Кліматична система

                                      Теоретична частина

1.1 Параметри кліматичної системи

           Кліматична  система Землі охоплює атмосферу, океан, сушу, кріосферу (лід і сніг) і біосферу. Ця комплексна система описується рядом параметрів, частина з них очевидна: температура, атмосферні опади, вологість повітря і ґрунтів, стан сніжного і льодового покриву, рівень моря. Також кліматична система описується і більш складними характеристиками: динамікою великомасштабної циркуляції атмосфери й океану, частотою і силою екстремальних метеорологічних явищ, границями середовища існування рослин і тварин. Часто при малій мінливості “простих” параметрів відбуваються значні зміни “складних”, що в основному й означає зміну клімату.

           Атмосфера та гідросфера мають також різну теплоємність та теплопровідність. Питома теплоємність води наближено в 4 рази більша, ніж теплоємність повітря. Теплопровідність води наближено в 20 разів більша. Тому вода світового океану є добрим акумулятором сонячної енергії протягом літа. Це тепло поступово протягом зими надходить в атмосферу. Просторові та часові зміни параметрів атмосфери значно більші, ніж гідросфери. Атмосфера – найрухливіше середовище. Швидкість вітру біля земної поверхні становить кілька метрів за секунду, а у вільній атмосфері – кілька десятків метрів за секунду. Середня ж швидкість океанічних течій близько 3,5 см/с. Отже, швидкість перемішування повітря на два порядки більша, ніж води. Але у порівнянні з іншими ланками кліматичної системи гідросферу слід вважати дуже рухливою. Тим більше, що в океанах відкрито вихори подібні до атмосферних циклонів та антициклонів, вихороподібні кільцеві структури (“ринги„) з діаметром до 100 км, які мають водні маси з іншими властивостями. Виявлені також глибинні течії.           

 Кріосфера включає морську  кригу та кригу льодовиків  на суходолі, а також сніговий  покрив. Об’єм криги земної кулі  становить 24?106 км3. За дослідженнями із космосу крига та сніг займають близько 10% поверхні Землі тобто 59?106 км2, у тому числі крига материків займає 16?106 км2. 90% площі цієї криги припадає на Антарктиду, 8% − на Арктику та 2% − на гірські райони суходолу.          

 Морська крига займає 26?106 км2, але залежно від сезону площа морської криги дуже змінюється. Так, в Арктиці влітку морська крига займає 8?106 км2, а зимою ця площа збільшується до 18?106 км2. Навколо Антарктиди влітку крига займає близько 2?106 км2, а взимку площа збільшується майже в 10 разів. Протягом року значно змінюються і межі розповсюдження криги. Зимою в окремі роки в атлантичних та індійських водах південної півкулі морська крига може розповсюджуватись до 60-550 пд. ш.          

 Великі площі займає також  сніговий покрив – близько 17?106 км2. Найбільші його площі спостерігаються у північній півкулі у лютому. Тут він поширюється на значній частині Євразії та Північної Америки. Південна межа снігового покриву постійно змінюється у великих межах.          

 Літосфера в кліматичній  системі є найконсервативнішим  компонентом. Основні фізичні характеристики  її поверхневого або діяльного шару змінюються порівняно мало під впливом ґрунтотворних процесів, вітрової та водної ерозії, висушування та зміни лісистості тощо. Деякі властивості поверхні суходолу інколи змінюються досить швидко. Так, альбедо та теплопровідність ґрунту суттєво змінюється при зволоженні та при обробці ґрунту для сільськогосподарського виробництва.          

 Властивості біосфери визначаються  переважно рослинністю. Умови засвоєння  сонячної радіації, тепло- та вологообмін  з атмосферою, поверхневий стік, і відповідно вологообмін суходолу з океаном, визначають площі рослин, їх види, періоди вегетації. В умовах сільськогосподарського виробництва межі рослинного покриву безперервно змінюються. Крім того, вони змінюються в результаті вирубування лісів, особливо у тропічних широтах. До цього ж призводить випасання худоби, особливо в посушливих районах, що призводить  до збільшення площ пустель, особливо помітно в Африці, де південна межа Сахари невпинно поширюється далі до екватора.           

