоцена начинается похолодание.

В олигоцене температура глубинных вод под экватором, которая в конце мезозойской эры равнялась 14°, падает до 10,4+0,5°. Похолодание климата прогрессирует и принимает еще более четкий планетарный характер. На территории, СССР смещаются границы лесных зон. Субтропические палеогеновые, так называемые полтавские леса, под влиянием более низких температур на северо-востоке, самой холодной области Евразии, отступают на юго-запад и замещаются листопадными лесами умеренного типа — тургайскими, которые, распространяясь на запад, пересекают границу Урала. Европа охлаждается более медленно: наряду с формами умеренного климата (тополь, орешник, граб, бук, каштан, виноград и др.) встречаются и тропические пальмы, хлебное дерево и др.

В миоцене ускорился процесс миграции из северовосточных областей Евразии на юго-запад к теплой Атлантике наиболее влаго- и теплолюбивой растительности. Исследования показали, что в первой половине миоцена в лесах Верхоянско-Колымской области еще встречались тсуга, кедр, таксодиевые, богатый набор сережкоцветных и широколиственных пород — орех, каштан, липа, бук. К концу миоцена состав лесов обедняется за счет широколиственных, таксодиевых, тсуги. На Новосибирских островах еще продолжали произрастать секвойи и болотный кипарис, следовательно, в то время в Арктическом бассейне дрейфующие льды существовать не могли. В Западной Европе миоценовая флора напоминает современную флору атлантических штатов Северной Америки, Южного Китая и Закавказья. Во Франции растут различные лавровые, секвойя, бамбук, пальмы, древовидные папоротники. В первой половине миоцена в Крыму господствует теплый и влажный климат, весьма близкий к влажному субтропическому климату типа Закавказья при годовых осадках более 1000 мм, с ровным годовым ходом и среднемесячными температурами зимой не ниже нуля.

Во второй половине отмечается переход к средиземноморскому климату (влажному в зимнее полугодие). В области Ставрополья, Нижней Волги, Нижнего Донаги Южной Украины, ныне входящих в степную зону, до начала верхнемиоценового века удерживались богатые по составу широколиственные буково-дубовые леса с реликтами вечнозеленых растений. Сарматская флора Южной Украины имела ярко выраженный характер современной растительности умеренных широт Китая: каштан, граб, клен, орех, бук, дубы, лавр и другие деревья, главным образом с опадающей листвой. Сарматская флора Таганрога была богаче современной флоры Западного Закавказья. В мэотисе (конец миоцена) флора и фауна Украины также свидетельствуют о более теплом и влажном климате, чем современный. На юго-западе обнаружены носорог, антилопа, жираф, страус и др. В миоцене степной растительности на пространствах современных южнорусских степей еще не было.

В плиоцене топография континентов и, видимо, дна Мирового океана приняла почти современное очертание. Температура придонных вод у экватора в верхнем плиоцене упала до 2,2°; ныне она равна в среднем 1,75°. Однако в среднем температура поверхностных вод океанов еще достаточно высока. У Исландии она на 5° выше, чем в настоящее время, а в Арктическом бассейне близка к температуре воды современных морей Северной Европы и Тихого океана, но не Арктики. Следовательно, Арктический бассейн в то время также еще не имел ледяного покрова, и разница температур между экватором и Северным полюсом была примерно в два раза меньше, чем в наше время. Несмотря на то что в течение неогена похолодание прогрессировало, к концу плиоцена климат оставался еще довольно мягким. В Причерноморье существовала богатая фауна саваннового типа, в составе которой отмечается ряд теплолюбивых форм. На Амуре росли гинкго, дзельква, ильм. В Восточной Сибири лиственная тайга замещалась хвойными лесами. В пределах Якутии по крайней мере до начала антропогена сохраняются такие тепло- и влаголюбивые растения, как бразиния, американский серый орех и др. На территории Европейской части СССР в плиоцене леса еще господствуют в гораздо большей степени, чем ныне, хотя и теряют субтропические элементы, которые были вкраплены в листопадные леса миоцена. Нахождение в Западной Европе остатков гиппопотама в верхнеплиоценовых отложениях показывает, что климат в то время был значительно теплее современного.

