Астрономическая хронология климата в верхнем плейстоцене и голоцене

Oct 26, 2024 16:14

Цикличность является одним из наиболее общих свойств природных процессов. Если в про­странстве изменчивость природных процессов и систем распределяется главным образом зональ­но, то во времени их развитие имеет в основном
ритмичный характер. Сопоставление колеба­тельных природных процессов с динамикой аст­рономических параметров представляется перс­пективным в плане выделения вероятных анало­гов, определения характера связи (корреляционные или причинно-следственные) между ними и создания соответствующих аналоговых моделей.

[вступление можно пропустить]Основу создания подобных моделей может сос­тавлять корреляционная или причинно-следст­венная зависимость между указанными пара­метрами природных и астрономических процес­сов. Причинно-следственная зависимость может
определяться (в определенных диапазонах расс­матриваемых спектров колебаний) на основе фундаментального физического взаимодейст­вия - гравитационного [Берри, 1986, 1991, 1992; Романчук, 1980, 1996, Федоров, 1997; По­повнин, Федоров, 1998; В. М. Федоров, 1999]

На научную перспективность, в том числе и мировоззренческую, подобных исследований указывали еще А. Гумбольдт, В. И. Вернадский, а позднее А. В. Шнитников, Г. К. Тушинский, А. И. Шеко и другие исследователи [Гумбольд,
1866; Вернадский, 1965, 1994; Шнитников, 1964, 1969; Тушинский, 1966; Шеко, 1980 ].

А. Л. Чижевский на основании сравнительного анализа эмпирических данных по динамике раз­личных биосферных показателей и параметров солнечной активности (числа Вольфа) определил корреляционную зависимость циклических из­менений в биосфере с ритмичностью солнечной активности в диапазоне колебаний со средним периодом около 11 лет [Чижевский, 1976 ].

Еще ранее получила развитие астрономиче­ская теория климата, целью которой являлось объяснение динамики оледенений в масштабах четвертичного периода астрономическими факторами, т. е. теоретическое определение возмож­ной причинно-следственной зависимости между глобальными климатическими событиями и аст­рономическими факторами (Ж. А. Адемар, Д. Кролль). Апофеозом астрономической теории вероятно можно считать известные графические
результаты расчетов (учитывающих возмущаю­щее действие планет) инсоляции, выполненные М. Миланковичем [Имбри, Имбри, 1988; Ми­ланкович, 1939 ]. Однако при всей математичес­кой корректности проведенных расчетов, огра­ничения, принятые Миланковичем, вызывают определенные сомнения в географической прив­лекательности полученных им результатов. Ве­роятно, что значения изменения летней инсо­ляции на верхней границе атмосферы с учетом корректной на то время теории расчетов возму­щающего действия планет в масштабах четвер­тичного периода адекватно отражают имевшие место в прошлом изменения солярного климата.

Но при этом в астрономической теории солярный фактор признается единственным в климатооб­разовании Земли, а следовательно, и представ­ленная теоретическая модель климата является однофакторной и вряд ли может даже при несом­ненно ведущей роли солярного фактора в гло­бальном масштабе времени адекватно отражать происходящие на Земле общепланетарные кли­матические изменения. Кроме того, реализация солярного фактора в климатообразовании связа­на в теории М. Миланковича с постулированием таких положений как отсутствие циркуляции в атмосфере Земли, отсутствие гидросферы; по­верхность Земли (верхняя часть литосферы) принимается структурно и гипсометрически од­нородной.

Таким образом собственно географи­ческая оболочка Земли (атмосфера, гидросфера и литосфера) - предмет изучения географичес­кой науки, в модели М. Миланковича не пред­ставлена (и, значит, не отражены происходящие в ней общепланетарные процессы тепло-и вла­гообмена). В связи с этим астрономическую тео­рию климата вряд ли можно считать геогра­фически в полной мере обоснованной. Это также относится к расчетам, выполненным в конце 1960-х гг. в институте теоретической астрономии Ш. Г. Шарафом и Н. А. Будниковой [Шараф, Будникова, 1967, 1968, 1969 ]. На основе совре­менной теории возмущений (теории вековых возмущений Бауэра и Вуркома и теории пре­цессии Ньюкома) ими был существенно рас­ширен временной диапазон приложения мето­дики М. Миланковича со всеми отмеченными выше допущениями и построены· графики инсо­ляции на геологические эпохи - кайнозойскую и мезозойскую. При вероятной математической состоятельности расчетов возможность физических приложений модели в масштабах гео­логического времени представляется сомнитель­ной.

