У читателя может возникнуть справедливый вопрос, - каким образом учёные определили все течения, которые существовали когда- то в те далекие времена? Да всё не так уж и сложно. В 30-е годы прошлого века академиком П.П. Лазаревым были проведены ряд опытов которые показали и убедительно доказали существование определенных океанских течений в различные периоды земного бытия. Блестящий экспериментатор, он создал у себя в лаборатории модель мирового океана. Он весь уместился в большой круглой ванне, которая изображала северное полушарие Земли. Края ванны служили экватором, в центре её находился Северный полюс.
На некотором расстоянии, по краям ванны учёный установил согнутую в кольцо металлическую трубку с дырочками. В неё с силой вдувался воздух. Так было создано подобие кольца пассатов, которое существует в действительности у экватора. Из гипса были вылеплены маленькие «материки» и их разместили в ванне точно там, где они находились, по мнению геологов в палеозойскую эру. Ванну наполнили водой, пустив плавать алюминиевые опилки. Чтобы они стали заметнее, воду пришлось окрасить в черный цвет.
Странный чёрный океан был готов. И опыт начался. «Пассаты» погнали опилки по глади «океана». Течения сразу стали видимыми, и перед глазами исследователей возникла живая картина течений, существовавших 200 миллионов лет назад.
В продолжение опытов был изменён облик полушария. Теперь он стал выглядеть, как представляют его себе геологи строение земной поверхности 1 миллион лет тому назад. Арктический бассейн оказался изолированным, замкнутым, даже узкого Берингова пролива в то время не существовало. В Северной Атлантике над водой поднималась преграда из крупных островов.
Включили «ветер», и стало видно, что теплые течения при такой расстановке, не могли проникнуть на север. Модель доказывала это неопровержимо. Вот тогда Великий Северный океан стал превращаться в Ледовитый.
Но модель – это только модель, Можно ли ей верить? Лазарев решил устроить своей модели «очную ставку» с современным Мировым океаном. Ученый поместил в ванну гипсовые копии современных материков. Снова засвистел «ветер», вырываясь из трубки. Рисунок опилок показал карту современных течений. Совпадение оказалось полное, даже в малейших деталях.
Так что описание движение водных потоков в океанах прошлого, о которых здесь рассказано, научно обоснованы.
В Миоцене, 14 миллионов лет тому назад, начинает интенсивно возрастать восточно-антарктический ледниковый покров. Это было первое оледенение некоторых районов Антарктиды. Примерно 10 – 8,5 миллионов лет назад вокруг материка начинают распространяться льды.
Воды, которые поступали из Мирового океана в Циркумполярное течение, там охлаждались, опускались ко дну, и донными течениями распространялась к северу, заполняя котловины всех океанов. Началось интенсивное их охлаждение и соответственно охлаждение материков. Например, если в середине Эоцена, 40 миллионов лет назад, температура воздуха в северном полушарии составляла 22- 25 градусов Цельсия, то во второй половине Олигоцена, 31 миллион лет назад она снизилась до 15 – 18 градусов. Но все- таки было ещё тепло, и средняя температура воздуха на Земле была выше современной потому, что Мировой океан был ещё теплый. На пути движения холодных вод на север им преграждал путь Африканский континент. У западных его берегов холодная вода поднималась в верхние слои океана. Это означало падение температуры в высоких широтах континента и отток влаги в сторону Антарктиды, что естественно повлекло за собой аредизацию южных и юго-западных районов Африки и образование обширных саванн даже в областях прилегающих к экватору.
Примерно 7 миллионов лет тому назад быстро разрастаясь, ледник западной Антарктиды, соединился с восточно-антарктическим ледниковым покровом. В результате, к шестому миллионолетию, образовался ледяной единый купол, такой величины, что даже в позднее и более холодное время не достигал столь внушительных размеров.
Лавинообразное нарастание охлаждающих факторов связанных с увеличением ледяного купола Антарктиды, повлекло за собой глобальное изменение природных компонентов. Уровень Мирового океана упал на 70 метров.
Анализ процессов последних ледниковых эпох, даёт твердую уверенность в том, что максимальное распространение ледников вызывает не только резкое понижение уровня Мирового океана, но и сильное иссушение в низких широтах и даже в тропико - экваториальном пространстве. С этапом оледенения Антарктиды совпадает широкое распространение в восточном полушарии так называемой гиппорионовой фауны - типичных представителей открытых пространств- саванн.
