Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Климатология лабы / maket-lobanov-k2.pptx
Скачиваний:
44
Добавлен:
15.03.2019
Размер:
20.87 Mб
Скачать

второе глубокое оледенение (тиллит Магадор) и небольшое поте- пление Плум Пойнт (в Европе – Хенгело и Денекамп). Весь поздний Висконсин был очень холодным, особенно в период 22–14 тыс. лет с максимумом холода около 18 тыс. лет тому назад. Также видно, что на общий фон налагаются еще более высокочастотные колеба- ния с периодами порядка 1000 лет и иногда со значительными ам- плитудами. В нижней части рис. 17.8 показана

самая суровая стадия

последнего оледенения – позднеледниковье,

которое также

характе-

ризуется

значительными колебаниями

температуры в

2–3

°С.

Поэто-

му заключительный период

Рис. 17.8. Профиль изотопного отношения кислорода δ018 в колонке льда Кемп Сенчури за 125 и 45 тыс. лет (по В. Дансгаарду с соавт.)

292

резкими колебаниями ледниковых щитов – их наступлением во время Померанской стадии (16–14 тыс. лет тому назад) и отступле- нием в Раунисском межстадиале (13,7–13,2 тыс. лет назад); затем произошло похолодание Древний Дриас (13,2–12,4 тыс. лет назад), потепление Ббллинг (12,4–12,1 тыс. лет назад), похолодание Сред- ний Дриас (12,1–11,9 тыс. лет назад), резкое потепление Аллерёд (11,9–11,1 тыс. лет назад) и последнее наступление уже заметно со- кратившегося Скандинавского ледникового щита во время крайне резкого похолодания Молодой Дриас (развившегося за столетие и продолжавшегося в течение 11,1–10,3 тыс. лет тому назад), оставив- шее после себя морены Сальпаусселькя в Финляндии. После этого началось стремительное таяние ледникового щита,

завершившееся

всего

за

1000

лет,

и потепление климата,

продолжавшееся до макси-

мума около 6 тыс. лет тому назад.

Динамика отступления

ледника

и

изменение ландшафта

поверхности Европы и Западной Сибири показано на рис. 17.9. Территории, занятые многолетним льдом, представляли из себя

подобие антарктической пустыни, непригодной для жизни. Боль- шую часть Западносибирской равнины занимало пресноводное внутреннее море, образованное водами Обского и Енисейского бас- сейнов – ледяной щит перекрывал рекам путь к океану. Зато на дол- гие тысячелетия обнажались участки континентальных шельфов, превращаясь в обширные, изобилующие жизнью равнины, покры- тые в зависимости от климатического пояса саваннами, лесами или тундростепью, по ним текли реки и проходили миграционные пути зверей и людей. Во времена потеплений эти очаги цивилизации за- ливало море, и процесс этот не всегда проходил постепенно – зем- летрясения, порожденные перераспределением нагрузки на земную

кору, обрушениями размываемого течениями дна и взрывообразным освобождением газа из залежей метан-гидратов, порождали цуна- ми; вызванные изменениями климата дожди лили по многу дней. Прорывы Гибралтара, Босфора и Баб-эль-Мандеба вызывали еще более масштабные катастрофы [11].

На пиках оледенения запертыми ледником стоками Оби, Ени- сея и Лены затапливалась вся Западно-Сибирская низменность. При максимальном подъеме воды этого моря находили выход через Тур- гайскую ложбину в Аральское море, из него в Каспийскую низмен- ность, потом через то место, где ныне находится Волго-Дон, слива- лись в Черное море и далее последовательно заполняли каскад со- леных озер с узкими проливами, в которые во время максимальных похолоданий превращалось Средиземное море. Сила этого потока

Рис. 17.9. Изменение границ последнего оледенения и гидрографии суши в моменты времени 20, 15 и 10,5 тыс. лет тому назад

с учетом увеличивавшегося из-за таяния льдов и вечной мерзлоты стока рек Восточной Европы была достаточно большой – уровень воды мог подниматься со скоростью до 1–2 м/год, береговая линия двигалась при этом до 10–20 км/год или 30–60 м/день. Последний раз такой каскад образовывался 16–15 тыс. лет назад и, то пересы- хая, то вновь обретая силу, существовал около 2 тыс. лет. Потом уровень Каспия поднимался еще не раз, однако воды было слиш- ком мало, чтобы переливаться в бассейны Черного и Средизем- ного морей. Эвксинское, Эгейское, Адриатическое и Лигурийское озера снова мелели, по их берегам селились и кочевали люди, пока 11,5 тыс. лет назад начавший подниматься с потеплением уровень моря не заставлял их снова отступать от надвигающейся воды.

