На протяжении геологической истории Земли вместе со всей земной природой менялись состав атмосферы, ее масса, менялся и климат. По современным представлениям, за этот период времени многократно изменялись очертания материков, конфигурация и высота горных систем, площадь суши и океана, происходили колебания эксцентриситета орбиты Земли и наклон вращения Земли к плоскости орбиты. Следовательно, неизбежно происходили изменения климатических и географических факторов климата.

1. Изменение климата в Фанерозое

Начало палеозоя характеризовалось теплым климатом. Основные массы суши были сосредоточены в тропических и умеренных широтах. Южный и Северный полюса омывались океаном, и это препятствовало образованию льда. Похолодание климата, приведшее к новому крупному оледенению, отмечено около 450 млн. лет назад в позднем ордовике. К этому времени на поверхности земного шара произошли значительные перемещения материковых плит: на западе существовали обособленные друг от друга древние аналоги Северной Америки и Евразии. На востоке материки объединились в суперконтинент Гондвана, в который входили Африка, Южная Америка, Индия, Антарктида и Австралия. Позднеордовикский Южный полюс находился на месте нынешней Сахары. Здесь развилось большое покровное оледенение. Во время этого оледенения ледниковые щиты достигали толщины 2 км.

К силуру, т.е. 440 млн. лет назад, средняя температура снова выросла примерно до 20°С. Это на 5°С выше современной температуры. Климат стал более теплым. Потепление продолжалось и в девоне (от 400 до 350 млн. лет назад), когда средняя температура Земли достигала 25°С. Во многих районах бурно развивалась растительность, климат был тропическим. Такие же условия сохранились и в карбоне. Однако, в течение каменноугольного периода происходило похолодание. Каменноугольные период, охватывающий интервал 350-285 млн. лет назад, был временем, когда образовался суперконтинент Пангея, простиравшийся от Северного до Южного полюсов. В начале Перми мощное покровное оледенение стало максимальным. Средняя температура упала до 8°С. Глубокое похолодание климата имело существенное влияние на развитие растительного и животного мира. К концу пермского периода вымерло 75% семейств земноводных и свыше 80% пресмыкающихся. Но определенные виды растений, наоборот, сумели приспособиться к холодному климату.

В начале триасового периода (230 млн. лет назад) все основные массивы суши были спаяны в единый суперконтинент – Пангею. Впоследствии в Юрском периоде Пангея стала распадаться. Открылся широкий пролив между южным суперконтинентом Гондваной и северным суперконтинентом Лавразией, часть которого оказалась затопленной. Гондвана раскололась на Южную Америку, Африку, Индию, Антарктиду и Австралию. В течение триасового периода происходило постепенное потепление. Юрский период характеризовался теплыми температурами на всем своем протяжении. Юрскому климату была свойственна широтная зональность. В Юрский период на Земле царствовали динозавры. В меловой период, т.е.135 млн. лет назад, климат оставался теплым, средняя температура была 25°С. В Западной Европе средние годовые температуры в Европе достигали 18-22°С. В целом меловой период был теплее современного, хотя широтная зональность была отчетливой даже в самые теплые века мела.

В конце мелового периода происходит великое вымирание морской и наземной мезозойской флоры и фауны – погибли аммониты, белемниты, динозавры и значительная часть морского планктона. Причиной этой природной катастрофы, вероятно, было относительно кратковременное похолодание, вызванное выбросом в атмосферу огpомного количества аэрозолей, которые уменьшили приток солнечной радиации к земной поверхности до значений, понизивших глобальную температуру на 2,9°С относительно предшествующего времени и температуру морской воды в полярных районах до 7 -8°С.