Исследования последних лет всё с большей очевидностью показывают, что период между 6,5 – 5 миллионами лет представляет собой один из важнейших переломных моментов в истории Кайнозойской эры. Этапом глобального преобразования состояния оболочки планеты.
К четвёртому миллионолетию ледовый купол Антарктиды сократился до современных размеров и практически ничего не известно о его дальнейших изменениях, до ближайшего к нам геологического времени – Плейстоцена. Сам факт уменьшения ледяного купола континента предполагает некоторое увеличение температуры и влажности. Пик данных факторов приходится на период с 4,4 до 3,5 миллионов лет назад, но уже далее снова начинаются весьма существенные изменения в состоянии природной оболочки Земли. Они заключаются в новом ещё более мощном сдвиге параметров природных компонентов ко второму миллионолетию. Данный сдвиг параметров имел тоже направление, что и позднемиоценовый – дальнейшее похолодание и аредизация.
С опозданием на 15 миллионов лет льды появляются и в северном полушарии. Знаки их возникновения 3,2 – 3,1 миллиона лет тому назад. Например, этим временем датируются первые ледниковые отложения в Исландии, причём найдены они на равнинах, что свидетельствует о покровном характере оледенения острова. По данным М.И. Будыко (1984), возникновение полярных ледниковых покровов резко повысило чувствительность термического режима Земли к малым изменениям климатообразующих факторов. Астрономические факторы стали оказывать значительное влияние на климат четвертичного периода.
В это время уже окончательно сблизились континенты Северной и Южной Америк. После раскола Пангеи они долгое время «дрейфовали» почти параллельными курсами, но потом одумались и начали быстро сближаться. За 20 миллионов лет расстояние между ними сократилось на 750 километров. За это время, находящийся на пути Южно – Американского континента небольшой архипелаг островов был смят и быстренько соорудил хребёт на берегах Венесуэлы. Затем, с запада, усилился, уже существующий, один подвиг плиты, под другую, Карибскую и в результате под её краем развилась бурная вулканическая деятельность. А в это время данному «безобразию» навстречу двигался мощный подводный хребёт. Их взаимодействие послужило фундаментом для образования Панамского перешейка, который не замедлил подняться из под воды. Существует мнение, что новый скачёк похолодания в самом начале плейстоцена и аредизации, так называемое Виллафранкское оледенение было вызвано закрытием пролива Бальбао между Северной и Южной Америками, что повлекло за собой изменение в характере океанической циркуляции вод, в частности зарождение североатлантического течения Гольфстрим. После соединения дух материков тёплые атлантические воды уже не могли больше течь вокруг экватора и повернули к северу. Это привело к увеличению количества осадков в Гренландии, Скандинавии и Восточной Канаде. Тёплые течения несли на север влагу, и количество осадков там резко возросло. Солёность Северного океана упала, а значит он стал быстро покрываться льдом. Началось оледенение северного полушария. Скорее всего, воздействие нескольких факторов как земных, так и космических повлияли на данное изменение климатической обстановки. Потому, что похолодание, в принципе, было обще планетарным, а особенности движения материковых плит по поверхности Земли, и связанные с этим процессом, изменения океанических циркуляций вод Мирового океана, были только дополнительными факторами, ускоряющими или замедляющими глобальные процессы кайнозойских изменений климата.
Пик похолодания Филофранкского оледенения в позднем Плиоцене приходится на 2,5 – 2,2 миллиона лет назад. Северный Полярный бассейн покрылся морскими льдами. Имеются данные, что это же время было существенное похолодание в Европе: в Италии, Нидерландах, на побережье Чёрного моря, а в Средиземноморье распространились степные виды растительного и животного мира.
