Геолого-географiчнi гіпотези розвитку клімату. Теорiя поступового охолодження Землi.

Достовірних даних про клімат архейської ери немає. Є відомості лише про знахідки подібних до тилітів утворів в архейських товщах Канадського щита, Австралії, Південної Африки.
У протерозої фіксуються сліди чотирьох достовірних зледенінь: з віком 2,5-2,4 млрд. років і з віком біля 2 млрд. років тому, рифейське (900-700 млн. років тому) та вендське (680-660 млн. років тому). Дуже потужним було останнє зледеніння, яке поширювалось на багатьох континентах - Південній Америці, Африці, Австралії, Північній Європі. Незважаючи на значні наземні зледеніння, клімат пізнього протерозою в цілому був досить теплим та вологим на більшій частині планети. Формуванню слабозонального парникового клімату сприяли слабодиференційований рельєф та висока концентрація вуглекислого газу в атмосфері. Окремі визначення палеотемператур дають середні значення біля 35-45 ⁰С. Кліматична зональність поки що не встановлена.
Після сильних похолодань у венді на початку кембрію почалося значне потепління. Тропічні умови встановилися практично на усіх континентах. При цьому поряд із рівномірно-зволоженими територіями за відкладами солей, сульфатів та карбонатів виділяються і арідні області. Останні скорочуються до кінця кембрію. Кліматична зональність у кембрії слабовиражена, що, можливо, пояснюється розташуванням континентів у низьких широтах. Рівномірнотеплий клімат кембрію в ордовику дістає чітку зональність і для пізнього ордовика виділяють уже пояси екваторіального, тропічного, субтропічного, помірного та нівального клімату. Сильне похолодання у пізньому ордовику привело до наземного зледеніння на ділянках материків, розташованих біля південного полюса (північний захід Африки та Південної Америки). Середньорічні температури в тропіках знизились на 3-5⁰С, в субтропіках - на 10-15 ⁰С.
На початку силурійського періоду на континентах зберігаються прохолодні умови, в другій половині силуру починається потепління та арідизація кліматичних обстановок, що пов'язується із процесами каледонського тектоно-магматичного циклу.
В цілому ж таласократичний режим континентів кембрію та ордовику у другій половині силуру змінюється на геократичний, який продовжувався до середини девону. Арідизація клімату, яка почалася в пізньому силурі досягла максимуму в ранньому девоні. Арідні умови (пустині та напівпустині) встановилися на значних територіях Північної Америки, Євразії та Гондвани. В другій половині девону арідність клімату зменшувалась. В цілому девонський період - це час панування тропічного клімату, чому сприяло розташування материків у низьких широтах та висока концентрація СО₂ в атмосфері.
В ранньому карбоні у зв'язку із широкими морськими трансгресіями, які покривали у цей час значні площі платформ, каледонід та геосинкліналей встановлюється таласократичний режим. На планеті панував тропічний та екваторіальний клімат, арідність - різко ослаблена. Середньорічні температури у Північній Америці становили 27-30 ⁰С, на Уралі 22-24 ⁰С. Навіть поблизу північного полюса на Сибірській платформі клімат був відносно теплим, без наземного зледеніння, із теплолюбивою рослинністю. У другій половині карбону спостерігається сильне похолодання і диференціація кліматичних обстановок, спричинене, очевидно зниженням вмісту СО₂ в атмосфері (майже вдвічі) та появою поблизу південного полюса значних масивів суші. На материках Гондвани розвивається велике гондванське зледеніння, а морський басейн в Арктиці покривається льодом. Середньорічні температури у пізньому карбоні порівняно із раннім знизились на 4-7 ⁰С. Вологий екваторіальний пояс того часу прослідковується за покладами кам'яного вугілля, бокситових і марганцевих руд в областях, що оточували Палеотетіс (Західна і Південна Європа, Північна Африка, Мала Азія, південь Китаю, Індокитай). Помірні гумідні умови встановлювалися на материках Гондвани (гондванська флора) та на північному сході Євразії (тунгуська флора).
