Что случилось с климатом

1.6. Океан в движении

Движение вод в океане вызвано тремя причинами: силами тяготения Луны и Солнца; ветрами; различиями в плотности вод, которая зависит от солености и температуры.

Когда ветер дует над поверхностью океана, он приводит в движение и поверхностный слой воды. Вода движется медленнее, чем ветер. Если бы Земля при этом не вращалась, то движение воды по направлению совпадало бы с ветром. Но сила Кориолиса отклоняет воду вправо от направления ветра в Северном полушарии и влево – в Южном.

Это явление обнаружил норвежский полярный исследователь Нансен во время знаменитого дрейфа «Фрама». Он заметил, что движение корабля, вмерзшего в дрейфующий лед, отклоняется вправо на 20–40° от направления ветра. Объяснение этому явлению дал шведский океанолог Вагн Экман (1874–1954). Поверхностный слой воды приводится в движение ветром. Движется он медленнее, чем ветер, а значит, отклоняется силой Кориолиса сильнее. Верхний слой воды приводит в движение слой нижележащий, тот – следующий, благодаря чему отклонение от первоначального направления с глубиной усиливается (рис. 1.13).

До глубины 100–150 м спираль Экмана делает примерно пол-оборота. Здесь направление движения воды противоположно направлению на поверхности, но скорость уже слишком мала – около 4 % от поверхностной. Результирующий перенос воды происходит под углом 90° к первоначальному направлению ветра.

Энергия ветра передается лишь верхним 100–200 м воды. Однако экмановский перенос приводит к тому, что в некоторых зонах океана происходит подъем уровня поверхности, в других, напротив – понижение (рис. 1.14). Разность уровней приводит к перепаду давлений и, как следствие, к движению воды. Градиент давления уравновешивается силой Кориолиса, и движение воды происходит вдоль линий, соединяющих точки с равной высотой, – такое течение называется геострофическим. К геострофическим близки по природе основные течения Мирового океана, такие как Гольфстрим, Куросио, Агульяс, Антарктическое циркумполярное и другие. Геострофические течения достигают глубин до 2 км.

Рис. 1.13. Спираль Экмана

Экмановский перенос в сочетании с влиянием континентов приводит к образованию замкнутых систем циркуляции в океанах (рис. 1.15). В центре океанических круговоротов уровень поверхности повышается примерно на 1 м относительно среднего уровня. Вода движется по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой – в Южном. Западная часть системы круговоротов, называемая западными пограничными течениями, переносит теплую воду от экватора в более высокие широты. К ним относятся упомянутые выше Гольфстрим, Куросио, Агульяс. Западные пограничные течения более быстрые, узкие и глубокие, чем восточные. Асимметрия возникает из-за вращения Земли. Средняя скорость Гольфстрима 6,4 км/ч, ширина около 100 км. Гольфстрим переносит в 100 раз больше воды, чем все реки планеты. В действительности схема океанских течений выглядит существенно сложнее, чем показано на рис. 1.15, так как движение океана – процесс хаотический, в нем возникают меандры и вихри (рис. 1.16). Иногда они могут достигать сотен километров в диаметре и существовать до нескольких лет.

В центрах основных круговоротов Мирового океана скапливается дрейфующий мусор, поступающий с континентов. На акватории в 1,6 млн км² (это примерно 1/10 часть площади России) плавает около 100 тыс. т пластика. Почти наполовину этот мусор состоит из рыбацких сетей. Большая часть выловленных пластиковых объектов имеет маркировку на японском (30 %) и китайском (30 %) языках.

В апреле 2011 г. после землетрясения Тохоку, цунами и взрыва на Фукусиме автор этой книги в составе экспедиции на научно-исследовательском судне «Павел Гордиенко» на Дальнем Востоке изучал радиоактивное загрязнение акватории и атмосферы. За сотню миль за Сангарским проливом море было покрыто следами недавней трагедии: плавали куски пенопласта, покрышки, сколоченные между собой доски, резиновые мячики, ящики от шкафов. Скорее всего, часть этого мусора плавает и сейчас, пополнив Большое Тихоокеанское мусорное пятно – крупнейшее из скоплений мусора в Мировом океане. Землетрясение Тохоку вызвало увеличение площади пятна на 10–20 % от общего ее прироста с 2011 г. (Lebreton et al., 2018).