С наступлением тёплого периода таяние ледников вызвало подъём воды примерно на 1 см в год. Огромные шельфовые про- странства потихоньку стали затопляться. В середине самой тёплой климатической фазы голоцена – в «атлантический период», соответ- ствующий эпохе позднего неолита – около 6–5 тыс. лет назад – мед- ленный потоп превратился в катастрофический. Поскольку атланти- ческий период был заметно теплее современного времени, уровень Мирового океана поднялся на несколько метров выше сегодняшней береговой линии.

Особый интерес представляет переход от позднеледниковья к современному голоцену при быстром потеплении климата, что можно рассматривать и как некоторый аналог климатического пере- хода от малого ледникового периода к естественному потеплению ХIХ и первой половины ХХ вв. (рис. 17.10).

На рис. 17.10 приведены следующие графики климатических палеореконструкций [1]: а – изотопная температура, полученная по соотношению изотопов 18О/16О в керне Саммит (Гренландия); б

– концентрация углекислого газа в атмосфере по данным керна Сам-

мит; в – концентрация метана (СН4) по данным керна Саммит

(1) и антарктического керна Тейлор (2); г, д – изменения летней темпе- ратуры воздуха на северо-западе России (г) и северо-западе Евро- пы (д), полученные по палинологическим (спорово- пыльцевым) и палеоботаническим (по фауне жуков) данным.

Как видно из графиков, относительно холодный поздний гля- циал между 16 и 14,7 тыс. лет назад закончился быстрым (в течение нескольких десятков лет) потеплением на 7–8 °С. На

территории

Северной и Центральной Европы (Дания,

Нидерланды,

Германия)

типичная тундровая растительность,

Рис. 17.10. Изменение температуры воздуха и концентрации парниковых газов за последние 16 тыс. лет (слева) и места бурения на карте Гренландии (справа)

сосны и широколиственных. В Италии и на Балканах появляются первые дубовые леса, на Британских островах увеличение средне- годовой температуры составило не менее 10 °С. Характерной осо- бенностью второго интервала позднеледниковья (14,7–11,5 тыс. лет назад) явилась ярко выраженная нестабильность климата, когда быстрые потепления чередовались с быстрыми похолоданиями. Последний, наиболее холодный и длительный период в конце этого интервала – молодой (или поздний) дриас (назван по цветку дриа- да, характерному для холодных климатических зон) имел наиболее драматические последствия для окружающей среды практически во всех регионах земного шара. Во время этого похолодания лес- ная растительность вновь сменилась тундровой и температура воз- духа летом в северных районах Западной Европы, на Британских островах и северо-западе России понизилась на 5–6 °С, а в Север- ной Атлантике – на 6–8 °С. Похолодание позднего дриаса закончи- лось быстрым потеплением на границе с голоценом, и по данным гренландских кернов температура воздуха повысилась на 7–8 °С всего за 30–50 лет. Скорость изменения температуры воздуха летом в средних широтах Северного полушария составила не менее 2,6 °С за 100 лет для потепления на границе позднего гляциала – поздне- ледниковья и около 1,7 °С за 100 лет на границе позднего дриаса и голоцена.

На хронологических графиках температуры и метана (рис.

17.10 а

и 17.10 в) можно выделить три квазиоднородных периода:

голоцен

(примерно до 11,5 тыс. лет назад), позднеледниковье (14,7–

11,5 тыс.

лет назад) и поздний гляциал (от 14,7 до 16 тыс. лет

назад),

Кроме

того,

для температуры воздуха выделяется

нестационарный период

перехода к голоцену продолжительностью

около 1,5

тыс. лет, а для

метана этот период составил всего 30–50

лет.

 

 

 

 

В общем же из сопоставления разных графиков рис. 17.10 сле- дует, что общая синхронность температуры по изотопному анализу совпадает с палеогеографическими данными и с динамикой газо- вых компонент, особенно СН4, причем изменения в

температуре происходят примерно на 50 лет раньше, чем в метане. Углекислый

газ имеет непрерывный тренд с разной скоростью и его динамика связана с процессами в океане.

17.3. Математическое моделирование климата прошлого

Международный проект PMIP (Международный проект по сравнению моделирования палеоклимата или Paleoclimate Modeling Intercomparison Project) ориентирован на моделирование климати- ческих событий прошлого [32]. Проект PMIP стартовал в 1991 г. и в рамках проекта решались следующие задачи: во-первых, с помо- щью физически обоснованных МОЦА подтвердить или опровер- гнуть те или иные гипотезы генезиса глобальных и региональных изменений климата в прошлом, во-вторых, с одной стороны, согла- совать разрозненные и нередко противоречащие друг другу данные палеогеографических реконструкций, а с другой – оценить качество модельных расчетов; и, наконец, в-третьих – оценить чувствитель- ность МОЦА к сильной изменчивости внешних параметров. Ведь если МОЦА адекватно воспроизводит климатический режим от- носительно недалекого прошлого, то высока вероятность того, что они, в общих чертах, верно воспроизведут климат будущего.

