Установлено, что орбитальные климатические ритмы – 400 тыс.; 1,25; 2,55; 3,8 млн. лет, являются рабочими хронометрами биосферы, причем 400 тысячелетний ритм служит основной причиной крупнопериодических изменений климата и эволюции органического мира в эпохи плейстоцена и плиоцена. Внутри данный ритм делится на 6 – 8 фаз, причем становление и развитие биогенного вещества в биосфере планеты полностью подчиняется этому климатическому ритму с его фазами. Так, события крайней специализации фауны млекопитающих происходит в конце 5-ой фазы, а ее конец характеризуется великим вымиранием млекопитающих плиоцена и плейстоцена: мамонтовая фауна исчезла 10 – 12 тысяч лет тому назад.
При каждой вспышке активности Солнца, природа Земли приходит в неистовство. Каждый раз, все без исключения явления на планете, синхронно, приступообразно, в мертвом и живом царстве, приходят в конвульсивное содрогание. Страшные ливни, наводнения, смерчи, торнадо, ураганы, землетрясения, вулканическая деятельность, магнитные и электрические бури и сокрушительные грозы… Эпидемии и пандемии, эпизоотии и эпифитии проносятся по земному шару и воздействуют по принципу – где тонко там и рвется. Появляются резкие уклонения от обычного хода хронических и острых заболеваний. Общая смертность во всех странах в годы активного Солнца, достигают своих максимальных значений. Инфекционные заболевания претерпевают необычайные модификации. Число мутаций у растений резко увеличивается. Саранчовые в эти годы совершают опустошительные полеты. Все живое и неживое приходит в эти годы в движение.
Таким образом, солнечная активность, конечно, влияет не многие природные процессы в биосфере земли, однако пока имеется мало данных, свидетельствующих о ее влиянии на климат планеты в целом. Все что вышеперечисленно это своего рода разовые команды, влияющие на погоду, но ни как не на климат.
К началу Кайнозойской эры светимость Солнца практически достигла современной величины. Поэтому изменение климата, за последние 60 – 70 миллионов лет, можно рассматривать как функцию только земных причин. Если не брать во внимание гипотезу о прохождении Солнечной системы через пылевое облако. Но все-таки картину изменения климата по земным причинам усугубляют и космические. А конкретно, изменение количества солнечной энергии поступающей на землю. На неравномерное распределение солнечной радиации по поверхности Земли, в связи с изменениями элементов земной орбиты, впервые указал английский астроном Д. Кроль в 1875 году. Однако эта гипотеза получила широкую известность лишь после того, как ее принципы математически обосновал югославский ученый Меланкович.
Изменение количества солнечной радиации получаемой Землей, это не колебания светимости Солнца, а изменения параметров Земной орбиты и угла наклона оси вращения к ее плоскости. По этой причине Земля получает разное количество солнечной энергии. Максимальный эксцентриситет орбиты Земли равен 0,0658, а современный 0, 017. Изменение длины орбиты предопределяет неравную длительность двух половин года между весенним и осенним равноденствиями. Любой наш отрывной календарь покажет, что летнее полугодие в северном полушарии длится 186 суток, а зимнее 179. Изменение эксцентриситета происходит в течение 92 тысяч лет. В эпоху его максимума по этой причине поглощение солнечной радиации сокращалось очень даже заметно, и температура снижалась примерно на 1,4 градуса, чем это было на круговой орбите. Колебания солнечной постоянной из-за изменения эксцентриситета земной орбиты существенны. Они не могут не сказываться на долгопериодических колебаниях климата.
Наша Земля не идеальный шар, а неправильно сплюснутый эллипсоид вращения, да еще к тому же трехосный и потому плоскости его сечения относительно плоскости орбиты суть величины переменные, зависящие от угла наклона оси вращения. Это так называемый прецессионно – нутационный механизм, который обуславливает колебание Земли в потоке солнечной радиации, приблизительно равной 0,04 эрг\сек см.кв. в расчете на год в течение периода 6,5 тысячи лет, что составляет 0,25 периода прецессии – времени между прохождением перигелия соседними точками равноденствия и солнцестояния.