Рис. 1.14. Образование океанических круговоротов в Северном полушарии. В результате экмановского переноса в центре круговорота уровень океана поднимается, и формируется водяная линза. Вода движется под действием разности давлений из-за наклона поверхности и силы Кориолиса

Рис. 1.15. Замкнутые системы океанических течений. Упрощенная схема объединяет их в пять круговоротов: два – в Атлантике (в Северной и Южной), два – в Тихом океане и один – в Индийском

Рис. 1.16. Антициклонический вихрь (ринг) в океане размером примерно 150 км хорошо виден благодаря цветению фитопланктона. Он находится примерно в 800 км к югу от Южной Африки. По-видимому, вихрь отделился от течения Агульяс, направленного на юг вдоль восточного побережья Южной Африки. Вихри Агульяс – важная составляющая в переносе энергии и вещества из Индийского океана в Южный. Фото: NASA

Скопления мусора есть и в других круговоротах – в субтропической части Южной Атлантики (Ryan, 2014) и в южной части Тихого океана (Eriksen et al., 2013).

Течения, вызванные ветрами, затрагивают поверхностный слой океана и зону пикноклина (примерно до 1 км в глубину) и приводят в движение лишь небольшую часть (примерно 10 %) вод океана. Помимо ветров и приливных сил, существует еще один важнейший механизм, приводящий в движение весь океан. Это так называемая термохалинная циркуляция, которая связана с различиями в плотности воды из-за перепадов температуры и солености. В этот относительно медленный процесс вовлечена большая часть вод океана. Ключевым регионом, в котором запускается термохалинная циркуляция, является Северная Атлантика. Теплые воды Гольфстрима и его продолжения – Северо-Атлантического течения – движутся на север. Они передают тепло атмосфере, по мере испарения становятся все более холодными и солеными, постепенно тяжелеют и опускаются на глубину.

Почему именно в Северной Атлантике образуются глубинные воды? Это связано с неравномерным распределением соли в водах Мирового океана. Самые соленые поверхностные воды находятся в тропиках (15–30 градусов широты), где испарение превышает выпадение осадков. Оказывается, поверхностные воды в Атлантике существенно солонее, чем в Тихом океане. На одной и той же широте это различие составляет 1–2 г/л! Это результат взаимодействия преобладающих ветров с горными цепями Америки. В умеренных и субтропических широтах естественным барьером на пути западного переноса являются Кордильеры, тянущиеся от Аляски до Огненной Земли. Они не пускают влагу из Тихого океана вглубь континентов. Напротив, влага из Атлантики может проникать в Тихий океан с пассатами, дующими с востока на запад в тропиках, через понижение в центральной части Кордильер в районе Панамского перешейка. В результате влага, испаряющаяся в тропической Атлантике, проливается дождями в тропической части Тихого океана. Поскольку обратный перенос влаги затруднен, формируется разница в солености между Тихим и Атлантическим океанами. Эта разница и служит тем мотором, что приводит в движение глубинные воды Мирового океана. Работа его возможна лишь благодаря относительно небольшому разрыву в горной системе Кордильер.

В северной части Тихого океана глубинные воды не образуются – поверхностные воды здесь слишком распресненные, чтобы опуститься на дно. В Индийском океане они слишком теплые.

Важнейшую роль в циркуляции вод играет Южный океан. Через него глубинные воды Атлантики достигают Тихого океана. В Южном океане также происходит образование глубинных вод: в море Уэдделла в атлантическом секторе Антарктики и в море Росса (Rahmstorf, 2006). Механизм образования глубинных вод здесь иной. Когда море замерзает, растворенная соль большей частью вытесняется изо льда в воду. Это было хорошо известно полярным путешественникам прошлого, которые использовали многолетние морские льды как источник пресной воды. Поэтому при образовании морских льдов формируются тяжелые, обогащенные солью массы воды. Они опускаются вниз и заменяются менее плотными, тем самым внося вклад в циркуляцию океана (Kuhlbrodt et al., 2007). Важную роль в формировании глубинных вод в Южном океане играют полыньи, образующиеся под действием ветра, – через них происходит интенсивная потеря тепла. В Южном океане образуется примерно половина глубинных вод.

Термохалинная циркуляция – физический механизм, а не реально наблюдаемый процесс. Ее нельзя считать отдельным видом движения океана. Именно сочетание термохалинной циркуляции с поверхностными течениями и подъемом глубинных вод, так называемым апвеллингом^[15], приводит к запуску Большого океанического конвейера, то есть к вентилированию всей водной толщи Мирового океана (рис. 1.17). Определение радиоуглерода в морской воде (подробнее см. главу 2) показало, что время жизни глубинных вод достигает 1 тыс. лет. Это среднее время, которое каждая частичка воды проводит в толще, прежде чем апвеллинг поднимет ее на поверхность.

