Ледниковые периоды. «Эпоха Великих Оледенений» – одна из загадок Земли

Следы древних похолоданий, оставленные широко распространявшимися ледниковыми покровами, установлены на всех современных материках, на дне океанов, в отложениях разных геологических эпох.

Накоплением первых, самых древних из найденных до сих пор ледниковых отложений началась протерозойская эра. В период с 2,5 по 1,95 млрд лет до нашей эры отмечена Гуронская эпоха оледенения. Примерно через миллиард лет началась новая, Гнейсесская, эпоха оледенения (950-900 млн лет назад), а еще через 100-150 тыс. лет - Стерская ледниковая эпоха. Завершает докембрий Варангская эпоха оледенения (680-570 млн лет до н.э.).

Фанерозой начинается с теплого кембрийского периода, но через 110 млн лет от его начала отмечено Ордовикское оледенение (460-410 млн лет до нашей эры), а около 280 млн лет назад достигло кульминации Гондванское оледенение (340-240 млн лет до н.э.). Новая теплая эпоха продолжалась примерно до середины Кайнозойской эры, когда началась современная нам Кайнозойская эпоха оледенения.

С учетом фаз развития и завершения ледниковые эпохи занимали за последние 2,5 млрд лет около половины времени эволюции Земли. Климатические условия в эпохи оледенений были более изменчивыми, чем в теплые «безледные» эпохи. Ледники отступали и наступали, но неизменно сохранялись на полюсах планеты. В эпохи оледенений средняя температура Земли была на 7-10 °С ниже, чем в теплые эпохи. Когда ледники разрастались, разница увеличивалась до 15-20 °С. Например, в ближайший к нам теплый период средняя температура на Земле была около 22 °С, а сейчас - в Кайнозойскую ледниковую эпоху - только 15 °С.

Кайнозойская эра - это эра постепенного и последовательного понижения средней температуры на поверхности Земли, эра перехода от теплой эпохи к эпохе оледенения, начавшейся около 30 млн лет назад. Климатическая система в кайнозое изменилась таким образом, что около 3 млн лет назад общее падение температуры сменилось почти периодическими ее колебаниями, что связывается с периодическим разрастанием покровного оледенения.

В высоких широтах похолодание было наиболее сильным - несколько десятков градусов, - в то время как в экваториальной зоне оно составляло несколько градусов. Климатическая зональность, близкая к современной, установилась около 2,5 млн лет назад, хотя области сурового арктического и антарктического климата в ту эпоху были меньше, а границы умеренного, субтропического и тропического климата находились в более высоких широтах. Колебания климата и оледенения Земли состояли в чередовании «теплых» межледниковых и «холодных» ледниковых эпох.

В «теплые» эпохи Гренландский и Антарктический ледниковые щиты имели размеры, близкие к современным - 1,7 и 13 млн кв. км соответственно. В холодные эпохи ледники, конечно, увеличивались, но основное приращение оледенения происходило за счет возникновения больших ледниковых покровов в Северной Америке и Евразии. Площадь ледников достигала примерно 30 млн км³ в Северном полушарии и 15 млн км³ в южном. Климатические условия межледниковий были подобными современным и даже более теплыми.

Около 5,5 тыс. лет назад «климатический оптимум» сменился так называемым «похолоданием железного века», кульминация которого состоялась около 4 тыс. лет назад. Вслед за этим похолоданием началось новое потепление, продолжавшееся и в первом тысячелетии нашей эры. Это потепление известно как «малый климатический оптимум» или период «забытых географических открытий».

Первыми исследователями новых земель были монахи-ирландцы, которые, благодаря улучшившимся вследствие потепления условиям мореплавания в северной Атлантике, в середине первого тысячелетия открыли Фарерские острова, Исландию и, как предполагают современные ученые, Америку. Вслед за ними это открытие повторили викинги Нормандии, которые в начале нынешнего тысячелетия заселили Фарерские острова, Исландию и Гренландию, а впоследствии добрались и до Америки. Викинги заплывали примерно до широты 80-й параллели, причем льды как препятствие плаванию в древних сагах практически не упоминаются. Кроме того, если в современной Гренландии жители занимаются в основном добычей рыбы и морского зверя, то в нормандских поселениях было развито скотоводство - раскопки показали, что здесь разводили коров, овец и коз. В Исландии возделывали зерновые, а зона выращивания винограда выходила к Балтийскому морю, т.е. была севернее современной на 4-5 географических градуса.

В первой четверти нашего тысячелетия началось новое похолодание, продолжавшееся до середины XIX в. Уже в XVI в. морской лед отрезал Гренландию от Исландии и привел к гибели поселений, заложенных викингами. Последние сведения о нормандских поселенцах в Гренландии относятся к 1500 г. Природные условия в Исландии в XVI-XVII столетиях стали необычайно суровыми; об этом достаточно сказать, что с начала похолодания до 1800 г. население страны из-за голода сократилось вдвое. На равнинах Европы, в Скандинавии частыми стали суровые зимы, ранее не замерзающие водоемы покрывались льдом, участились неурожаи, падение скота. Побережья Франции достигали отдельные айсберги.

Потепление, последовавшее за «малым ледниковым периодом», началось уже в конце XIX в., но как явление крупного масштаба оно привлекло внимание климатологов лишь в 30-х гг. XX столетия, когда было обнаружено значительное повышение температуры воды в Баренцевом море.

В 30-х гг. температура воздуха в умеренных и особенно в высоких северных широтах была значительно выше, чем в конце XIX в. Так, зимние температуры в западной Гренландии повысились на 5 °С, а на Шпицбергене - даже на 8-9 °С. Наибольшее глобальное повышение средней температуры у поверхности Земли во время кульминации потепления составляло всего 0,6 °С, но даже с таким небольшим изменением - в несколько раз меньшим, чем во время малого ледникового периода - было связано заметное изменение климатической системы.

На потепление бурно реагировали горные ледники, которые повсеместно отступали, причем величина этого отступления исчислялась сотнями метров длины. Исчезали существовавшие в Арктике острова, сложенные льдом; только в советском секторе Арктики с 1924 по 1945 гг. площадь льдов в навигационный период в это время сократилась почти на 1 млн км², т.е. наполовину. Это позволяло даже обычным судам заплывать в высокие широты и совершать сквозные плавания по Северному морскому пути в течение одной навигации. Уменьшилось количество льдов и в Гренландском море, несмотря на то, что вынос льдов из Арктического бассейна усилился. Продолжительность ледовой блокады берегов Исландии сократилась с 20 недель в конце XIX в. до двух недель в 1920-1939 гг. Повсюду происходило отступление на север границ многолетней мерзлоты - до сотен километров, увеличилась глубина протаивания мерзлых грунтов, а температура мерзлой толщи повысилась на 1,5-2 °С.