Oтносительно причины выброса аэрозолей в атмосферу существуют две точки зрения. Одни ученые считают, что выброс аэрозолей в атмосферу произошел в результате столкновения Земли с астероидом. Об этом свидетельствует прослойка в породах на границе между мезозоем и кайнозоем с повышенным содержанием иридия, который приносится на Землю из космоса. Другие связывают выброс аэрозолей в атмосферу с взрывным усилением в это время вулканизма, отмечая, что при извержениях наряду с пеплом и газами мог переноситься и иридий, который содержится в ультраосновных породах мантии. Как бы то ни было, но к концу мелового периода глобальная температура снова повысилась и превышала современную на 7-10°С.

Таким образом, на рубеже между мезозоем и кайнозоем климат Земли отличался мягкостью, был теплым и влажным, льдов в полярных районах не было, контраст между экватором и полюсами составлял 15-16°С, в то время как сейчас он меняется от 30°С летом до 60°С зимой.

Кайнозойская эра, которая началась 65 млн. лет назад, вначале характеризовалась теплым климатом. В палеоцене сохранялись высокие температуры: средняя глобальная температура в это время превышала современную примерно на 8-9°С, средняя годовая температура на широте Лондона (51° с.ш.), например, была не менее 21°С (сейчас она равна 10°С), средний меридиональный градиент экватор - полюс был равен 15-17°С, т.е. примерно в два раза меньше, чем летом нашего времени.

Затем начиная с позднего эоцена (примерно 44 млн. лет назад) началось устойчивое ступенеобразное понижение глобальной температуры. Уже к середине олигоцена (30-35 млн. лет назад) температура поверхности воды в экваториальных широтах Тихого океана понизилась до 17-18°С, а придонных вод - до 5°С. В миоцене начиная с 23 млн. лет назад началось потепление, которое достигло пика в период между 19 и 15 млн. лет назад. Оно охватило все континенты. Средние годовые температуры, например в Центральной Европе, не опускались ниже 18-20°С, а годовые суммы осадков составляли не менее 1000 мм, в Западной Сибири среднегодовая температура воздуха не опускалась ниже 10-12°С.

Новое резкое падение температуры началось с середины миоцена, примерно 15 млн. лет назад. К концу этого периода температура придонных вод составляла 2°С. Она характеризует климатические условия в полярных широтах земного шара, поскольку придонные воды - это опустившиеся в полярных районах воды и растекшиеся затем по дну без изменения своей температуры

Примерно в это время началось оледенение Антарктиды сначала в горах, а 15 млн. лет назад и на всем материке. Современная температура придонных вод в полярной области равна -l°С, а в районе экватора 1-2°С. Таким образом, тенденция к понижению температуры в течение кайнозойской эры от палеоцена к плиоцену, наблюдавшаяся в полярных районах, характеризует также условия на всем земном шаре. Причем, если до раннего плиоцена не обнаруживается больших колебаний средней температуры Земли, то, начиная со среднего плиоцена, фиксируются значительные колебания средних температур с амплитудой, достигающей 10°С в течение периодов, длящихся несколько десятков тысяч лет.

Так, в начале плиоцена 5,0 млн. лет назад началось потепление, вызвавшее таяние ледникового щита Антарктиды и горных ледников Северного полушария. Это привело к мощной глобальной трансгрессии (4,7-4,4 млн. лет назад), поднявшей уровень мирового океана на 100 м. Однако около 3,3-3,2 млн. лет назад началось новое глобальное похолодание, которое характеризовалось резким возрастанием нестабильности климата. Похолодание привело к появлению ледниковых щитов в Северном полушарии, в частности к возникновению первого покровного оледенения в Северной Америке (2,8-2,4 млн. лет назад), распространившегося до Великих озер, к росту континентальных ледниковых щитов в Антарктиде и резкому падению уровня Мирового океана. Понижение уровня океана привело к обнажению больших участков суши и, таким образом, к увеличению континентального климата, а также изменило условия водообмена между различными бассейнами и, вероятно, привело к потере связи между Тихим, Индийским и Атлантическим океанами в тропических широтах. Появление мощного ледникового покрова в Антарктиде привело к увеличению альбедо и уменьшению солнечной радиации, получаемой Землей, к охлаждению вод циркумполярного течения вокруг Антарктиды и, следовательно, понижению температуры придонных вод всего Мирового океана.