М. Меланкович в 1939 году обнаружил изменения эксцентриситета земной орбиты с периодом в 92 тысячи лет, наклона оси вращения к ее плоскости в 40 тысяч лет и прецессионно - нутационные колебания с периодом в 26 тысяч лет. Ш.Г. Шараф и Н.А. Будникова в 1969 году обнаружили более длительные периоды изменений первых двух параметров: 1,2 миллиона лет и 0,2 миллиона лет соответственно. Последние и наиболее детальные их исследования показали, что эксцентриситет колеблется с периодом около 0,1; 0,425; и 1,2 миллиона лет, нутации с периодом 41 и 200 тысяч лет и прецессии - 21 тысячу лет. Это так называемый фактор Миланковича. Сочетание этих механизмов дает сложную картину вариаций потоков энергии, которые приводят в моменты наличия экстремальных факторов, к наложению максимального дефицита на суммарное снижение интенсивности солнечной радиации. Вот так, например, началось Виллафранкская регрессия.
Исходя из расчетов, следует, что в пору максимальной длины орбиты существует период в 6,5 тысяч лет, когда на этот максимум накладывается прицессионнонутационной инсталляции и средняя температура на Земле может быть меньше минимальной в среднем еще на 0,4 – 0,5 градусов. Такое сочетание возникает редко один раз в 3,8 миллионов лет. Достаточно в такой период, например, концентрации углекислого газа в атмосфере снизиться до современных норм и в Антарктиде возникли условия для создания ледников. Это подтверждается найденными ископаемыми льдами. (Данные взяты из материалов Авсюга, Гросвальда опубликованных в 1971 г. «Кайнозойская история оледенения и климата Антарктиды».)
Куда во временном континууме Кайнозойской эры поместить эту бесконечно малую, но беспредельно важную точку в 6,5 тысяч лет. Откуда начать отсчет этого 3,8 миллионолетнего периода, который повторяется с настойчивой периодичностью во все времена, чтобы определить влияние ее на климат Земли. Данный момент очень интересен. Он является катализатором климатических «неурядиц» на планете. Давайте поместим эту точку поближе к ярко проявившей себя Виллафранкской регрессии, пик которой пришелся на 2,5 миллионолетие, а началась она примерно 4 миллиона лет назад. За давностью лет мы не можем проверить правдоподобность этой ситуации. Данный толчок возник в самый пик увлажнения 4 - 3,7 миллионов лет тому назад, сбив климатическую махину с относительно равновесного состояния теплового благополучия предпоследней, Плезанской трансгрессии, что и повлекло за собой цепную реакцию факторов охлаждения на границе между плиоценом и плейстоценом. Из этого небольшого, но очень жесткого периода и его последствий 2,5 миллиона лет тому назад, ну может чуть пораньше, появился и зашагал по земле, сжимая в руке еще очень примитивное каменное орудие, Человек Умелый.
Расстановка материковых масс на поверхности Земли перед этим оледенением, связанные с этим движения вод мирового океана и соответственно перераспределение его теплых и холодных компонентов являлись предпосылками к грядущему похолоданию. Тектонические процессы на дне океана повлекли за собой опускание некоторых районов донной поверхности, что увеличило площадь поверхности суши в результате регрессии. Данное расширение площади материков в свою очередь увеличило отражающую способность поверхности Земли. В связи с этим появилось несколько новых, различных состояний природно-климатических компонентов.
Климатическая зональность планеты по количеству и расположению климатических зон уже определилась в новом, почти современном, качестве. Хотя северная полярная зона развита, в плане оледенения, была еще слабо, но общепланетарная градация ее границ уже была четко выражена, из-за ослабления меридионального переноса воздушных масс. Геосфера была просто насыщена отрицательными климатическими факторами. В связи со всем этим резко повысилась чувствительность термического режима планеты к малым изменениям климатических параметров. Поэтому астрономические факторы с малой амплитудой действий начали раскачивать, в общем-то пока еще стабильную климатическую планетарную систему. В принципе устойчивое состояние климата той поры, находилась в одной из точек локального минимума допустимых для биосферы планетарных температур, но параметры климата были ниже средне возможных для данного временного периода.
Перевод биосферы в опасное для нее состояние - в соседнюю точку локального минимума соответствующей еще более низкой температуре, когда бы началось обвальное оледенение, практически было невозможно из-за довольно высоких температур океанских вод. Нужно было приличное глобальное понижение температуры, причем в короткие сроки. Такой толчок пришел. Настал момент, когда на максимальный эксцентриситет орбиты наложились прецессионно-нутационные осцеляции. Это и привело биосферу к экстремальной ситуации, когда на максимальный дефицит солнечной энергии наложилось суммарное снижение интенсивности энергетических потоков. Что после этого произошло с биосферой планеты, было описано выше.