Потепление было настолько интенсивным и продолжительным, что повлекло за собой изменение границ экологических ареалов. В Гренландии стал гнездоваться сизоголовый дрозд, в Исландии появились ласточки и скворцы. Потепление океанических вод, особенно заметное на севере, привело к изменению мест нереста и откорма промысловых рыб: так, у берегов Гренландии в промысловых количествах появились треска и сельдь, а в заливе Петра Великого - тихоокеанская сардина. Около 1930 г. в водах Охотского моя появилась скумбрия, а в 1920-х гг. - сайра. Известно высказывание российского зоолога, академика Н.М. Книповича: «В какие-нибудь полтора десятка лет и даже еще более короткий промежуток времени произошло такое изменение в распределении представителей морской фауны, какое связывается обыкновенно с представлением о долгих геологических промежутках». Потепление коснулось и Южного полушария, но в значительно меньшей степени, а наиболее четко оно проявилось в зимний период в высоких широтах Северного полушария.

В конце 1940-х гг. снова появились признаки похолодания. Через некоторое время стала заметной реакция ледников, которые во многих частях Земли перешли в наступление или замедлили отступление. После 1945 г. произошло заметное увеличение площади распространения арктических льдов, которые стали чаще появляться у берегов Исландии, а также между Норвегией и Исландией. С начала 40-х и до конца 60-х гг. XX в. площадь льда в Арктическом бассейне возросла на 10%.

В кайнозойской эре млекопитающие начали подвергаться воздействию особого фактора, не существовавшего, насколько нам известно, в меловое время. Этот фактор - похолодание климата. Поэтому к отмеченным изменениям, которым подверглись континенты в течение кайнозойской эры, мы должны добавить еще одно - изменение преобладающего климата. Массивы суши стали холоднее. Наиболее сильным было охлаждение полярных районов, самым слабым - экваториальных, но так или иначе оно проявилось повсюду. Влияние этого похолодания распространялось широко и сказывалось не только на млекопитающих, но и на других организмах. Начнем с обзора данных, на которых основан наш вывод об изменении температур, происходившем с начала кайнозоя.

Свидетельства изменения климата . В первую очередь следует отметить три группы фактов.

1. При бурении в глубоководных областях океана в слоях тонкообломочных кайнозойских отложений найдены ископаемые раковины микроскопических беспозвоночных. В некоторых слоях встречены раковины животных, обитающих в холодной воде; выше и ниже залегают слои, содержащие раковины животных, характерных для более теплой воды.

2. В некоторых слоях тонкообломочных отложений, слагающих дно в глубоководных областях океана вокруг Антарктиды, встречены зерна кварцевого песка, несущие на поверхности следы ледниковой обработки. Эти зерна, вероятно, заносились в море с айсбергами, из которых по мере таяния песчаный материал опускался на дно моря. Песчинки такого типа встречены в донных отложениях начиная с эоцена, что указывает на существование ледников в Антарктиде уже в это время. Эти песчинки встречаются в тех же слоях, к которым приурочены ископаемые раковины холодноводных беспозвоночных.

3. В некоторых слоях кайнозойских отложений на континентах найдены ископаемые листья растений, произраставших в холодном климате. Ископаемые растения, характерные для более теплых климатов, найдены в слоях, залегающих и выше, и ниже.

Таким образом, существует три вида данных, различных, но свидетельствующих об одном и том же: понижении температур в кайнозое, наиболее сильно проявившемся в высоких широтах южного полушария. По этим и некоторым другим данным была построена кривая (рис. 62), которая показывает повышения и понижения температуры в течение кайнозойской эры. За исключением ее крайней правой части, кривая построена исключительно на основе перечисленной выше информации. Кривая показывает также, что изменения температур были медленными и постепенными, но отнюдь не постоянными.

Рис. 62. Предполагаемая схема колебаний температур на земной поверхности в течение всего кайнозоя до наших дней. Кривая неточна, так как дана в обобщенном виде для всей Земли. На ней показаны главные эпохи повышения и понижения температур. Более полная информация, возможно, позволила бы выделить множество мелких колебаний, наложенных на крупные, показанные на кривой

Колебания климата: ледниковые эпохи . Изменение климата не было постоянным. Температуры снова и снова колебались, от более теплых к более холодным, и снова к теплым. Похолодание проявилось сначала в Антарктике, затем на Аляске и других районах Крайнего Севера. Но средние широты похолодание захватило лишь около двух миллионов лет назад, и когда это произошло, эффект похолодания был очень сильным и очевидным. В этих широтах происходило накопление снега и образование огромных мощных ледников, покрывших большую часть Северной Америки и северную часть Европы. Сравнительно недавние эпохи, когда огромные покровы льда надвигались на области средних широт, представляют собой то, что мы привыкли называть ледниковыми эпохами; так они и названы на рисунке 62. И все же, строго говоря, в таких районах, как Антарктика и Аляска, подобные ледниковые эпохи имели место на много миллионов лет раньше, чем показано на рисунке. Эти древние ледниковые эпохи гораздо менее известны; они были установлены только в 60-х годах нашего века, и еще не ясно, как изменить определение термина "ледниковая эпоха" так, чтобы оно включало и эти древние события. Однако гораздо важнее то, что в пределах одного только четвертичного периода было несколько ледниковых эпох, возможно даже больше, чем схематически показано извилистой кривой на нашей схеме.

Последняя ледниковая эпоха . Последняя ледниковая эпоха была сравнительно недавно. Она достигла своей наивысшей точки только 20 000 лет назад, когда мощный ледниковый покров, огромный ледник, занял почти всю Канаду и большую часть США; край его заходил далеко на юг от районов теперешних городов Нью-Йорк, Чикаго, Сиэтл. Другой ледник охватил территорию Европы, распространившись к югу до мест, где сейчас находятся города Копенгаген, Берлин и Ленинград. Общая площадь ледников, покрывавших Северную Америку и Европу, превышала 23 миллиона км 2 , а толщина льда была более полутора километров, так что лед полностью скрывал под собой почти все горы, расположенные на занятой льдом территории. Таким образом, объем ледников, вероятно, мог достигать 37 миллионов км 3 льда. Сейчас же общий объем ледников в Соединенных Штатах (за исключением Аляски) менее 83 км 3 . В настоящее время льды существуют в виде тысячи мелких горных ледничков, большей частью расположенных в штатах Вашингтон и Орегон. В Канаде ныне объем льда гораздо больше, предположительно около 41 000 км 3 , потому что Канада частично находится в холодных арктических областях и лед там дольше не тает. Но даже и 41000 км 3 - это лишь ничтожная доля того объема ледяного покрова, который существовал в Канаде 20 000 лет назад.

Когда мы думаем о том поразительном количестве льда, которое так недавно покрывало земную поверхность, у нас возникают два основных вопроса. Во-первых, была ли ледниковая эпоха исключительным явлением, свойственным только кайнозойской эре? И во-вторых, каковы причины возникновения ледниковых эпох? Постараемся ответить на эти вопросы.