 Компоненти кліматичної системи постійно взаємодіють, вони мають складні прямі та зворотні нелінійні зв’язки  і обумовлюють одна одну. Прикладів такої складної взаємодії багато. Так, незважаючи на порівняно малу масу атмосфери, обмін кількістю руху її з океаном викликає більшу частину руху води Світового океану. Через океанічні течії відбувається міжширотний обмін теплом в океані, тобто з тропічних широт у високі переноситься велика маса теплої води. В холодну частину року тепло з водної поверхні переноситься в атмосферу. Отже, океан відіграє значну роль у формуванні особливостей поля температури в атмосфері і через це особливостей її циркуляції. Циркуляція атмосфери у свою чергу є механізмом для обміну теплом, вологою і кількістю руху між океаном і суходолом, між атмосферою і суходолом. Обмін вологою безпосередньо між суходолом та океаном відбувається через стік річок і льодовиків.

1.2 Фактори , що зумовлюють формування клімату.

Існує три основних кліматотворних фактора, а крім них- ще додаткові фактори, які можуть впливати на клімат. Але основні чинники визначають клімат будь-якої точки земної кулі.

Основні фактори клімату 
До основних факторів клімату відносять рельєф місцевості, сонячну радіацію і циркуляцію атмосфери. Рельєф місцевості якісно змінює вплив інших факторів на клімат.

Це пов’язано з тим, що у гірських хребтів і підняттів специфічний температурний режим, а також режим опадів. Схили і хребти можуть відображати значну кількість сонячної енергії і за рахунок цього створюються величезні затінені гірські райони.

Існують високі гірські вершини, які повністю покриті сніжниками і льодами, незалежно від пори року. Також гори виступають в ролі перешкод для руху повітряних фронтів і мас, і з цієї причини найчастіше стають кордонами кліматичних областей.

На поверхні нашої планети є багато районів, де випадання опадів дуже часте і велике, а є області, де опадів дуже мало. Наприклад, Центральна Азія вважається сухий областю, так як по окраїнах цього регіону підносяться гірські системи.

Сонячна радіація 
Це фактор, який визначає надходження сонячної енергії на різні поверхні землі. Географічна широта обумовлює кількість тепла. Це вкрай важливий фактор, оскільки саме завдяки певній кількості тепла функціонує майже всі життєві процеси на планеті.

І інші показники клімату безпосередньо залежать від сонячної радіації- це хмарність та тиск, циркуляція атмосфери і опади.

Циркуляція атмосфери 
Як фактор освіти клімату, циркуляція атмосфери зумовлює рух повітряних мас по земній поверхні і по вертикалі. І межшіротний обмін повітря здійснюється саме завдяки цьому процесу. Маси повітря переносять хмари, які в свою чергу визначають опади.

Вони перерозподіляють тиск, вологість і температуру повітря і утворюють потоки вітру. Умови клімату міняються із зміною висоти, виразно це відчувається в горах- із збільшенням висоти температура знижується, убуває вологість, зростає кількість опадів і падає атмосферний тиск.

Ці зміни дозволяють виділяти кліматичні пояси для гір. Рівнинні поверхні суші і поверхня Світового океану не робить істотного впливу і прямого впливу на основні кліматоутворюючі фактори. Вони не спотворюють руху повітряних мас, їх швидкість і напрямки.

Кліматоутворюючі фактори в різних регіонах 
Є чинники, що впливають на вид клімату, які притаманні тільки певним регіонам планети. Наприклад, віддаленість тієї чи іншої території від морів і океанів, загальний розподіл моря і суші.

Є відмінність між морськими повітряними масами, яка є континентальними, залежно від того, наскільки вглиб материків вони просуваються. Від цього залежить і кількість опадів.

