Гемфріз висунув гіпотезу, згідно з якою сторічні зміни клімату можуть відбуватися внаслідок вулканічного пилу і попелу. Він дійшов висновку, що забруднення атмосфери продуктами вулканізму збільшує альбедо Землі як планети, зменшує надходження сонячної радіації на земну поверхню і призводить до похолодань. Дійсно, вулкани є джерелом величезних мас пилу і попелу. Підраховано, наприклад, що вулкан Кракатау (Індонезія) в 1883 р. викинув в повітря 18 км3 рихлого матеріалу, а вулкан Катмаї (Аляска) в 1912 р. дав атмосфері біля 21 км3 пилу і попелу.

Наявність твердої мутності, що викидається до атмосфери, широке її розповсюдження і тривале збереження (за Гемфрізом дрібні фракції пилу можуть залишатися в атмосфері багато років) зменшує прихід короткохвильової сонячної радіації на земну поверхню (рис.), скорочує тривалість сонячного сяяння і мало впливає на ефективне випромінювання.

Рис. Зміна радіації після виверження вулкану Катмаї

Прихильником впливу помутніння атмосфери на клімат є Брукс, за даними якого всі холодні роки починаючи з 1700 р., слідували за великими виверженнями вулканів: холодні 1784-1786 рр. – за виверженням вулкану Асама (Японія) в 1783 р.; холодний 1816 р. (“рік без літа”) – за виверженням Томборо (о. Сумбава) в 1815 р., холодні 1884-1886 рр. – за виверженням Кракатау в 1883 р.; холодні 1912-1913 рр. – за виверженням Катмаї (Аляска) в 1912 р.

З наведених фактів слідує, що механічні домішки, що викидаються до атмосфери вулканами, особливо в період гороутворення, могли справляти деякий вплив на клімат.

Активним прихильником гіпотези вулканічної причинності, що пояснює коливання і зміни клімату, є М. І. Будико. Він знайшов, що після вулканічного виверження, при середньому зменшенні прямої радіації на 10%, а це, як видно з рисунку є цілком припустимим, середня річна температура Північної півкулі зменшується приблизно на 2-3°. Розрахунки М. І. Будико, крім того, доводять, що зниження температури повинно бути більш значним у високих широтах і порівняно невеликим в низьких.

На думку М. І. Будико, неодноразовий високий рівень вулканічної активності в геологічному минулому міг бути ймовірною причиною різких коливань клімату.

До групи геофізичних гіпотез належить також широко відома гіпотеза Сімпсона. Сімпсон пов’язує зміну кліматів на Землі зі змінами інтенсивності сонячної радіації. Її зміни від пояснює перемінною діяльністю Сонця і приймає до уваги вплив прозорості атмосфери і альбедо земної поверхні.

3. Циркуляційні фактори коливання клімату

Атмосферна циркуляція, котра характеризується полями тиску і вітру і хмарність є такими ж внутрішніми факторами клімату, як поле температури повітря і опадів. Всі ці метеорологічні елементи взаємно пов’язані і жоден з них не може вважатися незалежним від інших елементів.

Зміни підстилаючої поверхні повинні вважатися одним з елементів клімату, обумовлені тими самими кліматоутворюючими факторами – радіацією, що приходить, будовою рельєфу і складом атмосфери.

Чи можуть кліматичні умови змінюватися при постійних зовнішніх факторах клімату?

Це питання вивчалося Лоренцом на основі рівнянь теорії клімату. Лоренц вказав, що можливі два різних варіанти розв’язання цих рівнянь. Перший з них дає один тип стійкого клімату, котрий отримується в результаті усереднення миттєвих станів полів метеорологічних елементів за довгий період часу. Такий клімат, названий Лоренцом транзитивним, є однозначним для розглядуваних зовнішніх умов.

Так, наприклад, П. П. Предтеченський вважає, що при посиленні сонячної активності інтенсифікується циркуляція атмосфери, в ній починають переважати адвективні процеси, що призводить до сгладжування температурних контрастів зима – літо. Навпаки, при послабленні сонячної активності доля адвекції зменшується і переважними стають процеси стаціонарного типу. Таким чином, континентальність клімату в першому випадку у всіх циркуляційних поясах зменшується, в другому – збільшується.

П. П. Предтеченський вважає, що сонячна активність, впливаючи на конденсаційні процеси в атмосфері, справляє вплив на основні механізми загальної циркуляції атмосфери: західно-східний переніс і меридіональні вторгнення. Ці механізми діють завжди, але ступінь розвитку кожного з них підкорена змінності в залежності від діяльності Сонця.

При максимумі сонячної активності, за Предтеченським, абсолютно переважає меридіональна циркуляція; температурний градієнт екватор – полюс досягає найменшого значення. Зона поміркованих широт цілком зникає, а інші зони досягають максимального розширення. Клімат у всіх зонах стає більш морським, відрізняється різноманітністю на великих просторах і великою кількістю опадів. Тому пустині майже повністю зникають. Ця епоха, на думку автора гіпотези, мала місце на стику мезозойської і кайнозойської ер.

При мінімумі сонячної діяльності абсолютно переважає західно-східний переніс. Зони поміркованих широт займають максимальну площу, а всі інші зони гранично скорочені. Це епоха максимальної розбіжності зон і граничної континентальності клімату. Місцеві особливості формування клімату в таких умовах проявляються повною мірою. Пустелі досягають великого розвитку. Подібні кліматичні умови були, наприклад, на початку мезозойської ери.

При переході від максимуму активності до мінімуму, і відповідно, від одного переважаючого механізму циркуляції до другого відбуваються зміни клімату і кліматичної зональності.

Так, при послабленні сонячної діяльності на Землі можуть скластися умови, коли меридіональна циркуляція і західно-східний переніс будуть рівноцінними. Ця епоха граничної нестійкості циркуляції і змінності клімату. Зони поміркованих широт продовжують розширюватися, температура знижується, особливо влітку, але опадів випадає ще багато. Це сприяє накопиченню снігу і льоду, встановленню льодовикової епохи. Велику стимулюючу роль в розвитку обледеніння автор відводить місцевим льодовиковим антициклонам.

Таким чином, льодовикові епохи закладаються і розвиваються при невпорядкованій атмосферній циркуляції, а з переходом до переважання меридіонального або західно-східного переносу вони деградують. Множинність льодовикових і міжльодовикових епох автор пояснює сукупним впливом на циркуляцію атмосфери різних за