2. Изменение климата в Четвертичный период

Плейстоцен (продолжительность 1,5±0,5 млн. лет) в течение долгого времени был синонимом названия «ледниковый период», поскольку считалось, что оледенение в Северном полушарии началось только в плейстоцене. Но оледенение в Южном полушарии началось в миоцене 15 млн. лет назад, а в Северном полушарии ледовые щиты появились 3 млн. лет назад. В течение плейстоцена происходила смена похолоданий климата и межледниковий.

Плейстоцен начинается оледенением Гюнц 1,2-1,0 млн. лет назад. Южная граница гюнцского оледенения достигла 56° с.ш. В Европе и 40° с.ш. в Америке. Гюнц закончился гюнц-миндельским потеплением 1,0-0,76 млн. лет назад.

В Северо-Западной Европе во время этого межледниковья были распростанены широколиственные леса, средняя годовая температура равнялась 9°С.

Далее наступило классическое оледенение Альп – миндель - примерно 790-580 тыс. лет назад. По некоторым данным в эту эпоху наблюдалась максимальная площадь ледяного покрова. В Западной Европе скандинавский ледовый щит распространялся далеко на юг, захватив Англию. На территории России во время Окского оледенения южный край ледника достигал устья Камы. Далее последовало Миндель-Рисское межледниковье (580-350 тыс. лет назад). В Европе температура воздуха летом была выше на 2-3° С выше, чем в современный период. Виноград распространился на Британские острова, Данию и Польшу. В центре России в это время росли широколиственные леса: граб, липа, тис, грецкий орех. Были также и хвойные леса. Миндель-рисское межледниковье является одним из самых теплых времен плейстоцена.

Вслед за этим межледниковьем наступило новое похолодание – Рисский ледниковый период (350-150 тыс. лет назад). Последнее оледенение, названное на территории Западной Европы Вюрм-Висла, в нашей стране – валдайским и зырянским, а в Северной Америке висконсинским, началось 115 тыс. лет назад. В Евразии началось образование и накопление льда над Скандинавским нагорьем. Распространение ледникового покрова на Западную Европу привело к исчезновению лесов в Англии, Нидерландах, Германии и на северо-западе современной России. Уровень Мирового океана понизился примерно на 60 м ниже современного положения.

В позднем Вюрме – с 25 тыс. лет назад до 10 тыс. лет назад – продолжалось похолодание климата и наступление ледникового покрова, который достиг максимального за весь вюрмский период размера 21 тыс. лет назад. Уровень поверхности Мирового океана был на 85 м ниже современного.

В центре субтропических антициклональных круговоротов температура повышалась. В среднем для Земного шара температура поверхностных вод Мирового океана была на 2,3°С ниже, чем в настоящее время. Расчеты показали, что климат эпохи оледенения в континентальных областях, не покрытых льдами, был существенно холоднее. В Восточной Европе температура была на 10-15°С ниже современной. В среднем для Земли воздух был на 5°С холоднее современного, а климат суше.

Позже началось отступание Скандинавского и Северо-Американского ледниковых щитов.

Заключение

Таким образом, изменение климата в кайнозое и плейстоцене объясняется следующим образом. Постепенное уменьшение концентрации СО2 в олигоцене и миоцене, расположение Антарктиды в районе Южного полюса, увеличение поверхности суши и ее высоты дали начало постепенному похолоданию климата, которое привело сначала к оледенению Антарктиды, а затем и полярных районов Северного полушария. Как только оледенение достигло критической величины, климатическая система атмосфера-океан-ледники-суша становится неустойчивой, и начинаются колебания климатических параметров.

Рассматривая плейстоцен в последовательности климатов, можно сказать, что это холодный период.