3. 3. Гіпотези про причини заледеніння
Для пояснення причин глобальних похолодань запропоновано велику кількість гіпотез. Їх можна об'єднати у кілька груп: астрономічні, тектонічні, зміни Світового океану та атмосфери, та ін. Середастрономічнихвиділяються гіпотези коливань сонячної активності та гіпотеза Міланковича.
Гіпотези коливань сонячної активностіспираються на 11, 22 та 44-річну періодичність випромінювання Сонця. Середня величина сонячної радіації, що надходить на нашу планету (сонячна постійна), коливається на 1-2%. Для перебудови клімату достатньо тривалого відхилення сонячної постійної на 0,1%. Проблема в тому, що поки що немає методів, що дозволяють безпосередньо визначити кількість сонячної радіації, яка приходила на Землю в минулі геологічні епохи. Дані гіпотези пропонуються у двох протилежних варіантах. Перший: що менше тепла приходить до Землі, то вища ймовірність заледеніння. Другий: зростання сонячної постійної зумовлює збільшення випаровування з океанів, сніговий кордон у горах знижується, виникають покривні льодовики; з подальшим зростанням температур – танення льодовиків.
ГіпотезаМіланковичазапропонована сербським фахівцем у галузі математичної фізики Мілютіном Міланковичем у двадцятих роках ХХ ст. У короткому викладі вона виглядає так.
1. Тяжіння тіл Сонячної системи періодично змінює кут нахилу земної осі до площини орбіти (амплітудою близько 2,4°). Зміщуються широти тропіків, полярних кіл, змінюється приплив тепла в полярні райони. Один цикл коливань становить приблизно 41000 років.
2. Тяжіння Місяця та Сонця створює пару сил, що прагне поєднати три площини: земного екватора, екліптики та місячної орбіти. Земна вісь починає описувати у просторі конус – це явищеназивають прецесією, її періодичність 20 700 років. В результаті прецесії по орбіті зміщуються дати рівнодення (сезони року) – зими стають то довшими, то коротшими, приплив сонячної радіації коливається на ±4 %.
3. Земна орбіта еліптичної форми, Сонце в ній розташоване ексцентрично - в різні дати Земля на різній відстані від світила. Ексцентриситет земної орбіти коливається з періодом 91 800 років – змінюються максимальна та мінімальна відстані між Землею та Сонцем, і прихід сонячної енергії може варіювати на ±0,6 %.
Ці процеси можуть відхиляти надходження сонячної енергії на ±5 %. Амплітуду та періодичність таких змін демонструє запропонований Міланковичем та доопрацьований іншими вченими графік (рис. 11).
Мал. 11. Крива змін сонячної радіації, що надходила поверхню Землі протягом останніх 600 000 років (для літніх місяців на 50° з. ш.) [13]
Існують й інші астрономічні гіпотези: про вплив на клімат міжзоряних пилових шлейфів, сонячного вітру, варіацій гравітаційного поля, коливань швидкості обертання Землі – комплексу астрономічних факторів, що змінюються [13].
Тектонічнігіпотезипов'язують кліматичні коливання з ендогенними процесами.
Гіпотеза полярного розташування материківспирається ідеї тектоніки літосферних плит – льодовиковий етап відповідає полярному розміщенню материків. Ця гіпотеза не може пояснити причин багаторазових потеплінь та похолодань усередині холодних мегациклів.
Гіпотеза гороутвореннявважає, що заледеніння сприяють зростання висоти та площі суші. Через війну горообразования великі території опиняються у нивальній зоні. Зростання площі материків підвищить альбедо всієї Землі - альбедо суші вище, ніж океану.Чим більше материки, тим суворіше зими в помірних і високих широтах. В результаті знизиться середня температура повітря, високогір'я покриються льодовиками - повітря охолоне ще сильніше, льодовики спустяться до передгір'їв. Тимчасові зв'язки епох гороутворення та зледеніння показані на малюнку 12.
Мал. 12. Розподіл періодів гороутворення та льодовикових періодів за останні 600 млн років [13].