Древние ледниковые эпохи . Итак, во-первых, происходили ли оледенения в более ранние геологические периоды, задолго до начала кайнозойской эры? Конечно, да. Доказательства этого неполны, но они вполне определенны, и некоторые из этих свидетельств распространяются на большие площади. Доказательства существования пермской ледниковой эпохи присутствуют на нескольких континентах (не исключено, что в то время эти континенты были частью одного массива суши), и кроме того, на континентах обнаружены следы ледников, относящиеся к другим эпохам палеозойской эры вплоть до ее начала, ранне-кембрийского времени. Даже в гораздо более древних породах, образовавшихся до начала фанерозоя, мы находим следы, оставленные ледниками, и ледниковые отложения. Возраст некоторых из этих следов составляет более двух миллиардов лет, то есть, возможно, составляет половину возраста Земли как планеты. А можно ли утверждать, что не существовало еще более древних, еще до сих пор не открытых ледниковых эпох?

Во всяком случае, даже рассматривая только известные нам оледенения, происходившие на протяжении более двух миллиардов лет, мы должны признать, что они не противоречат принципу актуализма, согласно которому - в применении к геологическим процессам - нет ничего нового под Солнцем. Поэтому ледниковые события, происходившие 20 000 лет назад, - или современное оледенение Антарктиды - всего лишь повторение таких же событий, которые в той или иной форме неоднократно повторялись с тех пор, как существует Земля.

Таков ответ на первый из двух вопросов. Оледенение - это не более необычное событие, чем возникновение огромной горной цепи, - и то и другое повторяется всякий раз,-как создаются соответствующие условия. Этот ответ позволяет легче разобраться во втором вопросе - почему происходят оледенения? Все, что от нас требуется - это определить "соответствующие условия" и затем понять, что же происходит, когда эти условия возникают.

Отчего бывают оледенения?

Основные условия . Ответ на этот вопрос может быть дан только в свете некоторых общих сведений о ледниках. Во многих районах средних широт, как, например, Соединенные Штаты и Европа, часть атмосферных осадков выпадает в виде снега. Даже в высоких горах снегопады происходят в основном зимой. Если зимние температуры достаточно низки, снег остается лежать на земле, но при наступлении весны и лета он тает. Однако в очень высоких горах, как, например, в северной части Скалистых гор, температуры даже летом настолько низки, что отдельные пятна снежного покрова сохраняются в течение всего лета и на следующую зиму покрываются свежевыпавшим снегом. Накапливаясь таким образом год за годом, снег на горном склоне уплотняется и подвергается воздействию силы тяжести, направленной вниз. Это воздействие заставляет его сползать вниз по склону. В процессе этого сползания спрессованный снег становится ледником. Если снегопады достаточно обильны, а температура настолько низка, что снег не тает, ледник может принять языковидную форму и продолжать увеличиваться в длину, перемещаясь вниз по горной долине, подобно водному потоку, но, конечно, гораздо медленнее.

Сотни крупных лопастеобразных языков льда, расположенных рядом друг с другом, можно видеть в горах, например в Альпах. Ледники в смежных долинах сливаются между собой, когда одна долина впадает в другую. У подножия гор весь лед, медленно движущийся вниз по долинам, сливается, распространяясь в виде единого непрерывного ледяного покрова. Что может помешать льду распространяться до бесконечности? Только одно, но очень существенное обстоятельство - таяние. При спуске с гор или переходе в более низкие широты повышается температура. И рано или поздно температура на внешнем крае движущегося ледника повышается настолько - именно настолько, - что весь лед, который приносится сюда в виде медленно движущегося ледяного потока, тает. С этого момента край ледника не может продвинуться дальше. Правда, лед продолжает двигаться, но весь поступающий лед тает по мере поступления и превращается в потоки талых вод.

Таковы условия существования языковидных ледников, которые обычно видят туристы в Альпах, Скалистых горах Канады и других горных районах. Такие ледники занимают горные долины, а положение их нижних концов определяется соотношением скорости течения льда и скорости таяния. При существующих ныне климатах ледники не могут существенно меняться. Но стоит температуре на поверхности Земли хоть немного понизиться, и все они начнут увеличиваться в длину. Если температура в достаточной степени понизится, повторится ледниковая эпоха, когда половина территории Северной Америки была непригодна для обитания человека и большинства животных.

Смысл сказанного сводится к тому, что ледниковая эпоха - это закономерный результат снижения температуры (Непосредственная причина оледенения значительно сложнее - она заключается в увеличении количества твердых осадков, накопленных на суше, что в свою очередь может зависеть от двух различных причин: и понижения температуры, уменьшающей таяние, и повышения температуры (воздух становится влажнее, осадки увеличиваются). - Прим. ред ) на Земле всего на несколько градусов. Загадочно в оледенениях не то, откуда берется снег и лед, загадочна причина снижения температуры. Пока сохраняется незыблемым принцип актуализма и пока продолжается круговорот воды в природе, в наиболее холодных местах планеты всегда будут существовать снег и лед. Ледниковая эпоха начинается только тогда, когда температура падает настолько, что на обширных территориях осадки выпадают в виде снега, лето становится прохладным и таяние льда уменьшается.

Это равновесие очень неустойчиво. И сейчас мы не так далеки от оледенения, как это многим кажется. Данные расчетов, основанные на многолетних наблюдениях погоды в горах южной Норвегии, в районе лыжных курортов между Осло и Бергеном, показывают, что снижения средней годовой температуры всего лишь на 3°С в течение длительного периода будет достаточно, чтобы вызвать такие изменения ледников, что в результате начнется новое оледенение Европы. И действительно, большая часть льда, распространившегося в северо-западной части Европы до максимальных пределов около 20 000 лет назад, имела своим источником снегопады именно в этих горах южной Норвегии. Конечно, к этому добавлялся снег, выпадавший на гораздо более обширной площади самого ледника, и, однажды начавшись, оледенение разрасталось, как снежный ком, катящийся по склону.

Совершенно ясно, что состояние ледника зависит в основном от климата. Там, где температуры достаточно высоки, ледников нет. Там, где температуры низки, ледники образуются, но границей их распространения служит линия, где приток льда уравновешивается таянием. Отсюда следует, что ледниковая эпоха, когда ледники велики и многочисленны, является эпохой низких температур и, следовательно, временем, когда выпадение осадков происходит в виде снега. Естественным результатом этого является смещение линии равновесия притока и таяния льда в более низкие широты, так что льды покрывают обширные площади. После достижения "пика" оледенения по мере повышения температур критическая линия смещается обратно в высокие широты, ледники сокращаются и ледниковая эпоха приходит к концу.

К настоящему моменту пик последней ледниковой эпохи остался далеко позади - 20 000 лет назад. Большая часть льдов, достигавших 20 000 лет назад объема более 23 миллионов км 3 , растаяла, и талые воды стекли в море. Но даже в настоящее время, через 20 000 лет после момента наибольшего похолодания, лед сохраняется там, где большие высоты или холодный климат препятствуют его таянию. Даже сейчас все еще существует более тысячи ледников в Соединенных Штатах (не считая Аляски) и более 1200 в Альпах. В Гренландии до сих пор существует один большой ледник [ледниковый щит. - Ред.], покрывающий большую часть острова и имеющий 2400 километров в длину и 800 километров в ширину. Объем ледника Гренландии, представляющего самый большой ледяной массив северного полушария, достигает 3,3 миллиона км 3 . Весь этот лед образовался в результате того, что когда-то в прошлом здесь выпал снег и до сих пор не растаял.