Рис. 1.17. Схематическое изображение Большого океанического конвейера (Broecker, 1991)

1.7. Хаос в климатической системе: бабочка Лоренца против демона Лапласа

Она упала на пол – изящное маленькое создание, способное нарушить равновесие, повалились маленькие костяшки домино… большие костяшки… огромные костяшки, соединенные цепью неисчислимых лет, составляющих Время^[16].

Рэй Брэдбери. И грянул гром

Эдвард Лоренц (рис. 1.18) составлял прогнозы погоды для авиации США. После Второй мировой войны он продолжал работать по заказам военного ведомства и одним из первых начал использовать математические модели для прогнозирования погоды. В его распоряжении был компьютер LGP-30. Это была новинка, она весила более 300 кг и стоила целое состояние – почти полмиллиона долларов на нынешние деньги. Начинку компьютера составляли сто с лишним радиоламп.

Рис. 1.18. Эдвард Лоренц (1917–2008) – отец теории хаоса. Само по себе рождение новой теории, не менее важной, чем квантовая механика или теория относительности, из-за ошибки округления можно рассматривать как проявление хаоса в действии

Лоренц описывал состояние атмосферы системой дифференциальных уравнений. Он задавал начальные условия, и компьютер рассчитывал, как будут меняться параметры системы со временем. Однажды он решил повторить расчеты погоды на два месяца вперед и ради экономии времени сделал это не с текущей, а с другой даты и ввел в качестве исходных данных цифры из распечатки, сделанной ранее компьютером. Лоренц с удивлением обнаружил, что машина при повторном вычислении выдала уже другой результат. Причем в первые четыре дня старый и новый график шли одинаково, затем они полностью разошлись. Лоренц не сразу догадался, в чем дело. Результаты выводились на печать с тремя цифрами после запятой, тогда как компьютер оперировал шестью знаками. Округлив число до третьего знака, Лоренц задал системе новые начальные условия, пусть незначительно, но отличающиеся от прежних. И это мельчайшее различие со временем полностью изменило результат.

Компьютер преподал исследователю урок: если состояние атмосферы описывается подобной системой уравнений, то долгосрочный прогноз в принципе невозможен. И не важно, сколько станций наблюдает за погодой, какие суперкомпьютеры применяются для обработки данных.

Из эксперимента следовали и более общие выводы. Выходило, что система, пусть даже однозначно заданная несколькими уравнениями, может вести себя хаотически. Согласно Лоренцу, хаосом называется нерегулярное, случайное поведение систем, в то же время детерминированных по сути. Сам он сформулировал это так (Lorenz, n. d.):

«Хаос – это когда настоящее определяет будущее, но приблизительное настоящее не определяет будущего даже приблизительно».

Коллеги к открытию Лоренца отнеслись скептически (Lorenz, 1963):

«Один метеоролог сказал мне, что если бы теория была верна, то одного взмаха крыльев чайки было бы достаточно, чтобы изменить погоду навсегда. Спор не решен окончательно, но самые последние данные, похоже, говорят в пользу чаек».

Позже Лоренц назвал одно из своих выступлений «Предсказуемость: может ли взмах крыльев бабочки в Бразилии вызвать торнадо в Техасе?». Лоренц не дает прямого ответа на этот вопрос. Метафора же бабочки, сменившей чайку, восходит к рассказу Рэя Брэдбери «И грянул гром». В мезозое гибнет бабочка – и вот уже в современном мире вместо президента-либерала к власти приходит диктатор. Выражение «эффект бабочки» принадлежит популяризатору теории хаоса Джеймсу Глейку, автору бестселлера «Хаос. Создание новой науки».

Лоренц в публичных выступлениях любил цитировать стихотворение:

 
Не было гвоздя —
Подкова
Пропала.
 
 
Не было подковы —
Лошадь
Захромала.
 
 
Лошадь захромала —
Командир
Убит.
 
 
Конница разбита —
Армия
Бежит.
 
 
Враг вступает в город,
Пленных не щадя,
Оттого, что в кузнице
Не было гвоздя^[17].
 

Всякий раз Лоренц делал оговорку – в мире хаоса пропавший гвоздь мог бы равновероятно привести и к трагическим, и к счастливым последствиям.