Виділяють ще два підтипи кліматів- континентальний і морський, так як клімат змінюється залежно від наближеності території до моря.

1.3  Зв'язок між компонентами кліматичної системи.

         Глобальні кліматичні, біологічні, геологічні і хімічні процеси і природні екосистеми тісно пов'язані між собою. Зміни в одному з процесів можуть позначитися на інші, причому вторинні ефекти можуть по силі перевершувати первинні. Позитивні для життя людини зміни в одній зі сфер можуть перекриватися викликаними ними вторинними змінами, згубними для життя людей, тварин і рослин. Гази й аерозольні частки, що людство викидає в атмосферу з початку промислової революції, змінюють не тільки склад атмосфери, але й енергетичний баланс. Це, у свою чергу, впливає на взаємодію між атмосферою й океаном – головним генератором екстремальних погодних явищ. Океан займає велику частину планети і саме течії і циркуляція вод визначають клімат багатьох густонаселених регіонів світу. Потенційно дуже небезпечна зміна циркуляції океанських вод, наприклад, Гольфстріму, під дією глобальної зміни клімату.

1.4 Механізми зворотного зв'язку. 

       До кліматичної системи входить ряд зворотних реакцій, які змінюють відповідь системи в залежності від змін у зовнішніх чинниках. Позитивні зворотні реакції посилюють відповідь кліматичної системи на внутрішні чинники, у той час, як негативні зворотні реакції послаблюють відповідь кліматичної системи на внутрішні чинники.

       Існує цілий  ряд зворотних реакцій кліматичної  системи, такі як: водяна пара, зміна льодового альбедо (сніговий та льодовий покрив впливає на здатність Земної поверхні поглинати або відбивати сонячне світло), хмари, та зміни у вуглецевому циклі Землі (наприклад, вивільнення вуглецю з ґрунту). Головною негативною зворотною реакцією є енергія, яка випромінюється Земною поверхнею у космос у вигляді інфрачервоного випромінювання. За законом Стефана-Больцмана, якщо температура подвоюється, то випромінювання енергії зростає на коефіцієнт 16 (від 2 до 4-й потужності).

        Зворотні реакції  відіграють важливу роль у  визначенні чутливості кліматичної системи до збільшення концентрації парникових газів в атмосфері. За інших рівних умов, більш висока чутливість клімату означає, що при даному збільшенні чинників утворення парникових газів відбуватиметься ще більше потепління. Невизначеність зворотних реакцій є однією з основних причин, чому різні кліматичні моделі прогнозують різні темпи потепління за даних чинників. Для кліматичних прогнозів необхідні додаткові дослідження, щоб зрозуміти роль хмар та вуглецевого циклу.  Між компонентами кліматичної системи часто мається зворотний зв'язок, - посилення вторинного ефекту викликає і посилення первинного і т.д. У цьому випадку зміни наростають з усе більшою швидкістю. Наприклад, скорочення сніжного покриву через підвищення температури зменшує альбедо - відбивання сонячної радіації назад в атмосферу - і підвищує кількість енергії поглиненою Землею, а це, у свою чергу, підвищує температуру і веде до ще більш активного танення снігу і льодів. Це приклад позитивного зворотного зв'язку. У кліматичній системі маються і негативні зворотні зв'язки. Наприклад, посилення хмарності, викликане більш інтенсивним випаром при великих температурах, зменшує інтенсивність сонячної радіації, і, у кінцевому рахунку, знижує температуру в поверхні землі.

1.5 Кліматичні моделі.

Кліматична модель являє собою комп'ютерну реконструкцію п'яти складових кліматичної системи: атмосфери, гідросфери, кріосфери, суші та біосфери. Такі моделі проектуються за допомогою наукових дисциплін, таких як гідродинаміка, термодинаміка, а також на основі фізичних процесів, як перенесення випромінювання. В моделях враховуються різні компоненти, такі як: місцевий рух повітря, температура, хмари та інші атмосферні властивості; температура океану, вміст солі, течії; льодовий покрив суші й моря; переміщення тепла та вологи з ґрунту і рослин в атмосферу; хімічні та біологічні процеси; сонячна активність та інше.