Приведенные примеры иллюстрируют важное положение — при идентичности (по крайней мере в крупных частях) топографии континентов и очертаний берегов Мирового океана и при отсутствии дрейфующих льдов в Арктическом бассейне на пространствах Евразии, в том числе и на территории СССР, климат был более благоприятный, чем в наши дни, растительный мир, тепло- и влаголюбивый более разнообразен, площадь современных пустынь меньше и не так аридна, области, ныне подверженные засухам, увлажнены значительно лучше. В целом биологическая продуктивность была несравненно выше, чем в наше время. Та же картина наблюдалась и на северо-американском континенте. Третичный период заканчивается плиоценом. Как мы видели, на всем его протяжении с определенным ускорением происходило охлаждение всей поверхности Земли. В наибольшей мере охлаждались полярные широты, в наименьшей — экваториальные. На последнем этапе плиоцена охлаждение создало такой «холодный фон», достигло такого «кризисного порога», что дальнейшее, даже незначительное понижение температуры вызывало оледенение поверхности Полярного бассейна, а затем и оледенение северных областей континентов. С появлением оледенения северных полярных широт начался новый период в геологической истории Земли. Он получил название «четвертичный» по времени и «ледниковый» по содержанию. Учитывая появление в этот период человека, академик А. П. Павлов предложил новое название — «антропоген».

Обсудить]]>
Беды нашего климата https://zemnoyklimat.ru/page/bedy-nashego-klimata https://zemnoyklimat.ru/page/bedy-nashego-klimata Wed, 15 Dec 2010 16:33:05 +0300

У России так много берегов Ледовитого океана, что нашу страну справедливо считают лежащей на берегу этого океана. -- Д. И. Менделеев


Дыхание Ледовитого океана сковывает хозяйственную деятельность многих стран, расположенных в умеренных и полярных широтах Северного полушария. Сковывает прежде всего низкими температурами и продолжительностью зимы. Наша страна с запада, и в особенности с юга и востока, ограждена горными хребтами, затрудняющими проникновение тепла и влаги. А с севера она широко открыта холодным тяжелым воздушным массам, которые, формируясь над огромными по площади морскими льдами Арктики, беспрепятственно распространяются над незащищенными равнинами СССР.

На территории СССР холодная Арктика порождает затяжные зимы, поздние весенние и ранние осенние заморозки и тем самым сокращает вегетационный период. Поэтому, как правило, все сельскохозяйственные полевые работы производятся у нас в крайне ограниченные сроки, к тому же лимитированные погодой (в значительной мере зависящей от ледовитости Арктики). Они неизбежно проходят с большим напряжением и нередки случаи, когда действительно «день год кормит». Не удивительно, что в наших условиях урожай может считаться гарантированным только с момента, когда он засыпан в закрома и элеваторы. Еще в 1892 г. основоположник отечественной климатологии А. И. Воейков писал: «Наша суровая зима и короткое лето невыгодны для народного хозяйства; они мешают нам возделывать растения более теплых стран и заставляют каждого хозяина держать более животных и орудий, чем в Западной Европе, более тратить на устройство домов, отопление и теплую одежду» В 1962 г. в Обращении ЦК КПСС и Совета Министров СССР говорилось: «Прежде чем появятся на столе молоко, мясо и масло, надо потратить много труда, особенно в наших суровых климатических условиях, когда в большинстве районов страны семь-восемь месяцев продолжается осенне-зимний период, что затрудняет содержание скота и производство кормов». От холодных воздушных масс не защищены даже наиболее южные территории среднеазиатских и закавказских республик. Так, холодная волна арктического воздуха в декабре 1924 г. достигла Западной Грузии, где в течение нескольких дней погибли мандариновые, апельсиновые деревья и другие субтропические культуры. В феврале 1929 г. волна холода прокатилась по всей Европейской части СССР, захватила Крым и Кавказ, прошла Турцию, через Сирийскую пустыню проникла в Аравию. На Черноморском побережье Крыма температура понижалась до —25°, на побережье Кавказа до —10°. В результате погибло много виноградников и цитрусовых.

