Поскольку смещение магнитных полюсов Земли приводило к смещению зон нагрева атмосферного газа, то это обязательно вызывало изменение климата. Так, когда северный магнитный полюс смещался ближе к Европе, что, естественно, начинала преобладать циркуляция атмосферы в меридиональном направлении. А это однозначно вызывало потепление климата. На континент поступали более теплые океанические воздушные массы. Когда же северный магнитный полюс находился в восточной части Северного Ледовитого океана, то происходило похолодание: на Европу надвигался холодный арктический воздух.
При оценке возможного изменения климата следует учесть все источники тепла, а также оценить тот вклад, который они могут (или могли) внести в изменение климата. В частности, надо оценить вклад тепла, который связан с распадом долгоживущих изотопов U, Th и К. Оценено, что за всю историю Земли за счет радиоактивного распада U и Th было выделено огромное количество тепла — 1,6х1038 эрг. Несколько меньше (0,9 × 1038 эрг) тепла выделилось за всю историю Земли за счет распада долгоживущего изотопа К. Часть этого тепла, аккумулированного внутри Земли путем теплопроводности, была передана наружу и была поглощена водами Мирового океана и атмосферным газом. Но это примерно пятая часть всего накопленного тепла. Оставшееся там тепло шло на разогрев и частичное плавление недр Земли. Внутри Земли вещество фактически кипит. Как и на Солнце, в мантии Земли имеются весьма интенсивные конвективные потоки вещества. Время от времени последствие этой бурной деятельности мантии мы наблюдаем — активизируются вулканы со всеми вытекающими отсюда последствиями. И не только. Конвективные движения вещества в мантии Земли вызывают также дрейф континентов.
Что касается вулканов, то они возникают не в любых местах. Если вы нанесете на карту или глобус все вулканы, известные на Земле, то заметите, что они группируются в определенных поясах. Что это за пояса? Это зазоры, зоны, которые остаются между литосферными плитами. Сами литосферные плиты не сейсмичны. На них вулканов быть не может. Там нечему кипеть. Все кипящее вещество находится под ними. Литосферные плиты перемещаются, поэтому смещаются и границы между ними, так называемые подвижные зоны. На сегодняшний день установлены следующие подвижные зоны, в которых располагается большинство вулканов. Это Евроазиатская зона, Индо-Австралийская зона, Тихоокеанская, Американская, Антарктическая и Африканская зоны. Расположение плит показано на рис. 11.
Как мы уже говорили, литосферные плиты плавают. Поэтому неизбежно плавают (перемещаются) и материки. Примерно 15–20 миллионов тому назад лет континенты располагались так же, как и сейчас. Эволюция земной коры, океана и атмосферы связана с движением континентов и вулканической деятельностью. Естественно, что с ними самым тесным образом связано и формирование и изменение климата.
За всю историю Земли вулканы выбросили на поверхность столько вещества, что оно равно массе земной коры толщиной около 33 км. Это вещество содержало, в частности, и газы. Общая масса всех выброшенных при извержениях вулканов газов примерно в 50 раз больше массы современной атмосферы. Масса выброшенных газов примерно в два раза больше массы всех вод современного Мирового океана. Значительно больше половины из этих газов (70–80 %) составлял водяной пар. Остальные газы — H2S, SO2, HCl, HF, HBr, H, Ar и другие. Ясно, что водяной пар впоследствии сконденсировался и образовал воды Мирового океана. Сконденсировалась и часть других паров, поэтому океан состоял не только из воды.
Мы уже описывали, как дальше развивались события, как происходили сложные геохимические изменения, в результате которых из атмосферы, содержащей азотные соединения и воду, образовалась нынешняя атмосфера — азотно-кислородная. Решающую роль при этом сыграло действие солнечного излучения. При этом в атмосфере образовались примеси — малые составляющие в виде углекислого газа, озона, водяного пара и др. Малые составляющие определяют тепловой режим атмосферы. Они служат своего рода пленкой над нашим домом — теплицей. Эту пленку нельзя повредить, иначе теплица исчезнет и нам станет очень неуютно.