І хоча дослідники намагаються включити якомога більше процесів, спрощення даної моделі кліматичної системи неминуче внаслідок обмеження наявної обчислювальної потужності та знань про кліматичну систему. Результати моделювання також можуть варіювати в залежності від даних щодо кількості парникових газів та кліматичної чутливості моделі. Наприклад, невизначеність в прогнозах  МГЕЗК 2007 року обумовлена ​​використанням декількох моделей з різною чутливістю до концентрації парникових газів;  використанням різних припущень щодо кількості викидів парникових газів через людську діяльність у майбутньому; будь-якими додатковими викидами спричиненими кліматичними зворотними реакціями, які не були включені в моделі МГЕЗК, наприклад вивільнення парникових газів з вічної мерзлоти.

В моделях не передбачається потепління клімату внаслідок збільшення концентрації парникових газів. Натомість в моделях передбачається яким чином парникові гази будуть взаємодіяти з переміщенням випромінювання та іншими фізичними процесами. Одним з математичних результатів цих складних рівнянь є передбачення того, що буде відбуватися: потепління або охолодження.

Останні дослідження акцентують увагу на необхідності доопрацювання моделей, які б враховували хмари та вуглецевий цикл.

Також моделювання використовується для вивчення причин останніх змін клімату, порівнюючи спостережувані зміни зі змінами, які прогнозуються в моделях враховуючи різні чинники, як природні, так і антропогенні. І хоча, моделі неоднозначно визначають причини потепління 1910–1945 рр., яке могло відбуватися або внаслідок природніх коливань, або через людську діяльність, вони досить впевнено вказують на те, що потепління починаючи з 1970 р. спричинено викидами парникових газів в більшості випадків внаслідок діяльності людини.

Фізична реалістичність моделей перевіряється шляхом вивчення їх здатності імітувати сучасний або клімат у минулому. За допомогою кліматичних моделей досить зручно спостерігати за змінами глобальної температури протягом останнього століття, але вони не відтворюють усі аспекти клімату. Не всі наслідки глобального потепління точно передбачені в кліматичних моделях МГЕЗК. Спостережуване зменшення льодового покрову в Арктиці відбувається швидше, ніж прогнозувалося. Кількість опадів зросла пропорційно вологості повітря, і, отже, значно швидше, ніж пророкують глобальні кліматичні моделі.

Прогнози МГЕЗК охоплюють діапазон ймовірностей (згідно експертних думок, понад 66% ймовірності) для обраних сценаріїв викидів. Однак прогнози МГЕЗК не враховують увесь діапазон невизначеності. Нижня межа, здається, краще визначена, ніж верхня межа діапазону ймовірностей.

1.6 Еволюція глобального клімату. 

        Розглянемо цікаву проблему про причини кліматичних змін на нашій планеті. Описані в даному огляді еволюційні етапи зміни хімічного та фізичного складу атмосфери дають можливість передбачити в загальних рисах еволюцію клімату Землі . Клімат визначається станом нижніх шарів атмосфери , де відбуваються метеорологічні процеси : вітер, дощ і снігопад , спека і холод , туман і так далі.

Багато вчених роблять спроби передбачити глобальні зміни клімату Землі на тисячоліття вперед , використовуючи для цього дані 200-300 річної давності. Їх прогнози є повністю помилковими , тому що динаміку зміни клімату Землі на такій короткій ділянці часу не можна виявити . Найправдивіший прогноз зміни клімату Землі випливає з аналізу змін протягом усього її існування , тобто - протягом 5 мільярдів років!