В феврале 1949 г. арктический воздух вторгся в Закавказье, Среднюю Азию, Турцию, Иран. В Ташкенте температура опускалась до —30°, в Иране замерзли сотни людей, улицы Иерусалима были покрыты 60-сантиметровым слоем снега. В Грузии насаждениям цитрусовых был нанесен колоссальный ущерб, в результате которого даже через И лет продажа государству цитрусовых составила всего лишь 73% от уровня, предшествующего катастрофе. Зимой 1962/63 г. холодный арктический воздух Заполнил все северные континенты — полностью Европу, Азию (до Турции) и Северную Америку (до Флориды). Усилились холода, увеличилась ледовитость в Арктических морях. Во второй половине декабря начались «обвалы» ледяного арктического воздуха, проникшие в теплые южные широты. Интенсивному выхолаживанию способствовал установившийся снежный покров. В январе обвалы усилились: в центре США, в штате Колорадо, температура понизилась до —36°, в Швейцарии до —39°, в Тулузе, где вообще не бывает морозов, до —17°. На Лазурном берегу и в Марселе пальмы стояли под снежным покровом.

Лед сковал все западноевропейские реки и каналы Венеции. С третьего до пятого января в Западной Европе от сильных морозов погибло более 700 человек. В эту же зиму во многих областях СССР длительное время отмечались низкие температуры: в Москве —30°, в Нарофоминске —38°. Небывалые холода (в отдельные дни до —37°) были на севере Молдавии и местами на Украине. В Одессе стояли 20-градусные морозы, порт был. скован льдом и покрыт снегом. Тяжелые ледовые условия сохранились и весной на многих северных морях, особенно на Баренцевом, Белом, Балтийском. Весна наступила с большим опозданием. Из Полярного бассейна часто вторгался холодный воздух. Весь март и первую декаду апреля на Европейской территории СССР стояла настоящая зима. В конце второй декады марта даже в Волгоградской и большей части Ростовской областей температура понижалась до —38° при малом снежном покрове. Массы холодного воздуха распространились по территории среднеазиатских республик.

Как всегда при запоздалых веснах, похолодание сменилось резким потеплением, «дружной весной». Талые воды плохо впитывались в промерзшую почву и неслись в водоемы, создавая ложное представление об обильном увлажнении полей. На больших площадях пахотных земель озимые хлеба, главным образом пшеница, или совсем погибли, или вышли настолько изреженными, что их пришлось пересеивать другими культурами. Лето вследствие слабого увлажнения почвы весной было сухим и жарким. Сбор хлеба был существенно ниже планируемого. Наша страна понесла, как и во все другие засушливые годы, огромные потери в животноводстве, а также в пищевой и легкой промышленности. Прирост национального дохода в 1963 г. составил 6,8 млрд. руб. против 14,3 млрд и 15,7 млрд в урожайные 1958 и 1964 гг. Сибирские морозы также в значительной мере связаны с ледяной Арктикой. Когда современный азиатский зимний антициклон получает достаточное питание с севера путем притока арктических масс воздуха, формирующиеся в нем полярные континентальные массы воздуха приобретают особенно низкие температуры и свободно растекаются на запад. Несколько менее свободно они распространяются в сторону Тихого океана, образуя зимние муссоны Дальнего Востока, а еще труднее им проникнуть на теплый юг, так как здесь они вынуждены преодолевать высокие южноазиатские горные хребты.