В пермі наступила нова геократична епоха і арідні області помітно розширились. В них відкладались червоноколірні континентальні і соленосні лагунні осадки, які зафіксовані у центральній частині Північної Америки, на більшій території Європи, в Казахстані, Середній Азії, а також на північному заході Африки та в центральній частині Південної Америки. В пізній пермі арідизація клімату продовжувалась і охопила навіть райони з помірним кліматом. В цілому період виділяється як один із найбільш жарких і сухих у палеозойській ері.
В ранньому та середньому тріасі на материках зберігався засушливий континентальний клімат (геократична епоха), встановлений ще у пермі і викликаний процесами герцинського орогенезу. Окремі палеокліматологи (М.О.Ясаманов, 1985) виділяють для цього часу чотири основні природні зони: екстраарідну, або пустинну, помірно-арідну (зону сухих і опустинених саван), змінно-вологу і рівномірно-вологу. Пустині з еоловим рельєфом (дюни, бархани, такири) розміщувались тоді на значних площах Північної Америки, Африки, Євразії, на півночі Південної Америки та в Австралії. Загальна кількість опадів тут не перевищувала 150-200 мм/рік. Для змінно-вологої зони типовими ландшафтами були лісові савани, у рівномірно-вологій зоні (Південно-Східна Азія, Індія, Антарктида) переважали лісові та озерно-болотні ландшафти з голонасінними, деревоподібними папоротями, плаунами, хвощами. Пізній тріас ознаменувався певною гумідизацією клімату, що було викликане розвитком морських трансгресій.
Гумідизація продовжувалась у ранній та середній юрі, коли встановився чітко виражений таласократичний режим. За температурним режимом у юрі можна виділити екваторіальний, два тропічних та два субтропічних пояси. У пізній юрі спостерігається певна арідизація кліматичних обстановок, пов'язана, очевидно, із теконічними процесами невадійської фази мезозойського орогенезу.
Таласократичний режим у крейдовому періоді зберігався - тектонічні процеси мезозойського тектоно-магматичного циклу не призвели до геократизації клімату, що може пояснюватися розкриттям у цей час нових океанічних басейнів, як наслідок розколу Гондвани та Лавразії. Певне похолодання відбулося вже в кінці ранньої крейди і продовжувалось в середній та пізній крейді. Справжніх пустинь ні в юрі, ні в крейді не існувало - пустині того часу були близькими до сучасних тропічних саван. Не існувало також льодових покривів біля полюсів. В цілому ж клімати мезозою були слабо диференційовані. В.И.Синіцин (1980) виділяє для цього часу лише два термічні типи клімату: тропічний і бореальний (ослаблений тропічний), із середньорічними температурами відповідно 25-28⁰С та 12-24⁰С.
У палеогені у зв'язку із розвитком широких морських трансгресій клімат був рівномірно теплим. Межі між кліматичними зонами були згладжені, не існувало, як і в крейді, справжніх пустинь, льодових зон біля полюсів. Тропічна зона охоплювала у той час не тільки приекваторіальні райони, але й південь Європи, Кавказ, Поволжя, де середньорічні температури у морях коливалися у межах 21-26 ⁰С. Досить високі температури відомі і на півночі Європи (22-26 ⁰С). Однак уже в кінці палеогену наступає значне похолодання, що приводить до скорочення ширини тропічного і екваторіального поясів. Температури в низьких широтах знизились на 6-8 ⁰С, в середніх і високих широтах таке зниження було ще більшим. Похолодання привело до початку формування льодового покриву Антарктиди.
Кліматичні границі зміщувались до екватора. У зв'язку із похолоданням, розширились області арідизації клімату і в помірному поясі почали формуватися ландшафти савано-степів та лісостепів.
Процеси альпійського орогенезу були однією із істотних причин дальшого похолодання, яке продовжувалось на протязі неогену.
Проходило звуження поясів екваторіального, тропічного та субтропічного клімату, розширення арідних зон. Появляються тундрові і тайгові ландшафти, а біля 4,5 млн. років - лід у акваторії Північного Льодовитого океану. Біля 2 млн. років назад льодові панцирі покривають уже значні частини Антарктиди, Патагонії, Ісландію, острови Арктики.