Головна причина зміни клімату Землі складається в динамічній зміні теплового режиму на поверхні планети. Існують два генератора тепла , що нагрівають поверхневий шар літосфери і атмосфери Землі. Зовнішнім джерелом є Сонце , сонячне випромінювання , а внутрішнім - радіоактивний розпад елементів в надрах планети. Тепловий режим на поверхні планети змінюється і залежно від сезону , часу доби , від прозорості атмосфери для сонячних променів , теплоємності різних ландшафтів ( континентів і океанів , гір і рівнин , лісів і піщаних пустель ) . Вітер - це швидке переміщення повітряних мас. Вітер зароджується з причини різниці розігріву окремих територій планети і завдяки швидкому обертанню Землі навколо своєї осі. Дощі і снігопади виникають внаслідок випаровування води з поверхні океанів , морів і річок , що також відбувається під дією сонячного тепла.

Отже, щоб точно прогнозувати клімат на планеті , треба вивчити еволюційні зміни глобальних джерел тепла.

За час існування Землі ( в минулому і в майбутньому) можна виділити три періоди глобальних кліматичних змін.

1 ) Клімат Землі в минулому. Стадія  формування клімату завдяки внутрішній теплоті планети. Всі планети Сонячної системи , в тому числі і Земля , протягом 4 мільярдів років мала не прозору , щільну і товсту атмосферу. Наприклад , 3 мільярди років тому вплив сонячних теплових променів на поверхню планети було мінімальним за щільної і непроникною атмосфери Землі. Основним джерелом тепла було радіоактивне тепло надр. У період 0,5-4,5 мільярдів років тому клімат на всій поверхні Землі був субтропічний. Температура грунту досягала 30 º - 50 º С. У цей час відбувався активний процес випаровування води в атмосферу. Зливові дощі і грози відрізнялися великою інтенсивністю. На горах і на полюсах не було снігу і льоду. Не існувало температурної різниці між літом і зимою , між нічний і денний половинами доби. Сонячна енергія давала в сумі тепла в сотні разів менше , ніж величина власного , радіоактивного тепла планети.

2 ) Що зараз робить вплив на  клімат Землі ? Сонячна стадія  формування клімату. Літосфера Землі  поступово остигає. У наш час  теплота на поверхні планети  в основному підтримується за рахунок сонячного тепла. Щорічно радіоактивні надра Землі виділяють на поверхню теплову енергію в кількості 1,9 · 1027 ерг , а від Сонця приходить теплова енергія 1,5 · 1031 ерг , що майже в 8000 разів вище. Але потік сонячного випромінювання ( тепла) також зменшується на 0015 % на рік.

Сонячна стадія формування клімату має багато закономірностей і правил. У цей період виникли сезонні (річні) коливання температур , добові коливання і так далі. Цікаво , що 500 мільйонів років тому на планеті не існувало сезонів року. Не існувало ні літа , ні осені , ні весни , ні зими . Не було дощових сезонів року і посушливих . Дощі кожні 2-3 діб випадали і в Антарктиді , і в Африці. Вночі було тепло , як удень. Приблизно 100 мільйонів років тому річне коливання температури становило 3 ° , а добове 0,5 °. Близько 3 мільйони років тому річне коливання температури становило вже 20 ° , добове 10 ° С. Зараз денна та нічна температури можуть відрізнятися на 20 °. Зима і літо в Якутії мають різницю температур в 100 ° , так як взимку температура сягає мінус 60 ° , а влітку - плюс 40 ° за Цельсієм.

Отже , у міру охолодження атмосфери і поверхні Землі посилюються добові і річні температурні контрасти , виникають сухі і дощові сезони року.

Охолодження всієї поверхні Землі одночасно може мати місце тільки тоді її еволюції , коли планета ще має досить протяжної і масивної атмосферою. Коли майже зникає атмосфера , виникає температурний контраст - виникає сильне нагрівання планети з денного боку і сильне охолодження з нічного боку . Саме такий період геологічного розвитку почався на Землі 70 мільйонів років тому і триває досі . Весь цей час відбувається процес нерівномірного планетарного охолодження на денний і нічний боці планети .