Обращаясь к южному полушарию, мы видим в самом центре его, как раз вокруг Южного полюса, материк Антарктиду. По сравнению с размерами ледникового покрова этого материка огромная глыба ледника Гренландии кажется ничтожной. Его объем более 20 миллионов км 3 (Объем льда Антарктиды - 24 миллиона км3, Гренландии - 1 миллион км3. - Прим. ред ), что составляет более 90% всего льда на Земле и более 75% общих запасов пресной воды как в жидком, так и в твердом виде. Антарктический ледниковый покров занимает почти весь континент, и его площадь почти на 1/3 больше всей площади Соединенных Штатов, включая Аляску. Поэтому справедливо будет считать, что в Антарктиде в отличие от Северной Америки ледниковая эпоха не кончилась. Лед до сих пор почти полностью покрывает этот континент, хотя возможно, что его площадь 20 000 лет назад была еще больше. В Северной Америке оледенение было несколько раз, ледник приходил и уходил, однако, насколько мы можем судить, в течение по крайней мере последних 10 миллионов лет Антарктида была непрерывно покрыта льдами. Ледниковый покров увеличивался или уменьшался в объеме при колебаниях климата, но, вероятно, полностью не исчезал в отличие от ледниковых покровов Северной Америки и Европы. Причина этого различия очевидна, поскольку Антарктида - это самый высокий континент, обладающий наибольшими средними высотными отметками поверхности. Еще более важным обстоятельством является то, что она расположена на Южном полюсе, где постоянно очень низкие температуры. Все осадки выпадают здесь в виде снега и не тают. Поэтому однажды образовавшийся лед сохраняется не только в течение всего года, но и в течение миллионов лет. Он сползает вниз к внешнему краю покрытого им континента, как огромная масса теста на сковороде. При достижении льдом берега, когда он спускался в океан, от него отламывались глыбы, образующие большие плосковерхие айсберги. Несколько измеренных айсбергов оказались огромными. Один айсберг по величине в два раза превосходил площадь штата Коннектикут. Превратившись в плавающий в море айсберг, лед постепенно тает, но движение льда по поверхности континента в направлении к морю происходит непрерывно.

Пульсация . Суммируя основные условия, необходимые для возникновения ледников, заметим, что для этого нужно только, чтобы суша располагалась на достаточных высотах или в достаточно высоких широтах, обеспечивающих настолько низкие температуры, что снег там не тает в течение всего года. Как мы видели, возвышенности образуются при движении плит коры и столкновении континентов. Время от времени при этом образуются высокие горы, но такие движения происходят очень медленно. Измеренная скорость движений плит коры составляет величины порядка нескольких сантиметров в год. Если бы движения плит и образование новых гор были бы единственными причинами оледенений, то оледенение не могло бы (как это было в действительности) закончиться на протяжении всего лишь 20 000 лет или менее того. Если бы все объяснялось движениями плит коры, то ничто не помешало бы однажды образовавшемуся и распространившемуся на большей части континента леднику сохраняться в течение миллионов лет до тех пор, пока горы не будут постепенно снижены эрозией или пока континент, плавающий вместе с плитой коры, не будет медленно перенесен в более теплые широты, где покров льда мог бы таять.

Оледенения, по крайней мере те из них, которые происходили в средних широтах, начинались и кончались гораздо быстрее, чем это могло бы быть, если бы причиной их был медленный и негибкий процесс движения континентов. Изменения происходили в течение не миллионов, а всего лишь тысяч лет. Благодаря многочисленным радиоуглеродным датировкам стало возможным построить приблизительную, но достаточно надежную хронологическую шкалу, воспроизводящую ход стаивания огромной массы льда, занимавшей большую часть Северной Америки только 20 000 лет назад. Процесс разрушения ледника начался приблизительно 15 000 лет назад и закончился около 6000 лет назад. Иначе говоря, таяние всего этого огромного ледяного покрова заняло всего около 9000 лет (рис. 63). При этом около 37 миллионов км 3 льда было превращено в воду, которая стекла в ближайшие реки и через них в океан.

Мало того, что этот процесс продолжался всего 9000 лет, но на начальных стадиях ход его несколько раз прерывался периодами, когда толщина льда увеличивалась и он снова наступал, а затем снова начиналось его сокращение. Такие периоды в Европе, Северной Америке и Новой Зеландии наступали примерно в одно время. Отсюда очевиден вывод, что существует другая причина климатических изменений, которая действует быстро и проявляется одновременно во всем мире и не зависит от горообразования и движения плит коры Земли.

Рис. 63. Схема таяния ледникол Северной Америки в конце последней ледниковой эпохи (главным образом по данным Геологической службы Канады). А. Северная Америка 20 000-15 000 лет назад

Рис. 63. Схема таяния ледникол Северной Америки в конце последней ледниковой эпохи (главным образом по данным Геологической службы Канады). Б. Около 12 000-10 000 лет назад

Рис. 63. Схема таяния ледникол Северной Америки в конце последней ледниковой эпохи (главным образом по данным Геологической службы Канады). В. Около 9000 лет назад

Рис. 63. Схема таяния ледникол Северной Америки в конце последней ледниковой эпохи (главным образом по данным Геологической службы Канады). Г. Около 7000 лет назад

Было сделано много попыток установить эту причину и предложено несколько гипотез, но ни одна из них не является общепринятой среди ученых, изучающих эту проблему. Нам придется довольствоваться одной гипотезой, которая объясняет факты, хотя сама еще не доказана. Эта теория предполагает, что количество тепловой энергии, которую Земля получает от Солнца, изменяется, медленно пульсируя, в результате чего температуры постоянно колеблются в небольших пределах. Идея достаточно проста, но мы еще не располагаем средствами доказать ее правильность или ошибочность. Приняв за неимением лучшей данную гипотезу, мы сможем утверждать, что во время преобладания низменностей и обширных морей (скажем, в меловой период) на Земле могли существовать лишь очень немногочисленцые ледники (или их совсем не было), и, следовательно, предполагаемые медленные пульсации тепловой энергии, поступающей на поверхность Земли, могли оказывать лишь слабое воздействие на климат. Но в то время (предположим, в кайнозойское), когда существовали возвышенности и многочисленные горные области, а значительная часть площади континентов находилась в довольно высоких широтах, на возвышенностях могло существовать много ледников. В таком случае пульсация, которая хотя бы немного понижала температуру, могла привести к катастрофическому увеличению площади ледников. И наоборот, небольшое увеличение температуры могло иметь противоположный, но в такой же степени катастрофический результат. Большего мы пока сказать не можем.