Это стихотворение куда старше теории хаоса – ему несколько столетий. Множество книг и фильмов обыгрывают ситуации, в которых, казалось бы, незначительные события приводят к грандиозным последствиям. Здесь можно вспомнить, например, Аннушку, разлившую подсолнечное масло. Она выступает как проводник хаоса. В то же время сам Булгаков является приверженцем детерминизма, и случайности у него – часть высшего замысла: «Меркурий во втором доме, Луна ушла…», «Кирпич ни с того ни с сего <…> никому и никогда на голову не свалится». И даже если большинство из нас придерживается иной точки зрения и принимает как должное проявления хаоса в повседневности, то в мире физических явлений мы все же не готовы с этим мириться. Еще со школьных задач, в которых поезд идет из пункта А в пункт Б, мы привыкли считать, что строгие, не знающие исключений законы определяют траектории объектов физического мира. Одним из апологетов детерминизма был маркиз де Лаплас. В работе «Аналитическая теория вероятностей» он писал:

«Мы можем рассматривать настоящее состояние Вселенной как следствие его прошлого и причину его будущего. Разум, которому в каждый определенный момент времени были бы известны все силы, приводящие природу в движение, и положение всех тел, из которых она состоит, будь он также достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, смог бы объять единым законом движение величайших тел Вселенной и мельчайшего атома; для такого разума ничего не было бы неясного, и будущее существовало бы в его глазах точно так же, как прошлое».

Позже этот гипотетический разум назвали демоном Лапласа. Возможно, к своим взглядам Лаплас пришел, исследуя движение планет в Солнечной системе, казавшееся ему образцом гармонии. Маркиз бы, наверное, расстроился, узнав, что и движение планет хаотично.

Теория хаоса положила конец детерминизму. Оказалось, что значительная часть явлений нашего мира в принципе не может быть просчитана наперед. Главный вывод Лоренца в целом неутешителен (Lorenz, 1991):

«К сожалению, признавая систему хаотической, мы не узнаем того, чего хотели. И не можем предвидеть будущего поведения системы. Но этот факт говорит нам о том, что существует граница нашего предвидения, хотя и не известно, где именно она находится. Пожалуй, лучший совет, который может дать нам “теория” хаоса, – не делать поспешных выводов; неожиданности могут быть частью совершенно нормального поведения».

В качестве примера Лоренц рассмотрел (Lorenz, 1963) систему дифференциальных уравнений, упрощенно описывающих конвекцию в атмосфере:

Здесь x, y, z – переменные, описывающие состояние системы; t – время, независимая переменная; σ, ρ, β – числовые параметры. Каждому состоянию системы для определенного набора параметров σ, ρ, β соответствует набор значений (x, y, z) – точка в трехмерном пространстве. Изменение системы будет описываться трехмерной кривой, известной как аттрактор Лоренца (рис. 1.19). Аттрактор Лоренца наглядно демонстрирует поведение лоренцевской системы. В течение длительного времени система ведет себя квазипериодическим образом, а затем без видимой причины неожиданно переходит в другое состояние. В реальном мире подобной модели могут соответствовать два различных состояния климата, переход между которыми происходит резко и непредсказуемо.

Рис. 1.19. Так выглядит детерминированный хаос. Аттрактор Лоренца – решение приведенных выше уравнений. Система может существовать в двух состояниях, соответствующих двум спиралям, лежащим в разных плоскостях в трехмерном фазовом пространстве. Переход между состояниями происходит относительно нечасто. По форме аттрактор Лоренца напоминает крылья бабочки

«Порой существуют два разных набора состояний, к которым состояние системы в конечном счете сходится, и возмущения, кажущиеся незначительными, как потеря гвоздя, могут быть достаточными, чтобы направить систему по тому или иному пути» (Lorenz, n. d.).

Открытие Лоренца поставило перед климатологами вопрос о соотношении детерминизма и хаоса в климатической системе. Лоренц построил климатическую модель с 27 переменными и рассчитал изменения средней поверхностной температуры за 400 лет. Расчет показал, что в системе возникали непериодические колебания температуры длительностью в десятилетия и размахом в 2 °С. Результаты моделирования во многом напоминали усредненные глобальные температуры, полученные по результатам измерений (Lorenz, 1991).

В климатической системе мы видим множество проявлений динамического хаоса (рис. 1.20). Колебания могут возникать в ней самопроизвольно, без какого-либо периодически действующего фактора. По-видимому, такова природа колебаний в системе океан – атмосфера с характерными интервалами в несколько лет, среди которых наиболее известный феномен – Эль-Ниньо (Vallis, 1986).