        Кліматична система може реагувати на зміни зовнішніх чинників. Зовнішні чинники можуть «спрямувати» клімат до потепління або охолодження. До зовнішніх чинників відносяться, наприклад, зміни складу атмосфери (збільшення концентрації парникових газів), сонячна світність, виверження вулканів, та коливання орбіти Землі навколо Сонця.Орбітальні цикли змінюються повільно протягом десятків тисяч років, та на даний час підпорядковані загальній тенденції охолодження, яка б, у свою чергу, призвела до Льодовикового періоду, але, як свідчить апаратне вимірювання температурних показників у 20 столітті, навпаки маємо стрімке підвищення глобальної температури.

Для визначення ролі сонця в останній зміні клімату використали кліматичне моделювання. Якщо враховувати тільки коливання сонячної радіації та вулканічну активність, то моделі не відтворюють швидкого потепління, яке спостерігається в останні десятиліття. Однак моделі  відтворюють зміни в температурі, що спостерігались в 20 столітті, при врахуванні усіх найбільш вагомих зовнішніх чинників, включаючи антропогенну дію та природні чинники.

Інший доказ того, що не сонце є причиною недавньої зміни клімату, полягає у спостереженнях за змінами температури на різних рівнях атмосфери Землі. Моделювання та спостереження показують, що потепління через парниковий ефект спричинило потепління нижніх шарів атмосфери (тропосфери), але відбулося охолодження верхніх шарів атмосфери (стратосфери). Виснаження озонового шару внаслідок застосування хімічних холодоагентів також призвело до потужного охолоджуючого ефекту в стратосфері. Якщо б це сонце було причиною даного потепління, то ми б мали потепління, як в тропосфері, так і в стратосфері.

1.7 Клімат минулого. 

      1.7.1Клімат Землі на ранній стадії її формування

Геологічні дані показують, що зміни клімату в минулому Землі були дуже глибокими. Це легко зрозуміти, так як ці зміни охоплювали сотні мільйонів років. Протягом цього часу докорінно змінювалось положення на Землі: розміщення суходолу і моря, орфографія, розподілення океанічних течій, вулканічна діяльність, склад атмосфери тощо. З іншого боку могли змінюватись і космічні впливи на Землю. Розглядаючи органічні і неорганічні викопні рештки як ознаки кліматів минулого, виходять з положення, що в минулому існувала така ж залежність флори і фауни, вивітрювання і ґрунтоутворення та ін. від клімату, які існують і тепер.Відносно кліматів на ранній стадії формування Землі, особливо архейської ери, чітких уявлень немає, бо появлялись вони в умовах більш щільної атмосфери, яка вміщувала багато парів води, СО2, Н3СН4, позбавленої кисню, і при майже повній відсутності кисню. Шари докембрію вивчені в окремих місцях. Знайдені рештки організмів віком 3,8 млрд. років. Вапнякові утворення синьо-зелених водоростей, за залягають пластами на дні морському, утворились на мілководді тодішніх морів і створювали рифи.Наявні також перші червоноколірні товщі зола листів, стрічкоподібні мергелі з річного і сезонного шаруватіста органічних решток мало через сильну метаморфізацію порід, а також в результаті слабкого розвитку органічного життя знайдені також морено подібні відклади (тиліти).Але це є свідченням того, що довготривалі та істотні зміни в залежній атмосфері завершились різким посиленням ролі сонячної радіації у всіх земних процесах. З’явилась неоднорідність у всьому географічному розподілу кліматичних умов – поєднання жарки і відносно прохолодних, вологих і посушливих областей. Бо виявлення, наприклад, значних і потужних товщ морських відкладів і коралових рифів в середніх широтах свідчить про існування більш теплого клімату, що існував у цих широтах в давню епоху розвитку Землі, яка охоплює 6/7 геологічної історії.