В связи с этим вполне корректными могут оказаться сравнительные исследования вполне достоверных (квазиэмпирических) природных и астрономических событий и определение воз­можной связи между ними. Причинно-следст­венная связь природных и астрономических яв­лений в отдельных диапазонах частот (периодов) вполне очевидна. Так суточный цикл в природе Земли обусловлен периодом ее осевого обра­щения. Годовой цикл в природе детерминирован периодом эклиптического обращения Земли вок­руг Солнца. Также можно отметить подобную зависимость природных процессов от соотношения конфигураций Луны, Земли и Солнца, обра­зующего лунный цикл с кардинальными фа­зами - новолунием, полнолунием и квадрату­рами. С особой очевидностью лунный цикл про­является в гидросфере Земли в виде приливных явлений (сизигийные и квадратурные приливы).

Таким образом, основные временные категории, использующиеся для хронологии природных со­бытий в диапазоне с периодичностью день-ме­сяц-год, имеют в своей основе астрономический и физический смысл - причинную обусловлен­
ность, связанную с синхронным изменением па­раметров земной орбиты и солнечной инсоляции, поступающей на земную поверхность, а также гравитационным взаимодействием.


Рассмотрим теперь возможные астрономи­ческие аналоги глобальных климатических со­бытий позднего плейстоцена и голоцена, которые находятся за пределами наблюдаемой инстру­ментально области спектра колебательных при­родных процессов. В качестве климатических параметров мы принимаем события, достовер­ность которых можно считать установленной [Марков и др., 1965а,б; Чеботарева, Макары­чева, 1974; Гросвальд, 1983; Пуннинг, Раукас, 1985 ]. К этим событиям относятся:
- максимум последнего оледенения (около 18 тыс. лет назад) ;
- деградация последнего оледенения ( 11-12 тыс. лет назад) ;
- климатический оптимум в голоцене (5-7 тыс. лет назад) ;
- глобальное похолодание в субатлантичес­кий период (XIII век) .

Отмеченные события имели безусловно сложную структуру, но в рассматриваемом вре­менном масштабе они могут быть представлены как нерасчлененные, единые и целостные со­бытия. В таком же масштабе времени эти со­бытия сопоставляются с такими астрономичес­кими явлениями как динамика оси апсид (афелий-перигелий) и оси узлов (точек равно­денствия). Рассмотрим подробнее динамику осей и связанные с этим климатические следствия (рис. 1, 2).



ЛИНИЯ УЗЛОВ

Известно, что ось вращения Земли не сох­раняет своего положения в пространстве, а под действием гравитационных возмущений испыты­вает периодические колебания (например, пре­цессионные и нутационные периодические коле­бания земной оси, возникающие вследствие раз­ности гравитационного воздействия Луны и Солн­ца на экваториальную поверхность земного сфероида, наклоненную к плоскости эклиптики на угол около 23°). Создаваемый результирующий
момент силы стремится совместить экваториаль­ную плоскость с плоскостью эклиптики (при этом воздействие Луны в 2, 17 больше, чем воз­действие Солнца из-за большей удаленности пос­леднего) . . Поскольку Земля обладает большой
массой и подобно "волчку" быстро вращается, то такого поворота не происходит, но ориентация оси вращения (а значит, оси мира) в пространст­ве периодически изменяется; она описывает вок­руг оси эклиптики коническую поверхность с углом около 23°. Северный и южный полюсы описывают окружности на небесной сфере. Такое
прецессионное движение происходит по часовой стрелке с востока на запад со скоростью 50,3" в год. Поэтому полный период прецессии земной оси составляет (360° деленные на 50,3") прибли­зительно 25 800 лет. Соответственно изменяется и ориентация плоскости земного экватора по отношению к эклиптике (ось вращения пер­пендикулярна плоскости земного экватора). С вращением оси и плоскости земного экватора связано смещение точек пересечения плоскости небесного экватора с эклиптикой (весеннего и осеннего равноденствий) в западном направлении со скоростью 50,3" в год [Маров, 1981; Рябов, 1962; Струве и др" 1964 ].

ЛИНИЯ АПСИД

Орбита, по которой Земля движется вокруг Солнца, имеет форму эллипса, в одном из фоку­сов которого находится Солнце. Минимальное расстояние (перигелий) от Земли до Солнца со­ставляет 147,1 млн км, максимальное (афе­лий) - 152,1 млн км. Разница определяется примерно в 5 млн км. В настоящее время долгота перигелия составляет 102° от точки осеннего равноденствия (против часовой стрелки). За год перигелий смещается на 1,03' (относительно
точки осеннего равноденствия, но при этом сме­щается положение и самой точки осеннего рав­ноденствия) .
Таким образом в результате прецессии с периодом 25 800 лет кардинальные точки испы­тывают медленное смещение по орбите. Одно­временно с этим движением и независимо от него сама эллиптическая орбита также вращается, причем гораздо медленнее (период около 41 ООО лет) и в той же плоскости, но в противо­положном направлении. Так что фактическое смещение кардинальных точек по орбите (сме­щение оси апсид относительно оси узлов) пред­ставляет собой результат сложения этих двух движений. Полный цикл смещения точек равно­денствия по орбите составляет 22 ООО лет.

