Зміни клімату в геологічному минулому. Немає сумніву, що протягом історії Землі разом із земною природою змінювався і клімат. Про причини холодних періодів в історії Землі, і навіть останнього - четвертинного періоду, дотепер немає погоджених думок. Висувалось багато гіпотез. Указувалось, наприклад, на періодичні коливання елементів земної орбіти, завдяки чому повинна була змінюватися загальна кількість тепла, що приходить до Землі від Сонця. Це - зміна ексцентриситету земної орбіти з періодом біля 92 тис. років і зміна нахилу екліптики до екватора з періодом біля 40 тис. років. Сюди потрібно додати переміщення земної осі, що описує деяку конічну поверхню з періодом біля 21 тис. років. Зміни клімату в четвертинному періоді можуть бути поставлені в зв'язок із такими періодичними змінами в приході радіації, але не можуть пояснюватися тільки ними. Передбачалося також, що сонячна стала істотно і періодично змінювалася протягом геологічного часу, тобто що Сонце поводилося, як перемінна зірка. Перевірити таку гіпотезу, однак, неможливо. Передбачалося, що Земля в різні періоди свого життя проходила через області світового простору з різним вмістом міжзоряної речовини, що, по-різному поглинаючи сонячну радіацію, знову-таки змінювало опромінення Землі. Тепер представляється більш ймовірним, що геологічної зміни клімату залежали не від змін у загальному потоці сонячної радіації, а від змін у сонячній активності, котрі якимось способом змінювали систему загальної циркуляції атмосфери. Перевірити, чи дійсно сонячна активність відчуває циклічні зміни, порівняні по тривалості з геологічними періодами, неможливо. Геологічні зміни клімату зв'язувалися також із змінами утримання вуглекислого газу і вулканічного попелу в атмосфері, із змінами хмарності, із процесами усередині земної кори, із змінами солоності океанів і ін. Жодна з гіпотез не є досить достатньою для пояснення холодних або теплих періодів в історії Землі, хоча, може бути, деякі з передбачуваних причин внесли свій внесок у загальну картину змін клімату. Більш реальними причинами змін клімату були, мабуть, зміни земної поверхні: зміна розмірів і взаємного розташування материків і океанів, гороутворення, підняття великих ділянок суші, зміна системи океанічних течій і ін. Зрозуміло, що в зв'язку з геоморфологічними змінами відбувалися зміни в складового теплового балансу земної поверхні, у загальній циркуляції атмосфери, умовах вологообігу, а отже, і в кліматі. Вірогідніше за все, сильні зміни клімату були результатом спільної дії як позаземних (зміни в припливі радіації до Землі та у сонячній активності), так і геоморфологічних чинників. Зміни клімату, що відбувалися й історичний період, продовжуються і в даний час. Протягом декількох тисячоріч вони не могли бути настільки значними, як на протязі геологічних періодів, і виявити їх складніше. Але в історичний період до природних свідчень змін клімату, таким, як наступ і відступ льодовиків, ріст торфовищ, зміна стану озер і річок, накопичення стрічкових глин в озерах, зміна товщини річних кілець дерев, приєднуються ще археологічні дані, що показують умови життя і результати діяльності людей, що деякою мірою залежали від клімату. Додаткові зведення про зміну клімату дають фольклорні і літературні пам'ятники, особливо літописи, що містять записи про видатні явища погоди і клімату, про стан річок, врожаї і т.п. У останні два-три сторіччя починається епоха інструментальних метеорологічних спостережень, на початку ще дуже рідких і недосконалих. Для ряду станцій існують вікові ряди спостережень за температурою й опадами, тривалістю 100-200 років і більше. Для Європи можна коротенько намітити таку послідовність змін клімату за останні декілька тисяч років.
Палеокліматичні дослідження (додаткова інформація)
Показниками цих змін є викопні флора і фауна, включаючи пилок доісторичних рослин, ознаки процесів вивітрювання і накопичення осадових відкладень у шарах, що відносяться до різних геологічних епох, і т.п. Зрозуміло тому, що питання, що відносяться до кліматів геологічного минулого, вирішуються на базі самої геології (і палеонтології). Геологічні дані показують, що зміни клімату в минулому Землі були дуже глибокими. Ці зміни охоплювали сотні мільйонів років, протягом яких докорінно змінювалося положення на Землі: розташування суші і моря, орографія, розподіл океанічних течій, вулканічна діяльність, склад атмосфери й ін. С іншої сторони, могли змінюватися і космічні впливи на Землю
Розглядаючи органічні і неорганічні викопні як ознаки кліматів минулого, виходять із положення, що в минулому існували ті ж залежності флори, фауни, вивітрювання, ґрунтоутворення й ін. від клімату, які існують і у даний час. Інтенсивне накопичення морських вапнякових осадів, наприклад, а також утворення коралових рифів у даний час відбувається в мілководних теплих морях. Виявлення великих і потужних товщ морських вапняків і коралових рифів у середніх широтах говорить про більш теплий клімат, що існував у цих широтах у різні епохи життя Землі.