1.7.2 Зародження зональності клімату в кембрії

З викопних свідоцтв клімату цього періоду найбільш широко представлені морські відклади нижнього кембрію, що відповідають періоду великих морських трансгресій, коли більша частина сучасних матеріалів була вкрита теплими морями з багатою фауною. На основі фаціального аналізу припускають, що для морів Сибіру в ранньому кембрії, наприклад, температура води не опускалася нижче +25°С. В середньому ж кембрії спостерігались значні скорочення морських басейнів, що продовжувалось і на початку пізнього кембрію. Очевидно, що в середньому і пізньому кембрії відбувалась більш суттєва, ніж в ранньому кембрії кліматична диференціація, що призвела до утворення біогеографічних пропозицій. Клімат пізнього палеозою був ізотермічним. Широтна зональність з тропічними і кореальними (південними і північними) областями тільки почала позначатись. Широке розповсюдження вапняків і доломітів, червоноколірні пісковики і сланці, а також поклади кам’яної солі та гіпсів є цінними індикаторами того, що кембрійському періоду притаманна сукупність теплих і вологих, а також жарких і посушливих кліматичних областей. На клімат цього періоду також припадають одні з головних аридних фаз.

1.7.3 Клімат фанерозою

Клімат цього періоду характеризуються широкою різноманітністю, що є наслідком їх докорінних змін. Коливання кліматів палеозойської ери відбувались на фоні значно високих температур повітря аж до кам’яновугільного періоду. Як вже зазначалося вище клімат кембрію поєднував у собі чергування теплих і вологих та жарких і посушливих кліматичних областей. В ордовіцькому періоді клімат продовжував залишатись жарким з невеличкими термічними відмінностями і значними контрастами зволоження, викопними свідченнями що є значні товщі вапняків і доломітів, а також залишки теплолюбивої фауни і морських водоростей. В силурійський період великі площі займали теплі вологі області, але разом з цим існували райони з аридним кліматом. Сприятливі для життя кліматичні умови були причиною широкого розповсюдження і різноманіття тваринного і рослинного світу. Різке посилення континентальності і посушливості клімату на великих материках відбулося після каледонсього орогенезу на стику силура і девона. Аридізації піддалися значні простори землі. На кінець девону клімат пом’якшав, посилились риси океанічності. Різноманіття кліматичних умов на початку періоду поступово завершилось вирівнюванням контрастів клімату у верхньодевонський час. Все це супроводжувалося значними коливаннями зволоження і відбувалося на фоні різкого збільшення площі суходолу в першій і океанічності в другій половині девона. З викопних залишків, що підтверджують знайдені поклади солі і гіпсів, пісковиків і вапняків, доломітів і відомі промислові поклади кам’яного вугілля (Китай, Шпіцберген) з залишками теплолюбивої флори і рослинності помірного поясу. Разом з цим присутні валунні льодовикові відклади. Термічні контрасти кам’яновугільного періоду незначні: вологі і теплі області займали великі площі земної кулі. Між ними – вузька, локалізована посушлива зона. На кінець цього періоду значна частина суходолу була охоплена зледенінням. Відомі найбільші поклади кам’яного вугілля цього періоду з багаточисельними рештками рослинності різного видового і морфологічного складу. Місцями добре виражена сезонність наслойень (річні кільця росту утворення великих гірських систем (герцинський орогенез) та різке збільшення площі суходолу пермського періоду, супроводжувалось загальним посиленням аридності клімату. Разом з цим простежуються багаточисельні ознаки зональності клімату, подібної попередньому періоду. 30 км зорієнтовані з північного заходу на південний схід (в північній півкулі). Зміни клімату мезозойської ери були також пов’язані головним чином з коливаннями вологості і проявлялись в чергуванні аридних і гумідних фаз. Головні аридні фази припадають на тріас, пізню юру – ранню крейду, кінець крейди – першу половину палеогену, навіть середній міоцил кайнозойської ери. Великими ж гумідними фазами мезозою була ранньоюрська. Все це супроводжувалося розширенням зони помірного клімату, але до полярних областей, про що свідчать знайдені органічні рештки велетенських плазунів. Атмосфера Землі з кожною геологічною епохою змінювала свій склад – зменшувався вміст водяної пари і СО2, збільшувалась відносна роль кисню. У зв’язку з цим змінювався її "парниковий ефект", посилювались термічні контрасти між полюсами і екватором, що сприяло розвитку між широтної циркуляції атмосфери. В ранньому палеоліті кайнозойської ери переважає теплий і вологий клімат з північною межею субтропіків до 55-60° пн. ш. З другої половини олігоцену наступає прогресивне похолодання з різким поширенням континентальності клімату, що охопило високі широти обох півкуль з найбільшим проявом в приполярних областях, де склалися спочатку помірний, а потім арктичний типи кліматів, з перебігом часу посилювалась сезонність клімату, скорочувалась загальна кількість атмосферних опадів. В анторопогені похолодання посилилось. Неодноразові коливання темперу три і вологості призвели до чергування льодовикових і міжльодовикових епох в високих широтах і пмовіальних і ксеротермічних кліматів в низьких широтах. В голоцені відбувається від ступання льодовиків з помірних широт в полярні. Спостерігається загальне потепління клімату помірних і високих широт при значних коливаннях температури і зволоження. Та в цілому голоцен – холодний період в історії Землі. З другої ж половини ХІХ століття намітився новий, досить крутий поворот в кліматичних умов – почалось сучасне потепління клімату.

