Палеоклиматология. Климатология. Палеогеография

Общая характеристика
климатической системы
Климатическая система – атмосфера,
гидросфера, литосфера, криосфера
и биосфера.

Объем атмосферы, содержащий 99,8%
ее массы, ограничивается высотой 60 км
и равен 3,82х1012 км3. При этом масса
воздуха – 5,2х1018 км3.
Гидросфера (97,2% - воды Океана) имеет
объем 1,37х109 км3 и массу 1,43х1021 км3.
Масса гидросферы в 275 раз больше а
Объем в 279 раз меньше чем у атмосферы.
Скорость перемещения вещества в
Гидросфере на 2 порядка меньше чем
в атмосфере.

Климатообразующие факторы
Внешние
- Астрономические (светимость Солнца,
положение орбиты Земли в Солнечной
системе и характеристики орбитального
движения Земли, наклон ее оси к
плоскости орбиты и скорость вращение
вокруг оси).
- Геофизические (размер и масса Земли,
внутреннее тепло, определяющее
геотермические источники тепла и
вулканизм.

Климатообразующие факторы
Внутренние
Состав и масса атмосферы.
Состав и масса Океана.
Рельеф Земной поверхности.
И др.

Астрономическая теория.
Изменения элементов Земной орбиты называются возмущениями или пертурбациями.

Наклон эклиптики, времена года и климатические пояса.
Экваториальная плоскость Земли образует с плоскостью орбиты угол приблизительно в 23,5°. Этот угол, равный углу между перпендикуляром к плоскости орбиты и осью Земли, называется наклоном эклиптики (ε).

Воображаемый наклон ε = 0°; времена гола отсутствуют, но географические зоны выражены резко

Воображаемый наклон ε = 54°; времена года выражены очень четко, но географическая зональность уменьшена до минимума.

В течении четвертичного периода наклон эклиптики всегда оставался в пределах 21°39' и 24°36' (современное его значение 23°27'). Период колебания наклона эклиптики составляет приблизительно 40 000 лет.

Эксцентриситет орбиты. Второй элемент, колебания которого влияют на количество радиации, получаемое Землей от Солнца, представляет собой эксцентриситет орбиты.
Солнце находится в одном фокусе (F1,) эллиптической орбиты. Расстояние от центра (с) до афелия или перигелия равно половине большой оси (a);CF1 — „линейный эксцентриситет" (1.е). Эксцентриситет определяется по формуле е =l:a.

Чем меньше эксцентриситет, тем меньше разница в продолжительности времени года, и наоборот. Период колебания эксцентриситета составляет 92 000 лет.

Прецессия (или предварение) равноденствий. Третьим элементом, влияющим на количество радиации, является прецессия равноденствий (π), т. е. поступательное движение четырех кардинальных точек (весеннего равноденствия, летнего солнцестояния, осеннего равноденствия, зимнего солнцестояния) по орбите.
Угол образованный прямой, соединяющей Солнце с перигелием, и прямой, соединяющей Солнце с точкой на орбите, в которой находится Земля в весеннее равноденствие называется гелиоцентрической долготой перигелия (π) и служит мерой измерения прецессии равноденствий.

Благодаря притяжению, оказываемому Солнцем и Луной на экваториальный пояс Земли, ее ось вращения совершает очень медленное круговое движение, описывая полный круг за 26000 лет.

Период прецессии составляет 26 000 лет.
Однако, вследствие притяжения других планет эллиптическая орбита медленно вращается и это движение противоположно по направлению прецессии равноденствий. Таким образом, если принять, например, перигелий за нулевую точку на орбите, то для продвижения на полный оборот любой кардинальной точки потребуется не 26 000 лет, а только 21000 лет.

Теория Миланковича
Миланкович (1913) разработал новые методы расчета. Учитывая все три элемента изменений Земной орбиты он построил кривые изменения солнечной радиации в прошлом для различных широт.
Милутин Миланкович. Портрет кисти П. Йовановича, 1943 год

Инсоляционные кривые Миланковича, построенные для разных широт.

Значение времен года
Средняя годовая (сплошная линия) и летняя радиация (пунктирная линия) для 65° с. ш. Составлено по таблицам Миланковича (М. Milankowitch, 1930).

Другие астрономические факторы
Галактический год — период времени, за который Солнечная система совершает один оборот вокруг центра Галактики.. Галактический год составляет, по разным оценкам, от 225 до 250 миллионов земных лет.

Гипотеза космической пыли
Климатические изменения, приводившие к оледенениям Земли, были обусловлены неравномерным распределением частиц пыли в космическом пространстве. По одному ее варианту, тенденция к похолоданию устанавливалась тогда, когда Земля проходила через области с повышенной концентрацией космической пыли и значительная часть энергии солнечной радиации рассеивалась этой пылью. По другому варианту той же теории, эффект прохождения солнечной системы через пылевое облако был как раз обратным: пыль в огромных количествах попадала на Солнце, чем усиливалась яркость его свечения и повышалась температура на Земле.

Другие астрономические факторы
Необратимые изменения орбитальных
Параметров Земли из-за приливных сил
Уменьшение скорости суточного вращения
Земли и, следовательно, увеличение продолжительности суток, уменьшение влияния силы Кориолиса
Увеличение наклона эклиптики к экватору, уменьшение годовых различий в притоке тепла в низких и высоких широтах при возрастании сезонных различий в притоке радиации.

Изменение состава атмосферы.
Содержание углекислого газа очень невелико, оно составляет лишь около 0,033% массы атмосферы. Все дело в особых свойствах углекислого газа: будучи сравнительно прозрачным для коротковолновой радиации, поступающей от Солнца, он в то же время непрозрачен для длинноволнового излучения, направленного от Земли в космос (так называемый парниковый эффект).

Изменения климата, газового состава атмосферы и толщины
антарктического ледникового покрова за последние 410 тыс. лет
по результатам изучения ледяного керна со станции Восток
[Липенков и др., 2003].
в - изменения мощности антарктического ледникового покрова в районе станции Восток;
г - изменение уровня Мирового океана, рассчитанное по сводной изотопной кривой
морских осадков (цифрами обозначены “теплые” морские изотопные стадии);

Архивы палеогеографической и палеоклиматической информации
Ледники
Морские осадки
Различные типы субареальных отложений
Кольца деревьев
Спелеотемы
Озера

Индикаторы (proxy) палеогеографической и палеоклиматической информации

Индикаторы (proxy) палеогеографической и палеоклиматической информации

Индикаторы (proxy) палеогеографической и палеоклиматической информации

Ледники

Морские осадки

Различные типы континентальных отложений

Кольца деревьев

Спелеотемы