У шарах бурого вугілля в Європі аж до верхнього міоцену виявляються залишки таких теплолюбних рослин, як віялові пальми. Утворення кам'яного вугілля відбувалося колись і в Антарктиді. Багатство викопних видів плазунів і їхні величезні розміри також є ознаками теплих кліматів. По розподілі викопних риб протягом третинного періоду можна зробити висновок про поступове похолодання протягом цього періоду. Одним з ознак холодних періодів є слабке хімічне вивітрювання і, навпаки, що переважає фізичне вивітрювання з достатком уламкового матеріалу у відкладах. Особливо важливими показниками є характерні відкладення і форми ландшафту, зв'язані зі зледеніннями (моренні відкладення, викопні льоди), а також відповідна флора і фауна. Найважливішою ознакою сухих (аридних) періодів є посилене відкладення солей (особливо якщо клімат також і жаркий). Пояси родовищ копальневих солей на Землі змінювали своє положення протягом геологічних епох. Пустелям минулого, як і сучасним пустелям, були властиві явища вивітрювання, переносу піску, дюноутворення і т.д. Ознаки таких явищ можна встановити й у геологічних шарах. Сухі періоди визначаються також по залишках сухолюбивої (ксероморфної) рослинності, по залишках степових тварин. В вологих кліматах сильно хімічне вивітрювання. Тому ознаками вологих (і досить теплих) періодів у минулому є продукти хімічного вивітрювання в складі осадових порід, такі, як каолін, залізні, марганцеві і бокситові руди й ін. Важливими показниками таких кліматів є поклади торфу і кам'яного вугілля, а також залишки багатої деревної рослинності. Є визначені геологічні ознаки розподілу вітру в минулі епохи, ознак гроз, сезонних змін клімату й ін. Для четвертинного періоду (плейстоцену), коли вже з'явилася людина, крім геологічних засобів дослідження кліматів минулого, застосовуються ще й археологічні. Геологічно встановлено, що в першій половині четвертинного періоду Сахара відрізнялася достатком осадів і численних повноводних річок. Археологічні ж дослідження показують, що декілька сотень тисяч років тому Сахара була родючим населеним плато. Існує ряд спроб реконструкції кліматів геологічного минулого. Найбільше розроблені уявлення про зміну кліматів у четвертинному періоді. Але в загальному уявлення про геологічні клімати носять дуже загальний характер. Зауважимо тільки, що протягом останнього півмільярда або мільярда років клімат Землі в помірних і високих широтах в основному був більш теплим, чим у даний час. Льоди в полярних і середніх широтах протягом переважної частини зазначеного періоду були відсутні. Кліматична зональність тому не була виражена так контрастно, як тепер. Тропічна флора поширювалася далеко у високі широти. Однак на основному тлі «нормального» теплого клімату неодноразово відбувалися порівняно короткочасні похолодання, що охоплюють сотні тисяч або мільйони років. У ряді випадків розвивалися зледеніння у високих і середніх широтах. Кліматична зональність у такі періоди підсилювалася, тобто поглиблювалися теплові й інші кліматичні розходження між високими і низькими широтами. Останні декілька сотень тисяч років - четвертинний період - являються саме таким холодним періодом, протягом якого декілька разів розвивалися сильні зледеніння. Кліматичні умови істотно змінювалися й у рамках четвертинного періоду: льодовикові епохи змінялися міжльодовиковими. Але в цілому четвертинний період - холодний період в історії Землі. Від початку першого зледеніння четвертинного періоду пройшло 600-700 тис. років. Останнє зледеніння закінчилося декілька десятків тисяч років тому. Тепер людство живе в післяльодовикову або міжльодовикову епоху. Однак великі площі Землі у високих широтах і зараз знаходяться під льодовиковим покривом ( що зберігається, мабуть, у якості релікта). Клімат сучасної епохи варто відносити не до геологічного «норми», а все ще до холодного періоду.
Протягом 5 тис. років до н.е. сухий і теплий клімат декілька разів змінювався більш вологим і прохолодним. Приблизно за 500 років до н.е. кількість осадів різко збільшилася і клімат став значно прохолодніше, ніж у попередні сторіччя. До початку нашої ери клімат став схожим на сучасний. У XI-XIII сторіччях клімат Європи був більш м'яким і сухим, ніж на початку ери. Європейські льодовики в цей час мали мінімальне поширення, у Гренландії успішно розвивалося скотарство. У XV-XVI сторіччях знову намітилося значне похолодання, збільшилася льодовитість морів. З XVII в. до середини XIX в. клімат був холодним і вологим, льодовики наступали. Саме в цей період почалися інструментальні метеорологічні спостереження в Європі. З другої половини XIX в. намітився новий, досить крутий поворот у кліматичних умовах - почалося сучасне потеплення. Отже, зміни клімату за історичний період мали характер коливань із ритмічністю порядку декількох сторіч. На тлі вікових коливань відбувалися коливання більш короткочасні. У загальному за історичну епоху клімат можна вважати стійким, він лише коливався біля середнього рівня.