Воздействие ледников на поверхность Земли

Ледниковая эрозия . Составление карты древних ледников возможно главным образом потому, что движущийся лед оставляет заметные следы на поверхности, по которой он движется. Лед выскабливает, полирует и различными другими способами разрушает поверхность, а затем он отлагает продукты разрушения горных пород. В результате часто можно видеть, как на эродированной ледником поверхности, отделенные от нее резкой границей, залегают рыхлыe продукты-отложения ледника. Как скальная поверхность, так и залегающие на ней отложения несут отчетливые, в большинстве случаев легко распознаваемые следы прежнего присутствия ледника.

Обломки породы различного размера, подхваченные движущимся льдом, вмерзают в нижнюю поверхность льда и, как частицы песка на наждачной бумаге, скребут и царапают скальную поверхность, оставляя на ложе ледника множество прерывистых борозд и царапин (фото 51), которые совершенно не похожи на следы, оставленные водными потоками. Местами целые глыбы породы отделяются по трещинам от коренного ложа и уносятся ледником, увеличивая собой количество обломков, вмерзших в подошву ледника.

Фото 51. Ледниковые штрихи и царапины на поверхности песчаников. Обломки оставлены ледником, который двигался в направлении от фотокамеры

Ледниковая аккумуляция . Обломки пород, включенные в лед, разносятся им и отлагаются вдоль пути движения ледника, образуя слой отложений, который местами, ближе к краю ледника, может достигать значительной мощности. Так как лед - это твердое тело, отложение обломков льдом происходит совсем не так, как рекой. В реке отложение частиц происходит в соответствии с их размерами. Отложение же обломочного материала в основании ледника происходит в таком же порядке, как и при переносе, то есть без всякой сортировки, грубые частицы вперемешку с тонкими, валуны рядом с илистыми частицами (фото 52). Образовавшиеся отложения часто выглядят как груда грунта, которую сгреб бульдозер. Кроме того, в отличие от окатанных речных галек, которые поток переворачивает и окатывает, обломки породы в ледниковых отложениях сохраняют неправильную форму и имеют плоские грани, образующиеся при трении о скальную поверхность обломка, вмерзшего в основание ледника (фото 53).

Фото 52. Обломочные отложения времени последнего оледенения, состоящие из неокатанных обломков горных пород различного размера, несортированных и неслоистых. Эти признаки отличают их от водных отложений. Рукоятка ледоруба имеет длину 45 см. Северный склон горы Рейнир, штат Вашингтон

В некоторых местах вдоль внешнего края ледника и вблизи него отлагающиеся обломки перемещаются водой при таянии ледника. В таких местах этот материал теряет типично ледниковый характер и приобретает сортировку и слоистость в результате переработки текучими водами. При этом серии слоистых отложений беспорядочно перемежаются с толщами неслоистого материала.

Фото 53. Шесть галек, произвольно выбранных из ледниковых отложений на территории штата Нью-Йорк. У каждой гальки есть одна или несколько плоских граней, оглаженных ледником

Но независимо от того, есть ли в них слоистый материал или нет, в целом ледниковые отложения имеют тенденцию образовывать большие или малые гряды, расположенные вдоль края ледника. Такая гряда представляет собой конечную морену, характерную форму, создаваемую оледенением. В некоторых районах наблюдается несколько морен, расположенных одна за другой, каждая из которых фиксирует положение края ледника во время ее отложения.

Потоки талых вод, вытекающих из-под края ледника, отмеченного конечной мореной, отлагали в своих долинах гальку и песок, отсортированные и слоистые, как настоящие речные отложения. Некоторые из этих отложений достигают 30 метров мощности или даже больше, а в ширину распространяются на всю ширину долины. Ледниковое происхождение имеют многие пес-чано-галечные отложения вдоль долин рек Огайо или Миссисипи, прослеживающиеся по долине Миссисипи до самой дельты. И все же, несмотря на большой объем этих отложений, даже если мы прибавим к ним ледниковые отложения, распространенные в границах оледенения, далее к северу, общая мощность слоя продуктов выветривания и коренных пород, удаленных огромными ледниковыми покровами, покрывавшими когда-то Северную Америку и Европу, оказывается на удивление мала. Точно мы не знаем, но можем предполагать, что в среднем толщина этого слоя, вероятно, не более 7,5 метра.

Озерные впадины . Более явным результатом влияния ледника, и в частности великих ледниковых покровов, на рельеф было образование больших и малых впадин, многие из которых заполнились водой и стали озерами. На любой хорошей крупномасштабной карте Канады, Соединенных Штатов или Северной Европы можно видеть, что большинство озер сосредоточено в районах древнего оледенения. В одной только Северной Америке число озер исчисляется сотнями тысяч.

Впадины создаются ледником несколькими способами. Одни образуются в результате частичного удаления движущимся льдом трещиноватых коренных пород. Другие представляют собой понижения неровной поверхности ледниковых отложений. Третьи представляют собой речные долины, подпруженные ледниковыми отложениями. (Такое происхождение, по крайней мере частично, имеют Великие озера Америки.) Множество мелких впадин образовалось в результате вытаивания глыб льда размером от нескольких метров до десятков километров в поперечнике, которые были погребены под ледниковыми отложениями. Когда такая глыба вытаивает, образуется впадина, в которую проседают залегавшие ранее на льду отложения. Среди многих тысяч озер штата Миннесота многие именно такого происхождения.

Более слабые колебания климата

Климат после 1800 г. Данные измерений температур, производившихся правительственными учреждениями в большинстве стран, показывают изменения температур с начала XIX в. В самом общем виде эти изменения приведены на кривой рисунка 64. Она свидетельствует о том, что за последние сто лет средние годовые температуры увеличивались более чем на полградуса Цельсия, причем это увеличение шло неравномерно. Оно затронуло большую часть планеты, как тропические, так и высокие широты, как северное, так и южное полушарие. Затем, после 1940 г., начался период похолодания. Температуры понизились, и к 1970 г. достигли того уровня, который наблюдался около 1920 г. Таким образом, устанавливается тот факт, что климаты Земли не являются чем-то постоянным и неизменным, но подвергаются существенным изменениям. Теплые зимы и жаркие летние сезоны, отмечавшиеся в 30-х годах двадцатого века на западе США, представляются частью общего потепления климата, проявлявшегося в широких масштабах.

Не удивительно, что летопись колебаний размеров небольших ледников в горах Северной Америки и в Альпах обнаруживает сходство с температурной кривой (рис. 64). Измерения, проведенные на одних и тех же ледниках в течение ряда лет, показывают, что в промежутке между концом XIX в. и серединой XX в. многие ледники в целом сократились. Но приблизительно с 1950 г. некоторые ледники снова начали увеличиваться. Их режим отражает изменение тенденции, которое устанавливается по температурной кривой, но пока еще прошло слишком мало времени, чтобы можно было судить, изменилось ли направление развития ледников.