По логике вещей эта «космическая дрянь» должна была проявить себя, во всей своей красе, в момент напряжения всех климатических составляющих планеты при одновременном воздействии на них периодических космических факторов. Это было время, когда установился локальный минимум для данной климатической ситуации в данном временном континууме. Возможно, это и произошло около 4 миллионов лет тому назад, когда вышеперечисленные факторы уже проявились и оформились. Этого удара из космоса оказалось достаточно, чтобы убрать довольно низкий барьер из положительных факторов, который не позволял скатиться климатической ситуации на более низкий локальный минимум.
Если взять точку в 4 миллиона лет за основу для проверки правильности нашего предположения и отсчитать это время в нашу сторону, то подтверждается самое большое Рисское оледенение, которое грянуло 200 тысяч лет тому назад. В этот период осушились участки шельфа до 100 – 120 метров, а 60% наземных льдов сосредоточились в северном полушарии. До сих пор территории севера выпрямляются после гнета огромной толщи материковых льдов.
Вехи, которые оставило это «космическое безобразие» в глубине Кайнозойской эры так же подтверждаются определенными событиями. Прибавим к 4 миллионам 3,8 . В точке 7,8 миллиона лет тому назад снова проявился этот космический эффект. Он снова сбил с равновесного состояния климатические составляющие того периода. Все быстрее и быстрее начал разрастаться ледовый купол Антарктиды и к 6 миллионолетию достиг своей максимальной величины. Это наступил переломный момент Кайнозоя. В это время и появился на свет ранний Австралопитек афарский – один из первых прагоминид, а немного раньше в самом начале похолодания, примерно 7 – 6,8 миллиона лет назад из-за этих изменений климатических параметров, разошлись пути человека и шимпанзе.
Не будем рассматривать каждый шаг в 3,8 миллиона лет, а сделаем сразу восемь шагов назад, в глубину Кайнозоя, в конец эоцена на 38 миллионную отметку, где шло резкое опускание уровня Мирового океана, связанного с тектоникой океанского дна. Скорее всего, именно этот толчок в 6,5 тысяч лет на 38 миллионной отметке повлек за собой резкое понижение температуры. Возникли сильные контрасты между зимой и летом. По планете загуляли стылые ветры Олигоцена - неожиданно холодного периода середины Кайнозойской эры. Не выдержав похолодания, вымерли многие виды млекопитающих, но зато улучшилось качество других. В это время по веткам запрыгали первые высшие приматы в частности Амфипитеки, парапитеки и проплеапитеки.
Из расчетов, показанных в работах: М. Миланковича «Математическая климатология и астрономическая теория колебания климата»; Ш.Г. Шарафа, Н.А. Будникова «Вековые изменения элементов орбиты Земли и астрономическая теория колебания климата», следует, что в эпоху одного из самых обширных четвертичных оледенений, планетарная температура могла уменьшиться, по орбитальным причинам, приблизительно на 1,2 градуса, или несколько больше. Конечно в том случае, если на этот период приходился максимальный эксцентриситет орбиты. И наоборот, если, например, перед началом среднечетвертичного межледниковья, орбита Земли имела минимальное значение эксцентриситета, то, несмотря на наличие обширных ледниковых покровов, и больших площадей морских льдов, температура поверхности Земли была примерно на один градус выше современной.
Как явствует из современных наблюдений, подъем температуры всего на 0,6 градуса в течение 1,5 – 2-х десятилетий в первой трети двадцатого века, привел к решительному сокращению льдов в умеренных и высоких широтах северного полушария. Это потепление позволило освоить СССР Северный морской путь и построить большое количество городов и поселков в северных районах.
Четвертичный период имеет ряд названий: ледниковый, антропоген, плейстоцен. Чаще всего употребляется термин «плейстоцен», предложенный Ч. Ляйелем в 1983 году, для обозначения геологического периода продолжительностью примерно в 1,5 – 2,0 миллионов лет. Плейстоцен характеризуется неоднократным чередованием ледниковых и межледниковых эпох, а так же временем максимального распространения континентальных массивов. В течение Плиоцена и Плейстоцена средняя высота материков возросла на 500 метров. В среднем понижение температуры по высоте составляет 0,6.С на 100 метров превышения, так, что только возрастание средней высоты суши могло вызвать похолодание на земной поверхности на 3° С. Отдельные районы, на которых в Плейстоцене шло интенсивное горообразование, порой на тысячи метров над уровнем моря, охлаждались еще сильнее.