    Отже, в далекому минулому на різних ділянках земної кулі холодні клімати змінювалися жаркими, сухі – вологими внаслідок впливу різноманітних факторів. І ці зміни клімату мають місце і в історичний час, аж до сьогодення.

 1.8 Зміни у кліматичній системі.

1.8.1 Фактори, що впливають на зміну клімату. Дані спостережень, на додаток до коливань, що відбувалися в минулому, і зміни у кліматі Землі, свідчать також про зміни, що відбувалися у факторах, які можуть викликати зміну клімату. Найбільш значимими серед цих факторів є збільшення концентрацій парникових газів і аерозолів (що знаходяться в повітрі мікроскопічних часток і точок) в атмосфері і коливання сонячної активності, обоє з яких можуть змінити радіаційний баланс Землі і, відповідно, клімат. Ці зареєстровані дані спостережень про фактори, що впливають на клімат, є частиною внеску, необхідного для розуміння змін клімату в минулому, що відзначено в попередньому розділі, і, що дуже важливо, для прогнозування тих змін, що можуть відбутися в кліматі в майбутньому. Як і дані про зміни клімату в минулому, комплекти даних про фактори, що впливають, мають різну тривалість і якість. Прямі виміри сонячного випромінювання проводяться протягом лише приблизно двох десятиліть. Постійний прямий моніторинг концентрацій двоокису вуглецю в атмосфері був розпочатий приблизно в середині ХХ сторіччя, а у відношенні інших добре перемішаних газів, таких, як метан, лише в останні роки. Палеодані про атмосферу, отримані при дослідженні кернів льоду, свідчать про те, що в більш ранні тисячоріччя концентрації деяких парникових газів змінювалися. На противагу цьому, тимчасові ряди даних вимірювань речовин, що впливають, для яких характерні порівняно більш короткі періоди збереження в атмосфері (наприклад аерозолі), отримані в більш пізній час і є менш повними, оскільки ці речовини сутужніше вимірювати і просторово вони неоднорідні. Комплекти сучасних даних свідчать про те, що протягом останньої частини минулого тисячоріччя діяльність людини впливала на концентрацію в атмосфері парникових газів (які довго зберігаються), так і на недовго існуючих речовин, що впливають. Зміна в енергії, що існує в глобальній системі «Земля-атмосфера», унаслідок змін у цих факторах, що впливають, називається радіаційним впливом кліматичної системи. Визначений в такий спосіб радіаційний вплив зміни клімату являє собою показник відносних глобальних середніх впливів на систему «поверхня-тропосфера», викликаних різними природними й антропогенними причинами.