Моделирование палеоклимата в основном затрагивает или по- следний наиболее суровый ледниковый период 25–23 тыс. лет на- зад (поздний вюрм), что привело к максимальному развитию лед- никового покрова 21 тыс. лет назад, или стадии похолодания и по- тепления голоцена. Условия климатообразования 21 тыс. лет назад

Европы

Рис. 17.11. Площадь, занятая ледниками летом 21 тыс. лет назад (слева) и в 2010 г. (справа)

298

температура поверхности Земли была примерно на 5 °С ниже со- временной, осадков было меньше и концентрация СО2 составля-

ла всего 200 ppm. Как видно из рис. 17.11 (слева), летом ледники покрывали не только Северный Ледовитый океан, но и большие пространства на континентах, включая разросшиеся тибетские ледники.

При моделирования климата 21 тыс. лет назад ставилась зада- ча воспроизвести реакцию климатический системы на измененные граничные условия при таком же распределении инсоляции, как и для современных условий. Смысл выполнения численных экспери- ментов такого типа заключается в том, чтобы определить, получится ли при заданном в соответствии с реальностью наборе

параметров

и граничных

условий

тот термический и

гидрологический режим

в атмосфере, океане и на суше, который

выявляется

палеорекон-

струкциями.

В качестве граничных

условий в моделях задавались:

приходящая радиация на верхней

границе атмосферы (на 1 % ниже современной), распределение температуры поверхности океана,

концентрация СО2 и современные ледниковые щиты были

дополне- ны ледником в Северной Америке (Лаврентийский ледниковый щит

с максимальной высотой около 2,5 км) и ледником в Скандинавии

(Скандинавский или Феноскандийский щит с максимальной высо- той в 1,5 км).

На рис. 17.12 вверху представлено пространственное распре- деление среднегодовых отклонений приземной температуры возду- ха 21 тыс. лет назад от современной, полученное осреднением по 7 моделям, участвовавшим в эксперименте PMIP2/MOTIF (2008 г.): CCSM, ECBILTCLIO, ECHAM53-MPIOM127-LF, FGOALS-1.0g,

HadCM3M2, IPSL-CM4-V1-MR, MIROC3.2, и при использовании модельного блока взаимодействия атмосферы и океана.

Из приведенных данных следует, что на всей Земле температу- ра была ниже современной, причем минимальное отклонение со- ставляло –1,4 °С и наблюдалось в районе экватора, а максимальное отклонение равно –35,3 °С в Северной Америке на Лаврентийском ледниковом щите. В нижней части рис. 17.12 представлено такое же распределение, но при включении дополнительно в модели еще и взаимосвязи с растительностью, то есть углеродный цикл. Во втором эксперименте участвовало всего две модели: ECHAM53-

В целом же по рис. 17.12 можно отметить, что для Земли харак- терно наличие трех основных областей, где температура была су- щественно ниже современной: северо-запад Евразии, северо-восток Северной Америки и Антарктида. Такое распределение температур объясняется тем, что в моделях в качестве граничных условий были заданы ледники в этих частях поверхности Земли, а в приполярных

Рис. 17.12. Пространственное распределение отклонений среднегодовых температур воздуха 21 тыс. лет назад от современных по моделям, учитывающим только взаимодействие атмосферы и океана (вверху) и по моделям,

дополнительно учитывающим взаимодействие с растительностью

(внизу)

300

зонах океанах обеих полушарий было учтено расширение области плавучих льдов. Вместе с тем, охлаждающее влияние ледяного покрова очень быстро затухает при удалении от него. В тропиче- ской зоне над сушей аномалии температуры составили в среднем –2…–4 °С. Для оценки качества моделирования рассчитанные по моделям результаты сравнивались с данными палеореконструкций, полученных методами палеоклиматологии. Сопоставление показа- ло, что коэффициент корреляции между данными математических моделей и палеореконструкций достаточно высокий (R = 0,85) при исключении отдельных «отскакивающих» точек, связанных с боль- шими погрешностями палеорекострукций.

На основе математических моделей было также получено и пространственное распределение температур поверхности океана, приведенное на рис. 17.13, из которого видно, что даже в условиях оледенения в высоких широтах, температура воды на экваторе и тро- пиках оставалась достаточно высокой, достигая +26…+28 °С. Вбли- зи ледниковых щитов температура воды всего +2…+4 °С, но быстро увеличивается до +10…+12 °С. Толщина ледников

Рис. 17.13. Температура поверхности воды и толщина ледника в течение последнего ледникового максимума (21 тыс. лет назад)

301

Соседние файлы в папке Климатология лабы