Эколого-географический анализ климатов прошлого 1000-2000 гг. (на примере Европы)

Как известно, в  среднем на верхнюю границу атмосферы  поступает около 1356 Вт/м² солнечной радиации. Фактически за счет смен времен года, дня и ночи эта величина будет несколько меньше. Часть приходящей солнечной радиации отражается обратно, что определяется альбедо (отражательной способностью) системы "Земля - атмосфера", а часть поглощается атмосферой и главным образом подстилающей поверхностью и переизлучается обратно в виде длинноволнового (инфракрасного) излучения в космическое пространство. Только малая часть (не более 1%) солнечного излучения идет на поддержание кинетической энергии атмосферных движений. Эта часть энергии в конечном итоге диссипируется и превращается в тепло. [1, с. 56]

Умеренные и  высокие широты обоих полушарий (выше ±30-35° широты) - это зоны потери энергии. Экваториальные районы - зоны накопления энергии. Зоной потери энергии  является современная Сахара вследствие большого нагрева подстилающей поверхности, большого излучения и сухости атмосферы, которая пропускает уходящее излучение. Данный пример наглядно иллюстрирует роль пустынь в формировании климата. Пустыни как бы сами поддерживают свое существование. Альбедо в высоких широтах в 2,5-3 раза выше, чем в низких, т.е. в высоких широтах отражается большее количество приходящей энергии.

Приходящая  солнечная радиация и отраженная радиация по сезонам года, по широтным зонам распределены неравномерно. Вследствие этого возникает перераспределение энергии между низкими и высокими широтами, чем и обеспечивается сравнительное постоянство климата в определенные периоды в определенных географических зонах.

Указанный межширотный  обмен осуществляется благодаря  общей циркуляции атмосферы. Главными носителями в механизме перераспределения энергии между широтными зонами являются крупномасштабные атмосферные вихри - циклоны и антициклоны. Их эволюция и динамика во времени приводят к формированию крупных циркуляционных эпох, характеризующихся определенным преобладающим переносом воздушных масс, формированием неустойчивых режимов погоды и крупных погодных и климатических аномалий. Такого же рода процессы протекают и в океане.

Широтная зональная  циркуляция является преобладающей. Максимальная интенсивность циркуляции отмечается на широтах 30-35° с. ш. в северном и 40-45° ю. ш. в южном полушариях. Эти зоны получили название зон струйных течений. Вдоль них, преимущественно с запада на восток, осуществляется преобладающее перемещение барических образований (циклонов и антициклонов). Имеются области наибольшей интенсификации зон струйных течений - к востоку от США и над Японией.

В ряде случаев  образуются обширные малоподвижные  циклоны, которые блокируют западно-восточный  перенос. В этом случае в восточной  части циклонов южные потоки приносят тепло далеко на север, а в западной части холод проникает далеко на юг. Так возникают аномальные условия погоды.

Изменение климата  включает прежде всего общие тенденции  изменения температурного, циркуляционного  и влажностного режимов атмосферы, климата океана, изменения биосферы, т.е. формирование длительных климатических эпох в геологической истории Земли. Помимо этого каждая климатическая эпоха характеризуется наличием крупных флюктуации климата (климатических аномалий), накладывающихся на фон общих и длительных изменений климата. По этой причине, анализируя историю климата Земли, его эволюцию и влияние на биосферу и самого человека, необходимо отличать общие периоды похолоданий или потеплений, сухие или влажные периоды от изменчивости климата, вызываемые климатическими аномалиями, имеющими меньший характерный временной и пространственный масштабы.

 

1.2 История  климата Европы в I-II тысячелетии

Последние 1-2 тыс. лет  климат характеризовался небольшими колебаниями  по сравнению с теми, которые имели место в прошлом, при переходе от межледниковых к ледниковым периодам. Однако и за этот период отмечались заметные колебания климата. [19, с. 218]

Наиболее важная черта для климата нашей эры наличие нескольких периодов, в течение которых климатические условия заметно различались. О чем свидетельствует рис. 1.1.

Рисунок 1.1.