За цей період не було таких істотних змін у розподілі суші і моря, в орографії, у розміщенні полюсів, що могли б мати значення для змін клімату. Тому можна впевнено зв'язувати історичні зміни клімату з чинниками позаземного походження, особливо зі змінами в сонячній активності. Починаючи з XVIII сторіччя ведуться кількісні визначення останньої (відносне число сонячних плям, а останнім часом і іншими показниками). Це дає можливість зіставляти сонячну активність з одночасними і наступними змінами метеорологічних розмірів і отримані зв'язки екстраполювати на минуле, з огляду на відомі ритми в сонячній активності. Вказувалося також, що припливоутворююча сила, що залежить від положення Сонця і Місяця щодо Землі, досягає максимуму через неправильні проміжки часу із середнім періодом біля 1700 років. Ці коливання припливоутворюючої сили, можуть впливати на стан крижаного покриву полярних морів, а через нього і на циклонічну діяльність. Максимумам діяльності цієї сили повинні відповідати найбільше вологі періоди.
Цикли зледенінь у історії Землі.
Самі корінні зміни клімату Землі були зв'язані з установленням на ній льодовикових періодів. Вперше про це висловив думку Міланкович. Для пояснення причин зледеніння, що робило дуже великий вплив на всі процеси на земній поверхні, запропоновано багато гіпотез. Одна із правдоподібних гіпотез заснована на коливаннях циркуляції океанічих вод і їхнього впливу на атмосферу. В даний час на Землі льодом покрита площа приблизно 15 мільйонів квадратних кілометрів. Це складає близько 10% поверхні суші. У порівнянні з тим, що було в льодовикові періоди, це дуже небагато. Але це набагато більше, ніж у міжльодовикові періоди. Те, що сучасне заледеніння землі порівняно невелике, принаймні в північній півкулі, зв'язано з інтенсивним обміном вод між відносно теплим Атлантичним океаном і холодним Північним Льодовитим океаном. Цей обмін веде до деякого нагрівання Арктики і робить її заледеніння порівняно невеликим. Крім того, цей обмін викликає збільшення вмісту водяної пари в повітрі Арктики й у кінцевому рахунку збільшення кількості опадів. Передбачається також, що цей обмін вод поступово знижує рівень Світового океану, тому що частина вод „окована" льодами. Коли рівень Світового океану знижується, то вузький підводний гірський хребет між Норвегією і Гренландією сильно гальмує циркуляцію вод між атлантичним і арктичним басейнами і затримує надходження теплих вод у північного моря. У зв'язку з цим температура в Арктиці знижується і крижаний покрив поширюється до півдня. Починається новий льодовиковий період

Усі гіпотези, викладені вище, а також тут не згадані, містять ряд неясностей. Це випливає хоча б з того, що для пояснення льодовикових періодів запропоновано понад 40 різні гіпотези. Але у всіх цих гіпотезах визнається, що мали місце корінні зміни характеру циркуляції океану й атмосфери на Землі. Аналіз копалин говорить про те, що в минулому клімат Землі в цілому був більш теплим, чим тепер. Геологічні події наступних періодів, наприклад, підйом континентів і ерозія, частково знищили ознаки чисто кліматичних змін. Однак коли лід покриває північні моря, то одночасно починається і його руйнування. Справа в тім, що крижаний покрив перериває процес випару, а тим самим зменшує і випадання опадів. Тоді лід починає швидше танути знизу, чим наростати зверху, і надходження води в океан збільшується. Рівень океану підвищує — і відновляється циркуляція вод між Атлантикою і північними морями. Кількість льоду зменшується — і цикл закінчується. Але через якийсь час він може початися знову і викликати нове зледеніння. Описаний цикл вимагає корекційної зміни характеру циркуляції океанічних вод. Тим не менше є свідчення, що такий цикл у минулому дійсно відбувався. Під час останнього льодовикового періоду рівень Світового океану був на 100 м нижче, а середня температура на 4—8°С нижче, ніж тепер. Корінна зміна характеру циркуляції океанічних вод між більш холодним і більш теплою водоймою супроводжувалося розвитком області зниженого атмосферного тиску, що розташовувалася там, де тепер лежить полярна область підвищеного тиску.