Рис. 64. Кривая колебаний температур (средних для периодов в пять лет)

Климат за последнюю 1000 лет . Измерения температур с помощью термометра начали производиться лишь незадолго до начала XVIII в., но общее представление о колебаниях температуры в широких масштабах в Европе, а также в Японии за последнюю тысячу лет можно получить, используя различные косвенные методы. Различные данные показывают, что приблизительно с XI по XIII в. климат был теплее, чем когда-либо с тех пор. Это был "период викингов" - время, когда лето было настолько теплым и сухим и когда северные моря были настолько свободны от плавучих льдов, что норвежцы могли повсюду плавать в небольших лодках. Они даже основали на юге Гренландии колонии с населением в 3000 человек или несколько больше, торговавшие с Европой продуктами сельского хозяйства. Однако приблизительно после 1500 г. торговля прекратилась и сообщение с Европой почти прервалось. Колонии оказались изолированными, и в XVIII в. прибывший туда корабль не обнаружил потомков поселенцев этой некогда процветавшей колонии.

Проведенные в XX в. археологические исследования ста погребений на кладбище одной из колоний помогли восстановить часть позднейшей истории колонии. Грунт в месте захоронений был мерзлым, как это наблюдается сейчас в большинстве арктических районов, хотя очевидно, что в то время, когда производилось погребение, он не был мерзлым. Останки принадлежали молодым людям, что указывает на малую продолжительность жизни, небольшого роста, что в сочетании с деформацией скелетов и необычно сильно разрушенными зубами предполагает плохое питание. Вполне вероятно, что эти люди умирали от болезней, голода и других причин, явившихся результатом длительного постепенного ухудшения климата.

После "периода викингов" и до XVII в. повсеместно в Европе ощущалось общее снижение температуры. В Норвегии и в Альпах жители горных селений были вынуждены отступить перед надвигавшимися ледниками. Снизилась постепенно и нижняя граница древесной растительности в Альпах, перестали давать урожаи и были заброшены виноградники в горах Германии. Зимы стали длиннее и холоднее. Каждый, кто внимательно рассматривал голландские пейзажи XVII в., помнит, что многие из них изображают зимние сцены, где люди катаются на коньках по замерзшим каналам. В наше время такое встретишь не часто.

Суммируя вышесказанное, можно отметить, что летопись изменений климата за последнюю тысячу лет включает как ранний "период викингов", который был теплее современного, так и позднейший холодный период, который был холоднее современного. Потепление, отмечавшееся в начале настоящего столетия, ознаменовало конец этого очень холодного периода. В целом приведенные данные подтверждают изменчивость климатов.

Последние 10 000 лет . В Швеции, Финляндии и других северных странах растительность распределена в виде ясно выраженных зон, которые в основном определяются температурой (вспомним рис. 35). Территория этих стран испещрена озерными впадинами, созданными великими ледниками прошлого, как было описано выше. Возраст почти всех впадин моложе 15 000 лет, а многих моложе 10 000 лет (рис. 63). Некоторые озера целиком заполнились отложениями, преимущественно остатками растений в виде торфа, и превратились в болота. Другие, хотя все еще остаются озерами, постепенно заполняются торфом. Отложения включают не только стебли и листья растений, но также большое количество пыльцы от растений, растущих вокруг озера.

Ученые предполагали, что, пробурив скважину в торфяных отложениях, заполняющих болото или озеро, и определив растения, встречающиеся в каждом слое, они смогут в деталях восстановить смену растительности, окружавшей озеро (рис. 65). Изменение состава растительности при переходе от одного слоя к другому должно было бы отражать изменение климата, начавшееся с таяния ледника. Они ожидали, что растительность будет меняться от тундровой в нижних горизонтах (представленной арктическими травами и кустарниками, произраставшими вблизи ледника) до современной древесной растительности в верхней части разреза.

Рис. 65. Болото, занимающее впадину в ледниковых отложениях, в котором ежегодно отлагается пыльца растений, произрастающих в окрестностях. Постепенно в нем накапливаются слои опавших листьев, стеблей и других растительных остатков, образующие торф

Проделав этот эксперимент, ученые обнаружили и определили ископаемые растения (главным образом по пыльце), но были удивлены изменением растительности снизу вверх. Растительность изменялась от тундровой к еловым и пихтовым лесам, затем к березовым и сосновым лесам и далее к дубу, буку, ольхе и орешнику, показывая, таким образом, постепенное потепление. Но выше, в верхних слоях, эти растения снова сменялись березой и сосной, которые главным образом и произрастают здесь в настоящее время. Дуб, бук и орешник сейчас растут гораздо южнее. Однако радиоуглеродная датировка слоя, содержащего дуб, бук и орешник, показывает, что этот слой образовался около 5000 лет назад.

В таком случае очевидно, что самый теплый климат был около 5000 лет назад (3000 лет до н. э.). В это время средние температуры были выше современных (в тех же точках) приблизительно на 1° С. Затем тенденция изменений климата сменилась на противоположную, климат стал влажнее и холод-неб, дубовые деревья, окружавшие болото, погибли и сменились березой и сосной. Таким образом, мы получили еще одно надежное свидетельство колебаний климата; вместо того чтобы становиться постепенно теплее со времени начала таяния ледников периода великого оледенения, климат 5000 лет назад стал более сухим и теплым, чем в настоящее время. В то время ледники в Альпах и Скалистых горах были менее многочисленны и меньше по размерам. Многие из современных ледников начали образовываться менее 5000 лет назад и, таким образом, представляют собой "современные" ледники, а не остатки ледников последней ледниковой эпохи (Изменения климата и размеров ледников происходят непрерывно. Похолодание и увеличение ледников были в XVIII - начале XIX вв. ("малый ледниковый период"), в 40-60-х годах XIX в. (незначительное), потепление в 1920-1940-х годах, в 1970-х годах (незначительное). - Прим. ред ).

Будущее

Ученым, которые занимаются вопросом истории климата, часто задают два вопроса. Первый из них: "Будет ли новое оледенение?", и второй: "Если будет, то когда?" Легче всего ответить на первый вопрос. Большинство ученых согласно с тем, чтобы сказать: "Да, вероятно", потому что за последние два миллиона лет произошло уже несколько оледенений, а главные условия, необходимые для возникновения оледенения, - поднятие суши, многочисленные горы и присутствие обширного ледяного щита на Южном полюсе - все еще существуют.

Гораздо менее ясен будет ответ на второй вопрос. Имеющаяся у нас информация о климатах все еще недостаточно точна, чтобы судить о том, существует ли четкая закономерность в повторяемости оледенений. Если бы мы знали, что такая закономерность существует, и могли бы измерить интервалы между оледенениями прошлого, тогда можно было бы предсказать, что сулит нам климат будущего. Может быть, такое предсказание и станет возможным в будущем, но в настоящее время оно невозможно.

Литература

Flint R. F. 1971, Glacial and Quaternary geology: John Wiley & Sons, New York. Есть русский перевод: Флинт РФ., Ледники и палеогеография плейстоцена, М., ИЛ, 1963.

Hovgaard William, 1925, The Norsemen in Greenland: "Georg. Rev.", v. 15, p. 605-616.

Lamb H. H., 1965, The early medieval warm epoch and its sequel: Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, v. 1, p. 13-37.

Pjst Austin, LaChapelle E. R., 1971, Glacier ice: The Mountaineers: University of Washington Press, Seattle.