Рис. 1.20. Хаос и Космос. Шторм на Юпитере. Снято космическим аппаратом НАСА «Юнона» 24 октября 2017 г. с расстояния около 10 тыс. км от вершин облаков Юпитера. https://www.nasa.gov/image-feature/jpl/pia21971/jovian-tempest

Анализ климата разных эпох приводит к парадоксальному выводу. При одном и том же количестве приходящей энергии климатическая машина может работать в разных режимах, и эти режимы порой могут быть весьма устойчивы. Классический пример – климат плейстоцена (см. главу 2), в котором чередовались ледниковые эпохи и межледниковья. Общее количество солнечной энергии, поступающей на Землю и в ледниковые эпохи, и в межледниковья, было практически одинаковым. Но энергия по-разному перераспределялась по поверхности планеты в течение года, и климатическая система начинала функционировать по-другому. Можно сказать, что она переходила в другое состояние подобно тому, как в разных квантовых состояниях могут существовать объекты микромира. Если же вернуться к бухгалтерским аналогиям, то разные климатические состояния системы будут соответствовать разному распределению расходов между статьями бюджета. На рис. 1.4 это отразится в толщине стрелок и в цифрах над ними. Небольшие внешние воздействия могут сыграть роль спускового крючка, или триггера, толкающего климатическую систему из одного устойчивого состояния в другое; остальное довершат обратные связи.

1.8. Почему климат меняется

Одни и те же области Земли не остаются постоянно либо влажными, либо сухими, но меняют свои свойства в зависимости от появления и иссякания рек. Поэтому и суша, и моря меняются местами, и земля не остается на все времена землей, а море морем, но там, где была суша, возникает море, а где ныне море, там снова будет земля. Однако эти перемены следует представлять себе происходящими в определенном порядке и через определенные промежутки времени. Начало и причина этих перемен в том, что недра земли созревают и старятся, подобно телам растений и животных^[18].

 

Аристотель. Метеорологика. Гл. 14

Многочисленные факты свидетельствуют о том, что климат Земли меняется во всех временных масштабах – от десятков до миллиардов лет (рис. 1.21). Причины этих изменений могут иметь различную природу. К ним можно отнести факторы астрономические, среди которых важнейшим, хотя и наименее для нас заметным, является эволюция Солнца. Как и все звезды, оно проходит свой жизненный цикл и сейчас находится примерно в его середине. За время существования Земли яркость Солнца выросла примерно на 30 %. Другой космический фактор, влияющий на климат, – изменения параметров орбиты Земли под действием силы тяготения тел Солнечной системы. Именно они определяют долгопериодические (от десятков до сотен тысяч лет) колебания климата. О них уже упоминалось во Введении, и подробнее они будут рассмотрены в главе 2. Катастрофические последствия для климата и для жизни на планете имели столкновения с крупными небесными телами – астероидами и кометами, которые неоднократно происходили в истории Земли. Самое крупное из таких столкновений привело к появлению Луны, другое убило динозавров (см. главу 3). До конца еще не ясен механизм и масштаб влияния на климат изменений солнечной активности. Возможно, именно они определяют изменчивость климата в масштабе столетий (см. главу 4). Вполне вероятно, что на климат влияют изменения потока галактических космических лучей, которые, как предполагают, происходят с периодичностью в сотни миллионов лет при движении Солнечной системы сквозь спиральные рукава Галактики.

Рис. 1.21. Характерное время воздействия внешних факторов на климат. Звездная эволюция Солнца происходит медленно, изменения заметны за время, соизмеримое с периодом существования Солнечной системы. Тектоника плит является определяющим фактором для изменений климата в течение миллионов лет и более. Орбитальные параметры Земли меняются циклически с периодичностью в десятки и сотни тысяч лет. Активность Солнца меняется квазипериодически. Помимо 11-летних циклов можно выделить изменения с периодом около одного и двух веков, а также более длительный цикл с периодом около 2000–2500 лет (Usoskin, 2005). Влияние крупных извержений вулканов на климатическую систему может продолжаться несколько лет

В другую группу можно выделить факторы тектонические: дрейф континентов и вертикальные движения земной коры (см. главу 3). Эти процессы постепенно меняют облик планеты: соотношение площадей суши и океана, расположение и размеры континентов, ледников, хребтов и проливов, а значит, и циркуляцию атмосферы и океана. Дегазация недр изменяет состав атмосферы, что неизбежно сказывается на ее температуре. Извержения крупных вулканов приводят к похолоданию за счет выброса аэрозолей, поглощающих и отражающих солнечный свет. Последствия их, как правило, ощущаются в течение нескольких лет. Иногда излияния магмы продолжались миллионы лет и более и могли приводить к длительным изменениям климата.