Рассмотрим важнейшие географические следствия изменения наклона земной оси (точнее ее ориентации) - линии узлов и линии апсид.

С периодом -25 800 лет ось меняет свое положение по отношению к линии, соединяющей центры Земли и Солнца и лежащей в плоскости эклиптики, а вместе с тем и по отношению к направлению солнечных лучей. Наклон оси оп­
ределяет различия в количестве тепла, поступа­ющего к различным широтным зонам Земли в течение года, т. е. создает широтную зональ­ность климата и является одной из важнейших причин существования на Земле сезонов года.
Поток лучистой энергии, поступающий к Земле от Солнца, изменяется обратно пропор­ционально квадрату расстояния до Солнца. Так, если в афелии Земля получает F солнечного тепла, то инсоляция в перигелии составляет 1,07F [Полтараус, Кислов, 1986]. В данной статье не рассматривается влияние эксцентри­ситета земной орбиты на приход радиации, так как период его изменения составляет около 100 тыс. лет, т. е. по временному масштабу зна­чительно превосходит рассматриваемые нами природные и астрономические события. Долгота перигелия определяет сезон, когда Земля распо­ложена ближе всего к Солнцу. При этом (см. рис. 2) возможны варианты.





1. Земля находится в перигелии, когда в северном полушарии зима. Тогда зима менее прохладная и менее продолжительная, а лето менее теплое и более продолжительное, чем в южном.
Расчеты показывают, что подобная ситуа­ция имела место около 700 лет назад. В этот период точка зимнего солнцестояния совпадала с перигелием земной орбиты, а точка летнего солн­цестояния с афелием. Для этого периода отмеча­ется климатическое похолодание в северном по­лушарии Земли (XIII век).

2. Земля находится в перигелии, когда в северном полушарии осень. Тогда осень более теплая и менее продолжительная, а весна менее теплая и более продолжительная, чем в южном. Совпадение точки осеннего равноденствия с перигелием земной орбиты происходило пример­но 6200 лет назад, что приблизительно соответ­ствует климатическому оптимуму в голоцене.

3. Земля находится в перигелии, когда в северном полушарии лето. Тогда лето более теп­лое и менее продолжительное, а зима более холодная и продолжительная, чем в южном. Совпадение точки летнего солнцестояния с
перигелием земной орбиты отмечалось примерно 11 700 лет назад, т. е. примерно в то время, с которым связывается период деградации послед­него оледенения. Ось вращения Земли в это время указывала не на Полярную звезду, как в
настоящее время, а на звезду первой величины Вега из созвездия Лира.

4. Земля находится в перигелии, когда в северном полушарии весна. Тогда весна более теплая и менее продолжительная, а осень более прохладная и продолжительная, чем в южном. Совпадение точки весеннего равноденствия с перигелием земной орбиты имело место при­мерно 17 200 лет назад, что синхронно времени
максимального развития последнего плейстоце­нового оледенения.

Таким образом сопоставление астрономи­ческих событий, связанных с динамикой осей апсид и узлов, и достоверно установленных гло­бальных климатических событий в верхнеплей­стоцен-голоценовое время показывает их отно­сительную синхронность. Между рассматривае­мыми событиями устанавливается корреляцион­ная связь. Следует отметить, что примерно через 4800 лет вновь наступит соединение точки весен­него равноденствия с перигелием земной орбиты.

И в связи с отмеченной аналогией природных и астрономических событий можно предполагать прогрессивное с настоящего времени похолода­ние климата с вероятным экстремально низким температурным режимом в 7-м тысячелетии по христианскому летоисчислению. При этом мы не учитываем в отдельности роль факторов (тек­тонический, антропогенный и др.), а рассмат­риваем события в их обобщенной интегрирован­ной форме, отражающей совокупное воздействие факторов климатообразования (кроме антропо­генного).

Планета Земля окружена криогенной кос­мической средой, поэтому исследование космо­земных связей в аспекте выявления синхронных событий в космосе и географической оболочке Земли представляется актуальным для геогра­фической науки и прежде всего таких ее разде­лов, как динамическая гляциология и криолито­логия.

В. М. Федоров
Московский государственный университет, географ. ф-т, 119899, Москва, Воробьевы горы, Россия

климат

Previous post Next post
Up