Изменения климата, как естественный процесс
Геологи и палеонтологи в 19-м и начале 20-го веков обнаружили свидетельства массовых климатических изменений, происходивших до Плейстоцена, то есть примерно 2,6 миллиона лет назад. Например, красные пласты указывали на засушливость в регионах, которые сейчас влажные (например, Англия), в то время как окаменелости угольных болот и рифовых кораллов указывали на то, что тропический климат когда-то существовал в современных высоких широтах, как в Европе, так и в Северной Америке.
С конца XX века развитие передовых технологий датировки пород в сочетании с геохимическими методами и другими аналитическими инструментами произвело революцию в понимании ранней истории системы Земли.
Наступление многочисленных эпох в новейшей истории Земли, во время которых континентальные ледники, развитые в высоких широтах, проникали в северную Европу и восточную часть Северной Америки, было признано учеными к концу XIX века.
Шотландский геолог Джеймс Кролл высказал предположение о том, что периодические изменения орбитального эксцентриситета (отклонение орбиты Земли от идеально круговой траектории) обусловливают чередование ледниковых и межледниковых периодов. Спорную идею Кролла взял на вооружение сербский математик и астроном Милутин Миланкович в начале 20-го века.
Миланкович предположил, что механизм, приводящий к возникновению периодов оледенения, обусловлен циклическими изменениями эксцентриситета, а также двумя другими параметрами орбиты: прецессией (изменение направления оси вращения Земли) и осевым наклоном (изменение наклона оси Земли относительно плоскости ее орбиты вокруг Солнца). В настоящее время изменение орбиты признается важной движущей силой климатических изменений на протяжении всей истории Земли.
Откуда берутся данные об изменении климата
Все исторические науки имеют общую проблему: по мере того, как они проникают вглубь веков, они все больше полагаются на фрагментарные и косвенные доказательства. История системы Земли не является исключением. Высококачественные инструментальные записи, охватывающие прошлое столетие, существуют в большинстве регионов мира, но в XIX веке они становятся редкими, и лишь немногие записи относятся к концу XVIII века.
Иногда можно использовать и другие исторические документы, в том числе судовые журналы, дневники, судебные и церковные записи, а также налоговые квитанции. В строгом географическом контексте эти источники могут предоставить информацию о заморозках, засухах, наводнениях, морском льде, датах муссонов и других климатических особенностях - в некоторых случаях до нескольких сотен лет назад.
К счастью, климатические изменения также оставляют множество следов в мире природы.
Климат влияет на рост деревьев и кораллов, обилие и географическое распределение видов растений и животных, химию океанов и озер, накопление льда в холодных регионах, эрозию и осаждение материалов на поверхности Земли.
Палеоклиматологи изучают следы этих эффектов, придумывая хитрые и тонкие способы получения информации о прошлом климате. Большая часть свидетельств об изменении климата в прошлом носит косвенный характер, поэтому палеоклиматология требует большой исследовательской работы.
Везде, где это возможно, палеоклиматологи пытаются использовать многочисленные линии доказательств для перекрестной проверки своих выводов. Они часто сталкиваются с противоречивыми данными, но это, как и в других науках, обычно приводит к более глубокому пониманию системы Земли и ее сложной истории. Появляются новые источники данных, аналитические средства и инструменты.
С 1990-х годов произошли революционные изменения в понимании истории климата Земли, и грядущие десятилетия принесут много новых знаний и интерпретаций.
Мониторинг происходящих климатических изменений осуществляется с помощью сетей датчиков в космосе, на поверхности суши, а также на поверхности и под поверхностью Мирового океана.
Климатические изменения за последние 200-300 лет, особенно с начала 1900-х годов, документируются инструментальными записями и другими архивами. Эти письменные документы и записи содержат информацию об изменении климата в некоторых местах за последние несколько сотен лет. Некоторые очень редкие документы датируются более чем 1000 годами.
Исследователи, изучающие климатические изменения до инструментальной записи, все больше полагаются на природные архивы, которые представляют собой биологические или геологические процессы, фиксирующие некоторые аспекты прошлого климата. Эти природные архивы, часто называемые суррогатными свидетельствами, чрезвычайно разнообразны; они включают, в частности:
- ископаемые записи о распределении растений и животных в прошлом;
- осадочные и геохимические индикаторы прежних условий океанов и континентов;
- характеристики земной поверхности, характерные для климата прошлых лет.
Палеоклиматологи изучают эти природные архивы, собирая керны, или цилиндрические образцы, отложений из озер, болот и океанов; изучая особенности поверхности и геологические слои; изучая кольцевые узоры деревьев из кернов или участков живых и мертвых деревьев; бурясь в морские кораллы и пещерные сталагмиты; бурясь в ледяные щиты Антарктиды и Гренландии и в высоко поднятые ледники Тибетского плато, Анд и других регионов Монтана; а также с помощью широкого спектра других средств. Постоянно разрабатываются и совершенствуются методы извлечения палеоклиматической информации, признаются и используются новые виды природных архивов.