Недаром А. И. Воейков в 1911 г. с горечью писал: «Как ни обширна Россия, но теплых климатов у нее немного». И действительно, 35% территории СССР занято арктическими и редколесными тундрами, 47% — вечной мерзлотой, не менее 75% испытывает периодическое охлаждение до —40° и ниже, и даже лучшие уголки Закавказья и Крыма, как уже говорилось, не избавлены от возможности охлаждаться до —20°. Но оледенелая Арктика порождает осложнения в сельском хозяйстве не только вследствие холодных и затяжных зим. Холодные, а потому обезвоженные арктические воздушные массы при весенне-летнем перемещении на юг прогреваются. Чем выше температура воздуха, тем больше влаги нужно для его насыщения. Недостаток влаги влечет за собой иссушение растительного покрова и почвы. При определенных синоптических условиях иссушение заходит настолько глубоко, что холодные воздушные массы, прогреваясь, порождают суховеи и засухи — страшный бич земледелия. И. П. Герасимов и К. К. Марков отмечали, что «в настоящее время простое увеличение ледовитости Арктического бассейна вызывает . . . засуху на Украине и в Поволжье». История нашего сельского хозяйства в дореволюционное время и в первые годы после революции — цепь голодных лихолетий с редкими высокоурожайными годами. Так, например, в период 1889—1921 гг. из-за засух неурожайными были 20 лет из 33! Сильные засухи вызывали массовую гибель скота, эпидемии и высокую смертность людей.

В неурожайный 1901 год В. И. Ленин писал: «Опять голод! Не одно только разорение, а прямое вымирание русского крестьянства идет в последнее десятилетие с поразительной быстротой и, вероятно, ни одна война, как бы продолжительна и упорна она ни была, не уносила такой массы жертв». Даже царское министерство внутренних дел в 1908 г. вынуждено было признать, что угроза «умереть голодной смертью является ежегодно весьма возможной участью значительного числа земледельцев России». В странах Южной Америки, Индии, Турции засуха вызывает голод и вымирание больших масс населения. В США во время засухи тысячи мелких фермерских хозяйств разоряются и, оставив землю, вынуждены скитаться в поисках куска хлеба. Не случайно говорят, что победа над засухой равнозначна выигрышу величайшей в мире битвы. Климат нашей страны также чрезвычайно неустойчив. Например, в центре Арктического бассейна на дрейфующей станции «Северный полюс — 5» 28 января 1956 г. стояли морозы — 41°, а через двое суток температура поднялась почти до оттепели —1°. 31 января того же года на той же полярной станции и в Сочи была зарегистрирована одинаковая температура —4°. Повышение температуры в разгар зимы в центре Арктического бассейна до —1° тем более примечательно, что в эти дни в Москве стояли 30-градусные морозы. Неустойчивость температурного режима видна и из данных длительных повсеместных наблюдений. В Москве, как известно, средняя температура января —10,3°, но иногда она опускалась только до —3°, температуры, обычной для такого южного города, как Одесса, а нередко и до —22°, что свойственно Северному Шпицбергену, Земле Франца Иосифа и самой северной точке Новой Земли (рис. 1).

Такое же положение наблюдалось и в Ленинграде, где средняя температура января колебалась от —24,4 как в Арктике, до 0,6°, как в Феодосии, Анапе и даже Ташкенте. Неустойчивость нашего климата не ограничивается годовыми или многолетними колебаниями. Еще большая амплитуда отмечена в многовековом ходе. Годовая сумма осадков равнинного Алтая может колебаться от. 160 мм, как, например, в 60-х годах XIX в., до 500 мм уже в нашем веке. Могли бы мы представить, что на протяжении жизни одного-двух поколений ландшафт без человеческого вмешательства самостоятельно изменился бы, допустим, от пустыни до лесостепи и наоборот. Только с таким немыслимым скачком можно было бы сравнить колебания нашего климата.

В более далеком историческом прошлом отмечались еще более резкие колебания. По данным русских летописей, в 1454 г. 2 июля «мороз рожь побил», а в 1485 г. «два месяца января и февраля было так тепло, что сады раскинулись и цвели, и трава великая была и птицы гнезда вили». В 1524 г. снег не сходил до 25 мая. Пахать начали не в апреле, как обычно, а только в июне. Как пример неустойчивости климата особо следует отметить четвертьвековую засуху, охватившую нашу страну в XIV в. Зависимость резких охлаждений и засух от степени ледовитости Полярного бассейна достаточно постоянна, даже если проследить эту зависимость крупнопланово, в течение веков. Однако в отдельные годы эта зависимость меняется, так как изменения в циркуляции водных масс Мирового океана и в воздушной оболочке Земли могут вызывать крупные отклонения от средних погодных условий — резкие заморозки в июле и длительные оттепели в январе. Чем выше разность температур между экватором и полюсом, тем беспокойнее режим атмосферы, тем больше увеличиваются частота и размах отклонений.