Schwarzbach Martin, 1963, Climates of the past: D. Van Nostrand Company, Princeton, N. J. Есть русский перевод: Шварцбах М., Климаты прошлого, М., ИЛ, 1955.

Детальное изучение ледниковых отложений позволило установить важнейшее свойство оледенений - их периодичность. Практически все континенты нашей планеты в разное время в значительной мере, а иногда и целиком, покрывались мощными ледниками.

В настоящее время в истории Земли выделяется четыре крупных оледенения: докембрийское; позднеордовикское; пермско-каменноугольное; кайнозойское.

Определение абсолютного возраста протерозойских тиллитов показало их резкую разновозрастность - от 2 млрд до 570 млн лет, что дало основание английскому исследователю Г. Янгу говорить по крайней мере о трех самостоятельных оледенениях.

Первое, самое древнее докембрийское оледенение - нижнепротерозойское - произошло около 2,5 млрд лет назад. Следы его сохранились в Канаде, Южной Америке, Южной Африке, Карелии, Индии, Австралии в виде тиллитов, штриховок и отполированного ложа, оставленного движущимися ледниками.

Второе, верхнепротерозойское оледенение (1,5 млрд лет назад) оставило следы в экваториальной и Южной Африке и в Австралии.

В конце протерозоя, в венде (620-650 млн лет назад) произошло третье докембрийское наиболее грандиозное - скандинавское оледенение. Следы его обнаружены почти на всех материках, начиная от Шпицбергена и Гренландии и кончая экваториальной Африкой и Австралией.

В палеозое было два оледенения. Первое оледенение началось в ордовикский период 480 млн лет назад и продолжалось до силура в течение 40 млн лет. Ледниковые отложения этого возраста найдены в Южной Америке, в Африке - на территории Марокко, Ливии, в Испании, Франции и Скандинавии. По результатам реконструкции древнего континента Гондваны, центр оледенения (Южный полюс Земли в те времена) находился вблизи западного побережья центральной Африки, и площадь оледенения составляла более 21 млн км2, что в 1,5 раза превышало площадь современной Антарктиды.

Второе оледенение палеозоя, которое иногда по масштабности охвата огромных территорий (оно охватило почти все страны южного полушария) называют великим - пермско-каменноугольное (или гондванское), началось в карбоне и продолжалось до конца пермского периода. По современным определениям абсолютного возраста, оно длилось около 100 млн лет. Считают, что центр этого оледенения находился на территории Южной Африки. Его следы в виде толщ тиллитов, мощность которых достигает 1000 м, бараньи лбы, штрихованные скалы присутствуют на территории Африки, Южной Америки, Австралии, Индии, Антарктиды, которые входили в состав когда-то единого континента - Гондваны.

Наиболее изученными являются древние четвертичные оледенения. В четвертичный (антропогеновый) период мощные материковые льды покрывали огромные площади на территории России, Западной Европы и Америки. Большинством исследователей признается многократность четвертичных оледенений, общая площадь которых составляла около 45 млн км2 (30% всей суши), т е. почти в три раза больше площади современного оледенения. Изучение характера и состава ледниковых отложений показывает, что эпохи оледенения перемежались с межледниковьями.

На территории Западной Европы лучше всего ледниковые отложения изучены в Альпах. А. Пенк и Э. Брюннер установили там четыре оледенения, и впоследствии некоторые уточнения внес Дж. Брайан. Периодизацией оледенений в Северной Америке занимался Ф. Флинт. Данные сопоставления оледенений и межледниковий приведены в табл. 17.1.

Для европейской части России в настоящее время принята схема периодизации оледенений И.П. Герасимова и К.К. Маркова (см. табл. 17.1). С некоторыми уточнениями других исследователей выделяются пять материковых оледенений: окское (нижний плейстоцен), днепровское и московское (средний плейстоцен) и валдайское, которое подразделяют на два самостоятельных оледенения - калининское и осташковское (рис. 17.13). He исключена возможность выделения еще более древних оледенений, чем окское, в нижнем плейстоцене и плиоцене. Следы такого оледенения, названного литовским, обнаружены на территории Прибалтики. Все ледниковые периоды отделены друг от друга межледниковьями (снизу вверх): лихвинским между окским и днепровским, одинцовским между днепровским и московским, микулинским между московским и калининским; мологошекснинским между калининским и осташковским оледенениями.

Древние четвертичные оледенения охватывали огромные пространства России, Западной Европы, Северной Америки, Антарктиды и других территорий. В Европе центром оледенения была Скандинавия, где толщина ледникового покрова достигала 2,5-3 км. Максимальным по площади распространения было днепровское оледенение, охватившее весь север Западной Европы, а на территории европейской части России ледники спускались по долинам Днепра и Дона южнее Киева, Харькова, Саратова.

Подробно изучены следы плейстоценовых оледенений на территории Северного Прибайкалья и Станового Нагорья. Исследователями Д.-Д.Б. Базаровым и другими приводятся следующие убедительные факты, свидетельствующие о многократности ледниковых эпох плейстоцена: последовательная вложенность трогов; количество конечных и боковых морен (их минимум три); их различная высота и морфологическая выраженность; наползание одних морен на другие; ярусное расположение каров и разная степень их сохранности; глубокий размыв, отделяющий следы одного оледенения от другого, - все это говорит в целом о трех самостоятельных этапах оледенений, разделенных межледниковьем. Первое оледенение было максимальным и относилось к среднему плейстоцену. Его можно сопоставить с самаровским оледенением Западной Сибири. Относительно возраста второго есть разные суждения. Его сопоставляют с тазовским (конец среднего плейстоцена) или зырянским (позднеплейстоценовым) оледенением. Последнее, вероятнее всего произошло в позднем плейстоцене и является аналогом сартанского оледенения.

Факты, подтверждающие оледенение Баргузинского хребта, приводит В.В. Ламакин, описывающий сильно развитые морены побережья Байкала вдоль всей береговой линии. Распространение нижней морены показывает, что ледники образовали на побережье Байкала широкие предгорные щиты, состоящие из целой группы ледников, спускавшихся по соседним долинам Баргузинского хребта. Мощность ледников местами достигала 500 м. По-видимому, от последней эпохи позднеплейстоценового оледенения сохранились небольшие ледники на Байкальском, Баргузинском и Кодарском хребтах.

Древнейшие ледниковые отложения, известные на сегодняшний день, имеют возраст около 2,3 млрд, лет, что соответствует нижнему протерозою геохронологической шкалы.

Они представлены окаменевшими основными моренами свиты Гоуганда на юго-востоке Канадского щита. Наличие в них типичных валунов утюгообразной и каплевидной формы с пришлифовками, а также залегание на покрытом штриховкой ложе свидетельствует об их ледниковом происхождении. Если основная морена в англоязычной литературе обозначается термином till, то более древние ледниковые отложения, прошедшие стадию литификации (окаменения), принято именовать тиллитами . Облик тиллитов имеют и отложения свит Брюс и Рамсей-Лейк, также имеющих нижнепротерозойский возраст и развитых на Канадском щите. Этот мощный и сложно построенный комплекс перемежающихся ледниковых и межледниковых отложений условно отнесен к одной ледниковой эпохе, получившей название гуронской.