Антропогеновий період - це час розвитку великих наземних зледенінь у північній півкулі. Чітко проявляється ритмічність у кліматичних процесах - епохи зледенінь змінюються епохами потеплінь (міжльодовиков'ями).Ритмічні коливання клімату спричиняли міграцію кліматичних поясів, зміщення яких досягали 1000-2000 км.
Арктичний пояс простягався до 40-50^О пн.ш. Тут розміщувались льодовикові щити, тундра та морський лід. Пояси помірного, субтропічного і тропічного клімату були звужені і зміщені в низькі широти. В льодовикові епохи перепад температур між низькими й високими широтами у північній півкулі досягав 70⁰С, в міжльодовиков'я - лише 30-350С. Перигляціальні зони характеризувались низькими середньорічними температурами, незначною кількістю атмосферних осадків та відносно високою сонячною радіацією. В субтропіках і тропіках льодовикові епохи спричиняли в основному підвищення зволоженості (плювіальні епохи) внаслідок росту атмосферних осадків, в міжльодовиков'я клімат сухішав, пояси розширювались, природні умови ставали близькими до сучасних.
Історія кліматів фанерозою вказує на їх періодичні коливання, різні за масштабами та природою. При цьому, якщо причиною кліматичних змін високого порядку (значної тривалості) виступали астрономічні фактори, то менш тривалі зміни в кліматі Землі спричинялись уже тектонічними процесами та процесами в атмосфері (зокрема зміною концентрації СО₂).
Так, періодичні зміни кліматів найвищого порядку мають тривалість 200-250 млн. років. Це так званий галактичний рік, тобто час протягом якого Сонячна система здійснює повний оберт навколо центра Галактики. За цей час відбувається суттєве оновлення всіх геологічних процесів, зміна характеру й інтенсивності кругообігу речовини між зовнішніми оболонками Землі і ін. З такою періодичністю пов'язують зміну ізотермічного, теплого і в цілому вологого (парникового) клімату раннього і середнього палеозою термічно диференційованим, континентальнішим і більш сонячним кліматом пізнього палеозою-кайнозою.
Періодичні зміни другого порядку мають тривалість 40-60 млн. років і пов'язані з переміщенням Сонячної системи в різні області Галактики, з різними умовами космічного середовища, що, можливо, мало безпосередній вплив на перебіг процесів у верхніх оболонках планети. Така періодичність викликає зміну геократичних епох з поширенням арідних обстановок(пізній силур і ранній девон, пізня перм - ранній тріас, пізня юра - початок крейди) таласократичними епохами з переважанням гумідних кліматів (ранній силур, ранній карбон, рання і середня юра, середина крейди). Кліматичні зміни в даному випадку відповідають в часі принциповим змінам у структурі земної кори, які спричиняли і перебудову палеогеографічних обстановок.
Зміни третього порядку мають тривалість десятки і перші сотні тисяч років. їх можна проілюструвати подіями четвертинного періоду, коли льодовикові епохи змінювались міжльодовиков'ями, тобто епохами потеплінь і відповідно чергувались в низьких широтах епохи зволоження та засушення. Така періодичність, очевидно, пов'язана з коливаннями величини сонячної радіації у зв'язку із змінами параметрів земної орбіти і задовільно пояснюється гіпотезою Міланковича.
Періодичні зміни четвертого порядку тривалістю 2000-1800, 600-400, 90-60, 22-11 років викликаються причинами локального характеру, серед яких немаловажну роль можуть відігравати, наприклад, вулканічні виверження, які змінюють вміст у атмосфері вуглекислого газу, сірчистого газу, вулканічного попелу тощо, автоколивні процеси в системі атмосфера-океан-полярний лід та зміна положення Землі у Сонячній системі. Такі зміни фіксуються за коливанням рівня озер, за зміщенням снігової лінії, за наступом та відступом гірських льодовиків, за станом льодовитості полярних морів і ін.
Сезонні зміни клімату характеризують найнижчий порядок періодичності природних процесів.