Признавая, таким образом, исключительно важную роль вулканического аэрозоля в формировании климата, тем не менее объяснять изменения климата в прошлом лишь влиянием этого фактора было бы неверно.
Следующий климатообразующий фактор естественный цикл CO2 и некоторых малых компонентов, обладающих тепличным эффектом (водяной пар, хлорные соединения и др.). В настоящее время в атмосфере Земли содержится 0,033% CO2, что соответствует примерно 23502570 млрд. т, а в океане в 50 раз больше. Между атмосферой и океаном, атмосферой и биосферой непрерывно происходит обмен CO2. В современную эпоху на фотосинтез растений расходуется из атмосферы около 100 млрд. т CO2 в год и столько же примерно его выделяется в атмосферу в процессе дыхания живых организмов. Поступление CO2 из недр Земли за счет вулканизма составляет, по-видимому, в среднем немногим более 0,1 млрд. т/год, что на 1,52 порядка меньше антропогенного поступления CO2 в атмосферу. В самой литосфере содержится около 2·108 млрд. т углерода, основная часть которого связана в карбонатных породах.
Скорость обмена CO2 в естественном цикле составляет в системе атмосфераземная биосфера около 20 лет, а в системе земная биосфераатмосфера около 2040 лет. Соответственно в системе атмосфераокеан и океан-атмосфера полный период обмена около 5 лет.
Характерной особенностью обмена CO2 между океаном и атмосферой является зависимость этого обмена от температуры воды. В результате в высоких широтах поток CO2 направлен из атмосферы в океан, а в низких из океана в атмосферу. По различным оценкам изменение температуры в деятельном слое океана толщиной 50 м на 1°С вызывает изменение концентрации CO2 в атмосфере на 0,4% или даже больше.
В истории Земли были периоды, когда содержание CO2 было существенно больше, чем теперь. Так, по некоторым данным, около 250 млн. лет назад концентрация CO2 составляла 7,5%, в фанерозое (570 млн. лет назад) не более 0,3%. Предполагают, что около 1 млн. лет назад в отдельный период концентрация CO2 была в 2 раза выше современной. Что касается нынешней эпохи, то большинство исследователей сходятся в том, что сейчас содержание CO2 в атмосфере невелико.
Такова в общих чертах роль геофизических факторов естественного происхождения в формировании климата.
При анализе уравнения баланса термодинамической энергии мы отмечали, что циркуляционный механизм (Eцирк) характеризует перераспределение энергии на сфере как в горизонтальной плоскости, так и по вертикали. Этот механизм может вызвать весьма существенные климатические аномалии определенного вида в одних районах и совершенно иные в других. При этом суммарная для сферы термодинамическая энергия может и не меняться.
Обратимся теперь к
некоторым фактическим данным, иллюстрирующим роль циркуляционных факторов в изменении климата. Как уже упоминалось, зима 1657/58 г. была одной из самых холодных в районе ШвецияДания. Средняя температура составляла около 1°С, хотя в обычные годы она была на 4° выше. Холодные зимы в этом регионе наблюдались в 1739/40, 1762/63, 1783/84, 1788/89, 1794/95, 1798/99, 1822/23, 1829/30, 1837/38, 1890/91, 1928/29 и 1941/42 гг. Часть зим приходится на малый ледниковый период, две последние же на период потепления климата. Аномально холодная зима 1941/42 г. отмечалась в период максимума потепления климата в северном полушарии. И таких примеров, когда в отдельных регионах при общем потеплении имели место экстремально холодные условия, а при похолодании теплые, можно привести немало. Анализ восстановленных температур по данным о кольцах деревьев в Калифорнии указывает на общее потепление климата в конце малого ледникового периода, между серединой XVII и началом XX в.
Довольно детально циркуляционные факторы климата прошлого были исследованы Лэмбом. Он подчеркивает, что для Англии за последние 290 лет квазипериодические процессы с частотой 2025 и 4555 лет играют существенную роль в изменении климата. Он показал, что циркуляционные условия аномальных климатических периодов, как правило, различались.
Анализ барико-циркуляционного режима в Европе показывает, что самые мягкие зимы соответствуют периоду западных и юго-западных ветров (19201929 гг.), теплые летние сезоны характеризуются хорошо выраженными антициклоническими типами циркуляции над Западной и Центральной Европой (19401949, 1976 гг.).
Десятилетия с более холодными зимами соответствуют периодам с относительно слабой циркуляцией атмосферы. Холодные летние периоды (16901699 и 18401849 гг.) также указывают на роль циркуляционных факторов в формировании подобного климатического режима. В эти периоды были смещены к югу области высокого давления и отмечалось господство ветров с северной составляющей. В конце XVIII начале XX в. среднее положение центра Исландского минимума сместилось в северном направлении на 1,53° широты, обеспечив тем самым преобладание таких циркуляционных условий, которые способствуют потеплению климата в Арктике;
В периоды интенсивной атмосферной циркуляции, захватывающей Арктику, уменьшается площадь паковых льдов, льды взламываются и выносятся в соседние районы. При спокойной погоде, особенно в центре Арктики, происходит рост и накопление льда.