Показатели климата  последнего тысячелетия

 

 
А - индекс суровости зим в Париже и Лондоне (осреднение по 50-летиям),  
Б - вариации содержания изотопа О18 в колонках льда Гренландии,  
В - средняя ширина колец деревьев сосны в Калифорнии, отражающая температуру сезона роста (осреднение по 20-летиям),  
Г - средние годовые температуры Центральной Англии (осреднение по 50-летиям)

С первых веков I тысячелетия н. э. климат Европы стал меняться в сторону потепления и засушливости. Уровень Мирового океана вновь повышается. В I в. н. э. началась новая Нимфейская трансгрессия Черного моря, максимум которой приходился на середину I тысячелетия н. э. 
По данным С. И. Костина и Ю. Л. Раунера, климат на Русской равнине в I в. н. э. был самым теплым за все время нашей эры. На территории всей Европы с I в. н. э. устанавливается сухой и теплый климат, который сохраняется почти до конца II в. н. э. Позже, с конца II в. н. э. отмечается увеличение влажности и понижение засушливости.

В I в. н. э. уровень  Боденского озера был близок к  современному, через торфяники жители Европы прокладывали дороги. Период 180—350 гг. н. э. характеризуется повышением влажности. С конца IV в. н. э. влажность вновь понижается и до начала VIII в. н. э. сохраняется сухой сравнительно теплый климат. Период с V по VIII в. н. э. в геоботанике получил название второго ксеро-термического периода. В этот период на территории современной Украины и Северного Кавказа свирепствовали пыльные бури. Снеговая линия в Альпах, Карпатах и на Кавказе максимально повысилась. Примерно с VIII в. начинается период малого климатического оптимума. Потепление климата привело к таянию ледников, отступанию полярных льдов. С конца I тысячелетия н. э. отмечается повышение увлажнения и понижение температуры воздуха. [8, с. 152]

По косвенным  историческим данным можно восстановить информацию об экстремальных климатических явлениях некоторых европейских стран, о чем свидетельствует таблица 1.1.

Таблица 1.1.

Данные о  засухах, наводнениях в различных районах Европы (с 10 в. до 17 в.) (з.- засухи, н.- наводнения)

Годы	Англия		Германия		Россия		Испания		Франция		Италия		Румыния
	Н.	З.	Н.	З.	Н.	З.	Н.	З.	Н.	З.	Н.	З.	Н.	З.
1000-1099	1	1	7	1	1	1			-	-	3	-
1100-1199	3	1	16	5	5	1			2	-	4	7
1200-1299	5	2	11	-	4	2	2	-	3	-	8	-
1300-1399	3	-	26	2	8	11	2	-	1	-	3	-
1400-1499	3	1	26	1	13	11	-	-	2	-	5	-
1500-1599	3	3	22	6	10	6	-	2	3	-	3	-	4	3
1600-1699	1	3	15	1	9	4	3	2	5	-	11	2	6	10
1700-1799	-	1	7	-	21	5	3	-	2	-	5	3	7	11

 

Между 800-900 гг. н.э. зарегистрированы наводнения в Германии, Италии, Англии, Франции. В период между 950-1150 гг., т. е. в период наступления малого климатического оптимума, отмечается некоторый колебательный период, когда сухие годы с засухами сменяются влажными годами с наводнениями. Так, сильные засухи зарегистрированы в 988-1000 гг. в Англии и Германии. В это же время отмечался низкий уровень воды в реках северной части Альп. [4, с. 21]

Большой интерес представляет информация о колебаниях уровней  закрытых водоемов. Так, колебание уровня Каспийского моря отражает изменение баланса воды не только в районе Каспийского моря, но и во всем бассейне рек, питающих его. В теплые и сравнительно сухие периоды с малым количеством осадков в бассейне р. Волги уровень Каспийского моря понижается. В холодные, влажные и дождливые периоды приток воды существенно превышает испарение с поверхности моря, и уровень повышается. В связи с этим зарегистрированные колебания уровня моря должны согласовываться с другими косвенными показателями климата, характеризующими в первую очередь режим температуры, осадков и циркуляции атмосферы. [9, с. 133]

Диаграмма 1.1.

Высота уровня Каспийского  моря с 1000 по 2000 год.

 

 

После кратковременного подъема уровня накануне 2-го тысячелетия  во время малого климатического оптимума уровень Каспийского моря был самым низким. Примерно таким же низким он был в IV - IX вв. Затем он стал повышаться, достигнув максимальной величины в период малого ледникового периода. В период очередного потепления климата уровень Каспийского моря стал резко падать. [5, с. 331]

Колебания климата за последние несколько тысяч лет очень хорошо характеризуют состояние ледников. На рисунке 1.2. приведены данные о колебаниях толщины ледников в Исландии и Hopвегии за последние 10 тыс. лет.

Рисунок 1.2.

Колебания толщины  ледников в Исландии и Норвегии

 

 

В раннем средневековье  в результате потепления улучшилась ледовая обстановка в Арктике. Во многих районах произрастали несвойственные настоящему времени растения. Так, в  Северной Америке на берегах р. Св. Лаврентия в это время отмечалось обилие винограда.