Поэтому в периоды, когда Полярный бассейн был больше всего забит льдом, как, например, в XIV— XV вв., на территории СССР возрастала частота суровых продолжительных зим, засух, бурь, гроз, и в результате увеличивалось число неурожайных и голодных лет. Но холод является тормозом не только для сельского хозяйства. В той или иной степени он сковывает вообще всякую производительную деятельность человека. Чем дальше на север, тем со все бблыним напряжением и затратами работают промышленности строительство и транспорт. Сам Арктический бассейн доступен для плавания судов в течение двух—четырех месяцев и то в прибрежной зоне. Однако экономика нашей страны развивается так, что из года в год возрастает удельный вес капиталовложений в северные и восточные районы, где сосредоточены колоссальные запасы каменного угля, нефти и газа, железных руд, графита, золота, драгоценных камней, в том числе алмазов, цветных и редких металлов, слюды, нефелина, различных солей, редких и рассеянных элементов, химического сырья, строительных материалов. Часть своих производительных сил Советский Союз размещает в Сибири, где сосредоточены три четверти общесоюзных запасов угля, 85% гидроэнергии, где открыты многочисленные месторождения нефти и газа и где имеется много районов с высокой концентрацией природных ресурсов, экономически выгодных для разработок.

Французский публицист Пьер Рондьер писал: «Сибирь (по территории в два раза большая, чем США) уже сейчас давит весом производимой ею стали и угля на судьбы мира. А через 30—40 лет, к началу XXI столетия, в результате огромного труда она может возглавить таблицу мировых производителей. Сказочная и необъятная, она уже существует. И тот, кто ничего не знает о ней, не знает будущего нашей планеты». Ныне в Сибири широко развернулось строительство металлургических, химических и машиностроительных предприятий, авто- и железнодорожное строительство, различные энергоемкие производства мирового значения. Вместе с индустриализацией, проводимой на огромной территории от Урала до Тихого океана, идет строительство новых городов, перестройка старых с обеспечением большого современного комплекса коммунального оборудования на современном уровне. И это все — Сибирь, где, как известно, находится полюс холода Северного полушария. Но необычайная по размаху индустриализация испытывает ряд специфических трудностей, определяемых суровыми природными условиями.

Многолетний опыт СССР, США и Канады показал, что при равном техническом уровне себестоимость выпуска единицы продукции в условиях севера в несколько раз выше, чем в условиях климатического режима средних широт. Только очень большие запасы и концентрация природных ресурсов окупают высокие дополнительные затраты. Из-за отсутствия дешевых путей сообщения слабо используются лесные и ископаемые богатства восточных районов. Так, например, огромная по площади, но малообжитая Якутия с ее алмазами, нефтью, газом, запасами угля, занимая 15% территории СССР, не имеет железных дорог. Реки Якутии, как, впрочем, и всей Сибири, не связаны друг с другом и текут в северном направлении в малодоступный для судоходства Арктический бассейн. Использование же в широком масштабе современной авиации пока неэкономично и требует вследствие редкого населения и тяжелых природных условий больших материальных затрат. Это относится и к Восточной Сибири, занимающей треть территории и насчитывающей всего 3% населения СССР. В то же время ее сырьевые и энергетические ресурсы превосходят ресурсы даже такого богатейшего промышленного района, как Урал.