Французским учёным Р. Бонфийем были проведены исследования в Африке, в районе реки Омо. Данные спорно – пыльцевого анализа показали, что в период от 3 до 2,5 миллионов лет назад площадь лесов в данном районе сильно сократилась. Сравнительный анализ показал, что если в настоящее время, на прилегающих к реке территориях доля древесной растительности составляет 45,8 % от общей площади, то 2,5 миллиона лет назад, она составляла от 18 до 11 %. Саванные же элементы территории занимали от 47,3 до 30%, тогда как в настоящее время они занимают 24,4 % исследуемой площади. Ещё большие изменения претерпели ландшафты к двухмиллионолетнему рубежу. Древесной растительности в то время было всего 5,5, % т.е. в десять раз меньше чем в настоящее время, а элементы саванной растительности в ландшафтах возросли в три раза, занимая площадь в пределах 61,1 %.
На протяжении последнего миллиона лет на фоне существенного, постоянного полярного оледенения, в Антарктике, происходили циклические колебания оледенений в северном полушарии и связанные с ними колебания температуры воздуха в средних широтах. При этом в северном полушарии разрастались огромные ледниковые покровы, близкие по размерам к антарктическому, а колебания температуры в средних широтах были равны колебаниям температуры за все предшествующие 60 – 70 миллионов лет, то есть составляли 10 – 12 градусов Цельсия.
Число наступлений Антарктического ледникового покрова и связанные с ними колебания температуры и влажности, в целом, согласуются с числом изученных разрастаний ледникового покрова в северном полушарии. Колебание их размеров происходили в целом синхронно, только в южном полушарии были естественные границы разрастания – обрыв континентального склона, который был местом рождения айсбергов.
Кроме геолого-географических, сугубо Земных факторов, о которых мы говорили выше, имеется и вторая группа – астрономические, при которых изменения климата зависят:
-от изменения количества радиации Солнца;
-от положения Земли относительно Солнца, т. е. изменение эксцентриситета орбиты
-от положения Земной поверхности относительно угла потока солнечной радиации, т. е. изменение наклона оси планеты
-изменение времени наступления равноденствий
Величина Солнечной постоянной (20 ккал см.кв. мин) может изменяться на 3 – 5% в зависимости от изменения расстояния Земли от Солнца. Огромное число геофизических, метеорологических и биологических явления, происходящих на Земле, - это прямое отражение физических процессов происходящих на нашем светиле. На его поверхности наблюдается целый комплекс явлений связанных между собой и изменяющихся во времени. В совокупности данные явления представляют собой единый периодический процесс называемый солнечной активностью. Установлены ритмы длительности этих процессов в 11, 22, 35, и 80 – 90 лет. Когда детально были исследованы древние отложения в озёрах Австралии, то было установлено, что периодические чередования плотности отложений с 11-, 22- и 90-летней цикличностью неизменны в течение всех последних 600 миллионов лет.
Установлено, что орбитальные климатические ритмы – 400 тыс.; 1,25; 2,55; 3,8 млн. лет, являются рабочими хронометрами биосферы, причём 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, причём 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 её 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 мёртвом 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 рвётся. 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 полёты. Всё 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 её 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 её принципы математически обосновал югославский ученый Меленкович.
Изменение количества солнечной радиации получаемой Землёй, это не колебания светимости Солнца, а изменения параметров Земной орбиты и угла наклона оси вращения к её 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 минимума 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 ещё к тому же 3-х осный 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. Меленкович в 1939 году обнаружил изменения эксцентриситета земной орбиты с периодом в 92 тысячи лет, наклона оси вращения к её 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 даёт сложную картину вариаций потоков энергии, приводящую в моменты наличия экстремальных факторов, наложения максимального дефицита и суммарного снижения интенсивности солнечной радиации.
Исходя из расчётов, следует, что в период максимальной длины орбиты существует период в 6,5 тысяч лет, когда средняя температура на Земле может быть меньше минимальной в среднем ещё на 0,4 – 0,5 градусов. Такое сочетание возникает редко один раз в 3,8 миллионов лет. Достаточно в такой период концентрации углекислого газа в атмосфере снизиться до современных норм и в Антарктиде возникли условия для создания ледников. Это подтверждается найденными ископаемыми льдами возрастом от 3,7 до 4 миллионов лет. (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 отсчёт этого 3,8 миллионолетнего периода, который повторяется с настойчивой периодичностью во все времена, чтобы определить влияние её на климат Земли. Данный момент очень интересен. Он является катализатором климатических «неурядиц» на планете. Давайте поместим эту точку поближе к ярко проявившему себя Виллафранкскому оледенению, пик которого приходился на 2,5 миллионов лет назад.
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.