1. Изменение климата в историческое время.

Появление и последующая эволюция атмосферы и гидросферы тесно связаны с геологическими процессами, происходившими на Земле. По преобладающему мнению ученых, атмосфера появилась на ранней стадии развития Земли в результате активной вулканической деятельности и поступления сквозь расплавленные участки земной коры различных газообразных соединений.

По данным математического моделирования, первичная атмосфера состояла из смеси метана, аммиака, углекислого газа, водорода, азота, соединений серы, паров кислот и водяного пара. Такой состав атмосферы (и прежде всего большое количество углекислого газа и водяного пара) способствовал образованию парникового эффекта и, как результат, повышению температуры у земной поверхности до 600°С, что соответствует примерно температурному режиму современной атмосферы Венеры. В то время был сплошной облачный покров, низвергались кислотные дожди, сопровождаемые грозами.

В дальнейшем, с уменьшением содержания углекислого газа и ослаблением парникового эффекта, происходило понижение температуры, что привело к конденсации водяного пара и образованию нового компонента климатической системы - гидросферы.

Как полагают, около 3 млрд. лет назад в океане зародилась жизнь. С появлением сине - зеленых водорослей, преобразующих в результате фотосинтеза углекислый газ в кислород, стал меняться состав атмосферы - уменьшилось содержание углекислого газа и увеличилось содержание кислорода. Это выразилось в дальнейшем понижении температуры, и уже 2,5 - 2,6 млрд. лет назад стало возможным появление льда - следующего важнейшего компонента климатической системы Земли, оказавшего большое влияние на увеличение неустойчивости климата.

За последние 3,6 млрд. лет, после теплой архейской эры, происходили чередования холодных и теплых периодов разной интенсивности и продолжительности, измеряемых десятками и сотнями миллионов лет. Многие похолодания сопровождались образованием покровных ледников. На основании геологических данных выявлены четкие признаки оледенении в период, относящийся к докембрию (5,6-2,5 млрд. лет назад). В следующем длительном промежутке времени в 1 млрд. лет следов обледенений не обнаружено, что является признаком потепления.

В дальнейшем, в позднем протерозое (от 950-660 млн. лет назад), имеются свидетельства о трех оледенениях.

Фанерозой (от 570 млн лет назад) начался с теплого климата, после чего последовал ряд ледниковых и межледниковых периодов.

В третичный период, особенно в его ранней части, климат был теплым. В это время на Шпицбергене произрастали кипарис, секвойя, магнолия; на Украине и юге России обитала субтропическая флора. Об этом свидетельствуют залежи каменного угля со следами этих растений. В Антарктиде произрастали теплолюбивые растения и существовали животные, свойственные субтропическому климату.

Начиная примерно с 50 млн. лет назад, отмечалось устойчивое ступенеобразное понижение температуры, особенно в высоких широтах, что связывается с дальнейшим уменьшением содержания углекислого газа в атмосфере.

Около 25 млн. лет назад началось оледенение Антарктиды, 6 млн. лет - Гренландии, 3-5 млн. лет назад образовался ледяной покров Северного Ледовитого океана. Далее последовал ряд потеплений и оледенений. Для конца кайнозоя характерна более частая смена ледниковых и межледниковых периодов.

В последнем промежутке времени (от 1,2 млн. лет назад) имели место четыре ледниковых периода, разделяемых межледниковьями. 26 тыс. лет назад в конце четвертичного периода кайнозоя началось последнее распространение ледникового покрова. В северном полушарии своего максимума оно достигло 18 тыс. лет назад. Льды покрывали Северную Америку, большую часть Европы, Азии. Это похолодание охватило и южное полушарие. В эпохи оледенений ледниковые покровы распространялись на огромных территориях. Толщина льда в Европе и Азии составляла 1,5-3 км.

Вследствие шарообразности Земли и наклона оси вращения на ней всегда существовала климатическая зональность. При похолоданиях эти зоны выражались более четко, происходило сужение тропических и субтропических поясов. При потеплении эти зоны расширялись. Например, во времена Рисского ледникового периода (350-130 тыс. лет назад) ледниковые языки опускались до широты 50°, а в некоторых районах даже до 40°. С распространением ледников увеличивалось альбедо планеты, и большая часть поступающей солнечной энергии отражалась в мировое пространство, что сказывалось на понижении средней температуры воздуха у поверхности.

Во время оледенений в умеренных широтах температура была ниже современной не менее чем на 10 °С. В некоторые периоды фанерозоя, в зависимости от распространения ледников от полюсов в более низкие широты, различия в средних температурах на Земле между теплыми и холодными эпохами составляли от 7 - 10 до 20 - 25 °С. В эпохи оледенений средняя температура на Земле была ниже современной на 7 °С, в периоды потеплений повышалась до 25 °С, что выше современной на 10 °С.

Ледниковые периоды не следует представлять как время стабильных оледенений. На самом деле особенностью климатических условий в эпоху оледенений был колебательных характер наступлений и отступлений ледниковых покровов. То есть ледниковые эпохи состояли из более теплых и холодных интервалов времени, причем последние можно рассматривать как самостоятельные ледниковые эпохи. Ледники неоднократно наступали и отступали, то, стягиваясь к полюсам, то широко распространяясь. Во времена оледенений большое количество воды превращалось в лед, что приводило к понижению уровня Мирового океана, и, наоборот, в межледниковые периоды при таянии ледников уровень воды повышался. Уровень Мирового океана в зависимости от интенсивности оледенений изменялся от десятков до сотен метров. Изменения уровня воды были одной из причин трансгрессий и регрессий океана, т. е. его наступления на сушу или уход с суши. Наступления и отступления ледников сопровождались миграциями растительного и животного мира.

Период после последнего оледенения (от 10-15 тыс. лет назад до наших дней) получил название голоцена. К этому времени материки приобрели современные очертания, сложились современные климатические зоны, состав атмосферы стал близок современному. Полагают, что голоцен является межледниковым периодом. Ранняя часть голоцена характеризовалась потеплением, продолжавшимся около 2,5 тыс. лет и вошедшим в историю климата как «климатический оптимум» - в период оптимума средняя температура воздуха была выше современной, отмечалось также повышенное увлажнение. Климатический оптимум сменился похолоданием (5,5 тыс. лет назад), затем вновь наступило потепление (4 тыс. лет назад). На этом завершается период истории климата геологического прошлого.