Все ученые сходятся на том, что вулканическая деятельность сформировала атмосферу Земли и хотя бы частично ответственна за изменения климата на Земле. Но специалистами высказывалась и другая идея — что определенная динамика атмосферного газа может активизировать деятельность вулканов. Здесь все построено на определенном распределении сил, сил притяжения. В том случае, если холодные и теплые воздушные массы располагаются так, что их граница (воздушный фронт) придется на вулканические подвижные зоны, то равновесие может быть нарушено, поскольку теплый воздух легче холодного. Проведенные подсчеты показывают, что если воздушные массы будут занимать около десяти миллионов квадратных километров, то при разности в атмосферном давлении равной 20 миллибар (а это вполне реально) могут создасться значительные дополнительные силы напряжения в земной коре.
Как известно, во время извержения вулканов в атмосферу выбрасываются не только газы, но и аэрозоли. Попадая в атмосферу, аэрозоль меняет ее оптические свойства, а значит, и условия прохождения через нее солнечного излучения, особенно в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Это не может не сказаться на процессах в атмосфере, а значит и на климате. Не вызывает сомнения, что в прошлом на климат влияли в основном аэрозоль и малые составляющие атмосферы, такие как CO2 и др. Несомненно, что и в будущем эти факторы, приводящие к изменению. климата, останутся главными. Об этом свидетельствуют такие факты. Мы научились сами создавать огромные количества аэрозоля и выбрасывать его в атмосферу. На сегодняшний день ежегодно мы выбрасываем не менее двух миллионов тонн аэрозоля. Аэрозоль поглощает солнечную энергию, и она не доходит до поверхности Земли. Аэрозоль малых размеров (мелкодисперсный) рассеивает коротковолновое солнечное излучение. Этот эффект равносилен увеличению отражательной способности атмосферы. Раз атмосфера недополучает солнечную энергию, то она охлаждается. Мы привели два противоположных эффекта, которые способен вызывать аэрозоль. Один эффект приводит к нагреванию атмосферы, а другой — к ее охлаждению. Что будет преобладать на самом деле — зависит от свойств аэрозоля и прежде всего от размера его частиц. Поэтому при анализе влияния аэрозоля на изменение климата необходимо весьма детально проанализировать все свойства реально находящегося в атмосфере аэрозоля.
То, что вулканические выбросы способны уменьшить доходящее до поверхности Земли солнечное излучение, было известно с древности. После некоторых мощных извержений вулканов на Земле наступали сумерки. Ситуация не выравнивалась в течение нескольких месяцев.
Некоторые ученые склонны объяснять основные изменения климата на Земле именно влиянием вулканической деятельности. Ледниковые эпохи они также объясняют таким механизмом. Некоторые совпадения действительно имеют место. Когда были сопоставлены данные о климате с изменением индекса вулканической активности с 1500 года н. э. по наше время, то оказалось, что, действительно, в период малого ледникового периода в XV–XVI веках н. э. и в начале XIX века н. э. наблюдалась повышенная вулканическая деятельность. С 1912 года до начала 40-х годов не было сильных вулканических извержений и атмосфера за этот период была более прозрачной. В это время происходило потепление климата. Но не надо все эти факты воспринимать как несомненное доказательство того, что основные изменения климата связаны с вулканической деятельностью. В период с 1883 по 1912 год наблюдалась целая серия извержения вулканов. Солнечное излучение в течение нескольких месяцев и даже одного-двух лет было меньше. Но потепление климата началось не после извержения вулканов, а до того. Поэтому не следует объяснять сложное явление действием только одного из действующих факторов. Нужно остановиться и еще на одном факторе, от которого зависит поступающая в атмосферу и к поверхности Земли солнечная энергия. Это концентрация CO2, а также других малых составляющих атмосферы. Речь идет о составляющих, которые обладают парниковым эффектом. Это и водяной пар и хлорные соединения, и др.