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.