Тектонические факторы могут зависеть от астрономических. Наиболее наглядным примером здесь служит не Земля, а спутник Юпитера Ио. Это самое вулканически активное небесное тело в Солнечной системе. Недра Ио получают энергию за счет приливных сил – разности в силе притяжения на ближней и дальней от Юпитера сторонах. Чудовищная гравитация деформирует Ио, разогревая ее, подобно тому, как греется кусок пластилина, если его размять руками. На Земле приливные силы практически не влияют на тектоническую активность, но опосредованное влияние астрономических факторов на внутреннюю жизнь Земли более чем вероятно. Уже упоминавшиеся изменения орбитальных параметров управляют ростом ледников и уровнем океана. А значит, синхронно меняется давление на верхний слой мантии, что может влиять на количество магмы, извергающейся в районах срединно-океанических хребтов (Tolstoy, 2015; Crowley et al., 2015; Lund, Asimow, 2011). Есть и более экзотическая гипотеза, что космические лучи провоцируют взрывные извержения вулканов. Ионизация вызывает вскипание перегретой магмы (Ebisuzaki et al., 2011) подобно тому, как заряженные частицы оставляют след в пузырьковой камере^[19].

Жизнь на Земле существует, по-видимому, не меньше 3,7 млрд лет. Все это время живые организмы адаптировались к меняющейся внешней среде и в то же время на нее активно воздействовали. Таким образом, историю планеты можно представить как коэволюцию – одновременный процесс трансформации жизни и окружающей среды. В этом контексте надо рассматривать и принципиальные эволюционные изменения (появление фотосинтеза, многоклеточной жизни, «выход» растений на сушу), и массовые вымирания.

Один из частных вопросов, неизбежно возникающих при этом, – влияние живых организмов на климат. Биота традиционно рассматривается как одна из составляющих климатической системы, связанных с другими компонентами многочисленными обратными связями. Однако на длительных временных интервалах эволюцию живых организмов можно рассматривать как независимый фактор, влияющий на климат планеты. Из относительно недавних примеров можно вспомнить появление в результате эволюции растений нового, более эффективного пути фотосинтеза, позволяющего растениям более продуктивно использовать воду и питательные вещества. Этот вид фотосинтеза – C₄-фотосинтез – появился в олигоцене, 35–24 млн лет назад, когда климат стал суше и содержание углекислого газа в атмосфере уменьшилось. Эволюционное преимущество позволило C₄-растениям освоить недоступные другим видам территории, которые иначе превратились бы в пустыни (Sage, 2004). Однако наиболее значительные изменения природной среды под воздействием живых организмов происходили на ранних этапах истории Земли, и реализовывались они через перестройку биогеохимических циклов.

Углерод – основа всего живого. Но в то же время соединения, содержащие углерод (углекислый газ и метан), – парниковые газы, и они являются важнейшим фактором, регулирующим климат (см. главу 2). Совокупность биологически обусловленных процессов – фотосинтеза, дыхания, захоронения органического углерода, осаждения карбонатов – формирует биогеохимический цикл углерода и тем самым контролирует климат планеты. Эти процессы по-разному протекали в разные периоды развития Земли. Эволюция жизни на планете неизбежно означает изменение ее климата. Самой радикальной перестройкой биогеохимических циклов за всю историю Земли стал переход от бескислородных к кислородным условиям. Кислород в атмосфере появился около 2,3 млрд лет назад благодаря фотосинтезирующим цианобактериям. Сам по себе кислородный фотосинтез, по-видимому, возник раньше, время появления его не установлено даже приблизительно. Но поначалу весь образующийся кислород расходовался на окисление восстановительной среды и лишь после этого стал накапливаться в атмосфере. Это событие получило название Великой кислородной революции. Оно стало самым серьезным на планете за всю историю ее существования и имело прямые климатические последствия – на триста миллионов лет Земля покрылась ледяным панцирем (так называемая Земля-снежок; подробнее см. главу 3).

С недавнего времени появился и еще один фактор, влияющий на климат, – хозяйственная деятельность человека. Она приводит к росту содержания углекислого газа и других парниковых газов в атмосфере (см. главу 5) и, как следствие, к потеплению. Антропогенное преобразование ландшафтов и вмешательство в круговорот воды также существенно влияет на климат.