22 апреля отмечается День Земли. Это время задуматься о нашей окружающей среде. Человечество живет в постоянном страхе экологических катастроф. Представьте, что огромный ледник, разрастаясь, как бульдозер продвигается по континентам, толкая перед собой грунт и обломки горных пород, оставляя на теле Земли настоящие шрамы в виде цепей холмов – ледниковые морены. Климатическое ЧП, ставшее закономерностью: о ледниковых периодах в истории нашей планеты слышали все, но мало кто может уверенно сказать, что же каждый раз раскручивает температурную карусель.
Мы живем в одну из межледниковых эпох голоцена – последней по времени эпохи кайнозойской эры, начавшейся около 65 млн лет назад.
В 30-х годах прошлого века сербский геофизик Милутин Миланкович (Milutin Milanković, 1879–1958) предложил логичную и стройную теорию астрономических причин среднесрочных изменений климата. Он предположил, что они носят закономерный периодический характер из-за влияния астрономических факторов, а конкретно – орбитальных циклов.
Еще древние греки заметили, что каждый год происходит смещение моментов весеннего и осеннего равноденствия, то есть перехода Солнца через небесный экватор (проекцию реального экватора на небесную сферу – прим. ред.), возвещающего начало нового климатического сезона. Много веков спустя ученым стало ясно, что причина этого явления – в периодическом изменении направления оси Земли. Как ни странно, тому виной гравитационное влияние нашего небольшого, казалось бы, спутника – Луны. Прецессия (такое название получило это явление от латинского praecessio aequinoctiorum – предварение равноденствий) имеет полный период примерно в 25 765 лет – за это время земная ось описывает в пространстве полный конус.
Этот цикл имеет большое количество важных следствий, в первую очередь климатических. Вспомним, почему происходит смена времен года. Из-за наклона земной оси в одних точках орбиты лучше освещается и, следовательно, обогревается Северное полушарие, в противоположных – Южное. Суть же прецессии заключается в медленном изменении ориентации оси вращения вместе со всей планетой (не путать с перемещением оси и полюсов в теле Земли). Следовательно, должно происходить постоянное смещение положения точек равноденствий и солнцестояний, которые отмечают границы астрономических сезонов. Там (или тогда), где полуцикл (около 13 тыс. лет) назад в Северном полушарии была зима, теперь будет лето, и наоборот. Добавим, что орбита Земли не образует идеальный круг, она, по крайней мере в настоящую эпоху, несколько вытянута. Апогей – точка наиболее удаленная от Солнца (152,1 млн км), перигелий – самая ближняя (147,1 млн км).
Миланкович предположил, что когда в одном из полушарий теплый климатический сезон приходится на прохождение апогея, летом возможно сохранение постоянных ледниковых покровов, которые просто будут не успевать таять. Соответственно, деградация ледниковых покровов наступает в том случае, если во время теплого сезона в этом полушарии Земля проходит перигелий. Простая проверка делает эти предполагаемые выводы вполне весомыми: примерно 12,5 тыс. лет назад, когда во время теплого сезона в Северном полушарии Земля проходила самую ближнюю точку своей орбиты вокруг Солнца, произошло поистине катастрофическое потепление. Этим потеплением ознаменовалось начало небольшого последнего геологического периода – голоцена. По сути, голоцен – это продолжающийся промежуток между наступлениями ледниковых покровов. До последнего наступления ледников, пик которого пришелся на момент 18–20 тыс. лет назад, происходило не менее четырех-пяти аналогичных оледенений, четко фиксирующихся в геологических отложениях Северного полушария. Одновременно в тех же слоях коры Южного полушария фиксируется похолодание, выражающееся, в частности, в увеличении площади ледникового покрова Анд и Антарктиды.
Кроме прецессионного существуют и два других, более продолжительных орбитальных ритма Земли. Примерно 41 тыс. лет составляет цикл изменения наклона оси от 22° до 24º 30´. Данный цикл влияет на степень выраженности разницы между климатическими сезонами – чем больше наклон оси, тем теплее в «летнем» полушарии и холоднее в «зимнем». Причина, вызывающая колебания оси, комплексная – это гравитационное влияние и Луны, и ближайших к Земле планет.
Прецессионный цикл может по-разному соотноситься с изменением угла наклона оси – скажем, если прохождение перигелия совпадает с усилением «сезонности», это приводит к более интенсивному таянию ледников в одном из полушарий в летний период. Различные варианты сочетания периодических изменений могут составлять иные циклы большей продолжительности.
Однако существует еще и третий среднесрочный орбитальный цикл, вызываемый исключительно воздействием планет. Он контролирует изменение степени вытянутости земной орбиты и составляет около 95 тыс. лет. Форма орбиты Земли меняется от практически круглой к несколько вытянутой, эллиптической. Таким образом, в то время, когда форма орбиты Земли становится «круговой», влияние прецессионного цикла может сводиться почти к нулю.
Ледниковый период – интервал времени, в течение которого на фоне общего похолодания климата происходят неоднократные резкие разрастания материковых ледниковых покровов – ледниковые эпохи. Ледниковые эпохи чередуются с относительными потеплениями – межледниковьями.
Интересующийся читатель вправе спросить: а почему периодические наступления ледниковых покровов не происходили раньше? Дело в том, что последние несколько десятков миллионов лет на Земле наблюдается неуклонная тенденция к похолоданию. Первые ледники в Антарктиде возникли, вероятно, около 25 млн лет назад. Затем вокруг Южного полюса возникло холодное течение – тенденция к похолоданию резко усилилась. Из-за прогрессирующего понижения температур примерно 5 млн лет назад довольно быстро возник крупнейший гренландский ледниковый покров. И только после этого, в последние 600 тыс. лет, появились условия для периодического наступления ледников на просторы Европы и Северной Америки. Проще говоря, ранее более теплый климат не позволял включиться механизму обширного оледенения, хотя периодические изменения, связанные с незначительным возрастанием площади ледников, а до их появления – с балансом атмосферной влаги, фиксируются и для более ранних периодов.
Все эти особенности в последние годы привлекают большое внимание климатологов и геофизиков. Во многих исследованиях подтверждается наличие климатических циклов продолжительностью 25 и 100 тыс. лет, а также больших, так называемых суперпозиционных циклов в 400 тыс. лет. Именно к таким выводам привел ученых анализ данных глубоководного бурения и изучения наземных разрезов, причем подобная периодичность присутствует и в древних разрезах мезозойской эры – там она отражает изменение не объема ледников (их тогда еще не существовало), а уровня Мирового океана.
Интересно, что подобные циклы и закономерное изменение осадочных горных пород обнаружены и на Марсе. Там, из-за отсутствия крупного спутника, это вызвано влиянием других планет, а потому циклы имеют большую продолжительность, порядка 1,2 млн лет.
В целом, теория астрономических изменений климата Миланковича, несмотря на некоторые незначительные неувязки, показала свою состоятельность и может быть применена для прогнозирования глобальных изменений в отдаленном будущем.