В холодную часть года почти вся наша страна долгое время лежит под снегом. За редким исключением все реки и искусственные моря — Камское, Горьковское, Куйбышевское, Саратовское, Волгоградское, не говоря уже о сибирских, скованы льдом, транспортная техника омертвляется на полгода и более. В подавляющей части наших морских портов — азовских, балтийских, беломорских, на побережье Северного Ледовитого океана и далее до Владивостока — жизнь замирает, так как к ним нет свободного доступа из-за длительного ледостава. Из-за стойких морозов, обилия снега, резких ветров и чрезвычайно низких температур промышленные, транспортные и гражданские сооружения возводятся с повышенной прочностью и, следовательно, со значительным удорожанием. По этим же причинам и сам процесс строительства также удорожается. Напомним, что для наиболее производительного труда необходима температура в пределах 15—25°, а для максимального развития растительного покрова 25—30° в течение всего года. Как далеки эти условия от действительного теплового режима нашей страны! Все приведенные данные позволяют утверждать, что ни одно государство в мире не затрачивает таких больших средств на борьбу с холодами, как СССР. Материальный ущерб, причиняемый холодами, столь велик, что он становится далее нетерпимым. Поэтому среди задач, поставленных Коммунистической партией перед советской наукой, приобретают большое экономическое значение задачи уменьшения, а затем сведения к минимуму зависимости нашего хозяйства от природной стихии и разработка методов воздействия на климатические условия. Затраты, определяемые холодным климатом, растут из года в год. Ныне они достигли уровня, когда значительно дешевле и легче устранить причину болезни, чем нести огромные затраты на борьбу с ней. Но прежде чем начать лечить болезнь, должны быть вскрыты причины ее возникновения и последующего развития. Иначе говоря, прежде чем улучшать климат, необходимо знать, каким он был в далеком и близком прошлом, установить закономерности в его динамике, особенно на последнем этапе геологической истории Земли. Затем уже на базе познанных закономерностей изыскать надежный и конструктивный метод его улучшения.

Обсудить]]>
Предисловие https://zemnoyklimat.ru/page/predislovie https://zemnoyklimat.ru/page/predislovie Wed, 15 Dec 2010 16:32:08 +0300 Уже давно привлекает внимание проблема улучшения климата на обширных пространствах, но, видимо, лишь с конца прошлого века, когда стала отчетливо вырисовываться громадная роль холодной Арктики в формировании климатов Земли, мысль исследователя обратилась к разработке способов уменьшения ледовитости, а затем и полного уничтожения льдов Северного Ледовитого океана, чтобы в первую очередь изменить климат в высоких и средних широтах Северного полушария. Здесь нет необходимости излагать наметившиеся подходы к решению поставленной задачи.
Впервые о нем стало известно более 12 лет назад, когда в широкой печати была кратко изложена схема рекомендуемых П. М. Борисовым мероприятий по ликвидации ледяного покрова Арктического бассейна. Основная идея предложения Борисова — создать прямоток теплых атлантических вод через Арктический бассейн, исключив вместе с тем противоток холодных вод из этого бассейна в Атлантику. Для этого рекомендуется с помощью мощных насосов, устанавливаемых в Беринговом проливе, перебрасывать поверхностные арктические воды в Тихий океан. Удаление последних и поступление дополнительного тепла из Атлантики должно предотвратить образование ледяного покрова в Арктическом бассейне, что в свою очередь приведет к потеплению климата. Эта схема, сохраняя основные положения, была существенно усовершенствована, что позволило Борисову снять ряд выдвигавшихся против нее возражений. Но и сейчас еще остается очень много спорного и неясного. Так, пока не выявлена степень синхронности реакции природной обстановки обширных территорий на изменение ледовитости Арктического бассейна. Нельзя также считать доказанной и однозначность этой реакции. Например, в 30—40-е годы нашего столетия, когда ледовитость северных морей резко уменьшилась, произошло особенно сильное падение уровня Каспия, тогда как уровень Арала повышался. Очень слабо представляем мы себе результаты ликвидации вечной мерзлоты и т. д. Вовсе не пытаясь исчерпать большой перечень вопросов, естественно, подлежащих выяснению при решении такой грандиозной проблемы, как планетарная мелиорация климата, есть, однако, основания утверждать, что данная проблема приобретает вполне реальное, осязаемое содержание. Существенный вклад в ее разработку вносят исследования автора этой книги, с которой, не сомневаюсь, с интересом познакомятся многие читатели.
Обсудить]]>