В областях современного аридного климата было влажно. Полноводнее были реки бассейнов Средиземноморья и Ближнего Востока, уровень озер, в том числе и уровень африканского озера Чад, был намного выше, чем в современную эпоху. Это потепление длилось примерно около 500—600 лет и его часто называют малым климатическим оптимумом. [11, с. 65]

Отличительная особенность климата последнего тысячелетия — наличие сравнительно теплого периода — малого климатического оптимума в VIII—XIII вв. и наступление вслед за ним в XIII—XIV вв. очередного похолодания, которое с некоторыми флюктуациями продолжалось до середины XIX в. и задержало процесс таяния льдов. В течение малого ледникового периода почти повсеместно резко ухудшились климатические условия. Климат стал холоднее, неустойчивее, сократился вегетационный период. Экономике европейских стран и стран других регионов был нанесен большой ущерб, что в ряде случаев привело к серьезным социальным потрясениям.

Изменение температуры  воздуха в период потепления лучше  всего изучено в северном полушарии, где в этот период было сравнительно много метеорологических станций. Тем не менее и в южном полушарии оно было выявлено достаточно уверенно. Особенностью потепления было то, что в высоких полярных широтах северного полушария оно было выражено более четко и ярко. Для отдельных районов Арктики повышение температуры было  весьма внушительным.

Наибольшее глобальное повышение  средней температуры у поверхности  Земли во время кульминации потепления составляло всего 0,6°С, но даже с таким небольшим изменением – на порядок меньшим, чем в период от ледниковой к межледниковой обстановке, и в несколько раз меньшим, чем в ближайшем климатическом оптимуме и во время малого ледникового периода, – было связано заметное изменение климатической системы.

На потепление бурно реагировали  горные ледники, которые повсеместно  отступали, причем величина отступания исчислялась сотнями метров. На Кавказе, например, общая площадь оледенения сократилась за это время на 10%, а толщина льда в ледниках уменьшилась на 50–100 м. Существовавшие в Арктике сложенные льдом острова растаяли, и на их месте остались лишь подводные отмели. [7, с. 23]

Циркуляционные  процессы сопутствую температурным колебаниям и колебаниям осадков. Это видно на повторяемости ветров южного и западного направлений в Лондоне начиная с 1340 г. И по настоящее время. Это иллюстрирует рисунок 3. Из него видно, что периодам потепления климата (после 1500, после 1700) соответствуют периоды повышенной повторяемости ветров южного и западного направлений. Об этом же свидетельствуют и другие источники.

Как следует из приведенных источников, с повышением повторяемости ветров южного и западного направлений зимние температуры в Англии повысились более чем на 0,3°С , одновременно отмечалась тенденция перехода к более влажным периодам (1150- 1200, 1500-1550, 1700-1750, 1900-1950 гг. и др.).

С помощью рисунка 1.3. можно легко убедиться, что в периоды высокой повторяемости экстремально холодных зим была самая низкая повторяемость ветров южного и западного направлений, с которыми, как правило, были связаны более теплые погодные условия. Указанные особенности позволяют сделать вывод о наличии циркуляционных эпох в системе «атмосфера- океан».

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.3.

Повторяемость ветров южного и западного направлений  у юго-восточного побережья Англии ( в %).

 

 

 

В Европе максимум потепления был между 1200-1250 гг., а  в отдельных районах – между 1202-1312 гг. Эти периоды были наиболее благоприятными для сельского хозяйства. Имеются исторические указания, урожайность сельскохозяйственных культур в Европе в 1312-1326 гг. была на 20%, а в 1326-1349  гг.- на 6 % ниже, чем в благоприятные 1265-1312 гг. В целом для Европы 1272-1291 гг. были необычайно сухими, а 1312-1322 гг. – необычайно влажными.

Потепление  климата в IX—XI вв. в Европе сопровождалось уменьшением влажности. Однако оно было не таким интенсивным, как в период климатического оптимума; среднегодовые температуры повысились лишь на 1—2°С.

В Европе отчетливый переход к малому ледниковому периоду, в течение которого температура понизилась в среднем на 1,3- 1,4 °С и более, отмечается между 1300 и 1500 гг. Продолжительность вегетационного периода сократилась в это время почти на три недели. Полярные льды сковали побережье Гренландии и Исландии, что в совокупности с повышением повторяемости климатических экстремумов, участившимися эпидемиями, болезнями и другими сопутствующими явлениями привело к гибели европейских поселений в Гренландии. [17, с. 34]