Еще каких- то 50 – 60 лет тому назад единственным крупным событием Плейстоцена признавалось великое материковое оледенение. На самом деле он исключительно богат климатическими событиями, которые очень серьезно повлияли на формирование не только разнообразной флоры и фауны, но и на эволюционные преобразования человека. Скорее всего, на климат влияла смена холодных и теплых периодов в Арктике, на что в свою очередь влияло изменение интенсивности течения Гольфстрима в Атлантике и Куросио в Тихом океане. Интенсивность поступления вод этих течений влияли геологические факторы, скорее всего литосферные процессы. На Гольфстрим влиял не постоянный по высоте донный выступ в районе Форрерских островов, а на интенсивность проникновения теплых вод Куросио влияла величина и глубина Берингова пролива, которая так же не отличается постоянством.
И так мы уже знаем о Виллафранкском оледенении пик, которого пришелся на 2,5 миллиона лет назад и, о котором мы довольно подробно узнали выше. За ним пришло межледниковое потепление, и теплолюбивые животные, например бегемоты, вновь поселились в Европе. Уровень Мирового океана поднялся на 80 и даже на 100 метров выше современного, но «тягучее» по времени дунайское оледенение выгнало или уничтожило этих животных. Миллион лет назад, теперь уже Гюнцкое оледенение тряхнуло животный мир Кайнозоя. Оно длилось примерно 35 тысяч лет, а затем снова потепление и вновь ледники отступили. Это продолжалось не слишком долго. Около 600 тысяч лет тому назад начало холодать. Это навалилось Миндельское оледенение. Поляны и лужайки становились все обширнее. На юге Европы вновь исчезли влажные тропические леса Средиземноморья. Сосновые и еловые боры на востоке все быстрее и быстрее уступали место степям. Древние люди той эпохи были зажаты между двумя потоками льда. С севера и одновременно с Альпийских гор спускались ледники. Данная ситуация подхлестнула естественный отбор в стадах архантропов на той непростой территории, хотя оледенение и длилось всего каких - то 25 тысяч лет.
После потепления снова пришел холод - Рисское оледенение, самое мощное из всех. Оно отстояло от нас на 250 – 300 тысяч лет и длилось примерно 30 тысяч лет.
В Африке в периоды похолодания климат изменялся несколько по иному, чем в Евразии. Там похолодание на севере Европы сопровождалось обильным выпадением осадков. Сахара и Калахари зеленели травой и порастали деревьями. Во время периодов похолодания нарушалась система ветров. Выпадение осадков в одних местах увеличивалось, а в других уменьшалось. Это привело к довольно значительному высыханию бассейна реки Конго, где влажные леса стали уступать место редколесью и травянистой саванне. То есть Африка, для древних людей стала более пригодной для проживания.
Примерно 70 тысяч лет назад началось последнее Вюрмское оледенение. Предполагают, что это похолодание спровоцировало извержение вулкана Тоба на острове Суматра. Математическая модель данного извержения показывает, что данный взрыв понизил температуру в северном полушарии на 3,5 градуса, что длилось примерно 10 лет. Этой эпохой кончается Плейстоцен и начинается Голоцен. Наше Время.
По мнению ряда ученых, мы сейчас живем в конце ледникового периода, который со временем сменится периодом потепления. Потеплению способствует и увеличение углекислого газа в атмосфере из-за техногенной обстановки навязанной природе человеком. Есть гипотеза о том, что климат нашей планеты станет таким же, как в эпоху динозавров - жарким и влажным. Из-за этого все льды растают, и уровень мирового океана станет намного выше, чем в настоящее время. Ученые подсчитали, что если растают все ледники планеты, то уровень океана поднимется на 66 метров. Есть совершенно противоположное предположения о том, что мы живем перед началом очередного оледенения, которое начнется примерно через 10 тысяч лет, но это только гипотезы. Как это будет на самом деле, время покажет.
Более подробного описания о климатических изменениях в Кайнозойской эре нам и не нужно. Информация о климате прошлого нам необходима только для того, чтобы в процессе раскрытия истории становление человека определить, как же климатические факторы влияли на данный процесс.