Варіант гіпотези – припущення щодо охолодження клімату після формування суперконтинентів. Однак якщо заледеніння пізнього палеозою ще можна пов'язати з консолідацією Пангеї, то льодовикові епохи кайнозою та раннього палеозою приурочені до розпаду материків. Близька попередня ідея пророзширенняпланети: діаметр Землі зростає, Світовий океан розподіляється на велику площу, океани меліють, розмір суші збільшується, клімат стає континентальним. Необхідно довести збіг заледенінь та морських регресій у палеозої та докембрії – але достовірних свідчень цьому у геологічному літописі немає.
Гіпотеза змін Світового океану. Якщо Світовий океан акумулює тепла, то холодні етапи мають відповідати морським регресіям, теплі – морським трансгресіям (рис. 13).
Мал. 13. Розподіл льодовикових періодів
та періодів морських регресій за останні 600 млн. років [Б. Джон, 1982]
Гіпотеза добре узгоджується з виявленою для кайнозою послідовністю розвитку льодовиків. Згідно з гіпотезою, кайнозойське зледеніння розвивалося в такий спосіб. В олігоцені океанами розділилися Південна Америка, Антарктида та Австралія, води південних частин океанів почали перемішуватися. Антарктида зайняла полярне становище, над нею сформувався центр високого атмосферного тиску, почали працюватиСтічні вітри - звузилася зона панування західних вітрів. Антарктида відсікла від теплих тропічних вод двома кільцями холодних океанічних течій: Антарктичною та течією Західних вітрів. Підсумок – розвиток антарктичних льодовиків. Похолодання у північній півкулі передували відділення Середземного моря від Індійського океану, і навіть формування Малайського архіпелагу – водообмін між океанами в тропічних широтах різко ослаб. Закрився прохід теплим водам із Тихого океану до Північного – холодні води Арктики замкнулися. Швидкість льодоутворення зросла завдяки опрісненню Північного океану, що прийняв води річок Сибіру та Північної Америки.
Сильне охолодження північної півкулі почалося 3,5 млн років тому – коли виник Панамський перешийок. Розірвався зв'язок тропічних вод Атлантики та Тихого океану, сформувалися теплі течії Гольфстрім та Північно-Атлантична. На півночі Атлантики зросла випаровування, і західні вітри обрушили на Євразію снігопади.
Гіпотеза інверсій магнітного поля Земліпередбачає зв'язок магнітних інверсій з перебудовою іоносферних процесів, у результаті змінюється загальна циркуляція атмосфери, перерозподіляються атмосферні опади. Багато стратиграфічних схемах початок плейстоцену проводиться межі Матуяма – Брюнес.
Гіпотези зміни складу атмосфериЗемлі можна розділити на дві групи: забруднення атмосфери механічними домішками та зміни газового складу.
Ідея про вплив на кліматзабруднення атмосфери механічними домішкамиобґрунтована кліматологом М.І. Будико. При активному вулканізмі в атмосферу викидається величезний обсяг тефри, що відбиває сонячні промені, і земна поверхня остигає. Правомірність гіпотези довели б верстви вулканічного попелу – нелише підошві кожного моренного горизонту, а й у одновікових шарах внеледниковых районів Землі. Таких обріїв не знайдено.
Гіпотези автоколивань, здебільшого, пов'язані з гіпотезами зміни складу атмосфери.
Другий варіант ідеї автоколивань пропонує лише схему розвитку вже наявного льодовикового покриву: будь-який досить великий льодовик здатний до саморозвитку. Якось виникнувши, льодовик "консервує" морозні умови - за рахунок зростання альбедо та витрати тепла на танення. Льодовик виморожує вологу з атмосфери і накопичує її в собі – падає рівень океану, зате зростають площі льодовика та суші. Температура повітря падає, обмілілий океан замерзає і перестає випаровувати вологу - покривний льодовик позбавляє себе джерела живлення. Вміст пари в атмосфері знижується, над льодовиком встановлюється антициклон, дмуть стікові вітри, і зростання льодовика припиняється.