С гуронскими тиллитами сопоставляются отложения серии Биджавар в Индии, серий Трансвааль и Витватерсранд в Южной Африке и серии Уайтватер в Австралии. Следовательно, есть основания говорить о планетарном масштабе нижнепротерозойского оледенения.

По мере дальнейшего развития Земли она пережила несколько столь же крупных ледниковых эпох, причем чем ближе к современности они имели место, тем большей суммой данных об их особенностях мы располагаем. После гуронской эпохи выделяются гнейсеская (около 950 млн. лет назад), стертская (700, возможно, 800 млн. лет назад), варангская, или, по другим авторам, вендская, лапландская (680-650 млн. лет назад), затем ордовикская (450-430 млн. лет назад) и, наконец, наиболее широко известная позднепалеозойская гондванская (330-250 млн. лет назад) ледниковые эпохи. Несколько особняком в этом списке стоит позднекайнозойский ледниковый этап, начавшийся 20-25 млн. лет назад, с появлением антарктического ледникового покрова и, строго говоря, продолжающийся по сей день.

По данным советского геолога Н. М. Чумакова, следы вендского (лапландского) оледенения найдены в Африке, Казахстане, в Китае и в Европе. Например, в бассейне среднего и верхнего Днепра буровыми скважинами вскрыты прослои тиллитов в несколько метров мощностью, относящиеся к этому времени. По направлению движения льдов, реконструированному для вендской эпохи, можно сделать предположение о том, что центр Европейского ледникового покрова в это время находился где-то в районе Балтийского щита.

Гондванская ледниковая эпоха привлекает к себе внимание специалистов на протяжении почти целого столетия. Еще в конце прошлого века геологи обнаружили на юге Африки, возле бурского поселения Нойтгедахт, что в бассейне р. Вааль, отлично выраженные ледниковые мостовые со следами штриховки на поверхности полого-выпуклых «бараньих лбов», сложенных докембрийскими породами. Это было время борьбы между теорией дрифта и теорией покровного оледенения, и основное внимание исследователей было приковано не к возрасту, а к признакам ледникового происхождения этих образований. Ледниковые шрамы Нойтгедахта, «курчавые скалы» и «бараньи лбы» были так хорошо выражены, что изучавший их в 1880 г. известный единомышленник Ч. Дарвина А. Уоллес считал их принадлежащими к последней ледниковой эпохе.

Несколько позже был установлен позднепалеозойский возраст оледенения. Были обнаружены ледниковые отложения, залегающие под углистыми сланцами с остатками растений каменноугольного и пермского периодов. В геологической литературе эта толща получила название серии двайка. В начале нашего столетия известный немецкий специалист по современному и древнему оледенению Альп А. Пенк, лично убедившийся в удивительном сходстве этих отложений с молодыми альпийскими моренами, сумел убедить в этом и многих своих коллег. Кстати, именно Пенком был предложен термин «тиллит».

Пермокарбоновые ледниковые отложения были обнаружены на всех континентах Южного полушария. Это тиллиты Талчир, открытые в Индии еще в 1859 г., Итараре в Южной Америке, Куттунг и Камиларон в Австралии. Найдены следы гондванского оледенения и на шестом континенте, в Трансантарктических горах и горах Элсуэрта. Следы синхронного оледенения всех этих территорий (за исключением тогда еще не исследованной Антарктиды) послужили для выдающегося немецкого ученого А. Вегенера аргументом при выдвижении гипотезы о дрейфе континентов (1912-1915 гг.). Его довольно немногочисленные предшественники указывали на сходство очертаний западного берега Африки и восточного берега Южной Америки, которые напоминают как бы разорванные надвое и удаленные друг от друга части единого целого.

Неоднократно указывалось и на сходство позднепалеозойского растительного и животного мира этих материков, на общность их геологического строения. Но именно идея об одновременном и, вероятно, едином оледенении всех материков Южного полушария заставила Вегенера выдвинуть концепцию Пангеи - великого праматерика, расколовшегося на части, которые затем начали дрейфовать по земному шару.

По современным представлениям, южная часть Пангеи, получившая название Гондваны, раскололась около 150-130 млн. лет назад, в юрском и начале мелового периода. Выросшая из догадки А. Вегенера современная теория глобальной тектоники плит позволяет удачно объяснить все известные на сегодняшний день факты о позднепалеозойском оледенении Земли. Вероятно, Южный полюс в это время находился близко к середине Гондваны и ее значительная часть была покрыта огромным ледяным панцирем. Детальное фациальное и текстурное изучение тиллитов позволяет предположить, что область его питания находилась в Восточной Антарктиде и, возможно, где-то в районе Мадагаскара. Установлено, в частности, что при совмещении контуров Африки и Южной Америки направление ледниковой штриховки на обоих континентах совпадает. Совместно с другими литологическими материалами это свидетельствует о движении гондванских льдов из Африки в Южную Америку. Восстановлены и некоторые другие крупные ледниковые потоки, существовавшие в эту ледниковую эпоху.

Оледенение Гондваны закончилось в пермском периоде, когда праматерик еще сохранял свою целостность. Возможно, это было связано с миграцией Южного полюса в направлении Тихого океана. В дальнейшем глобальные температуры продолжали постепенно увеличиваться.

Триасовый, юрский и меловой периоды геологической истории Земли характеризовались довольно ровными и теплыми климатическими условиями на большей части планеты. Но во второй половине кайнозоя, около 20-25 млн. лет назад, льды снова начали свое медленное наступление на Южном полюсе. К этому времени Антарктида заняла положение, близкое к современному. Движение осколков Гондваны привело к тому, что рядом с южным полярным материком не осталось значительных участков суши. Вследствие этого, по данным американского геолога Дж. Кеннета, в океане, окружающем Антарктиду, возникло холодное циркумполярное течение, еще более способствовавшее изоляции этого материка и ухудшению его климатических условий. Возле Южного полюса планеты начали накапливаться льды самого древнего из доживших до наших дней оледенения Земли.

В Северном полушарии первые признаки позднекайнозойского оледенения, по оценкам различных специалистов, имеют возраст от 5 до 3 млн. лет. Говорить о сколько-нибудь заметных смещениях в положении материков за такой короткий по геологическим меркам отрезок времени не приходится. Поэтому причину новой ледниковой эпохи следует искать в глобальной перестройке энергетического баланса и климата планеты.

Классическим районом, на примере которого в течение десятилетий изучалась история ледниковых эпох Европы и всего Северного полушария, являются Альпы. Близость к Атлантическому океану и Средиземному морю обеспечивала хорошую влагообеспеченность альпийских ледников, и они чутко реагировали на похолодания климата резким увеличением своего объема. В начале XX в. А. Пенк, исследовав геоморфологическое строение альпийских предгорий, пришел к выводу о четырех крупных ледниковых эпохах, пережитых Альпами в недавнем геологическом прошлом. Эти оледенения получили следующие названия (от самого древнего к самому молодому): гюнц, миндель, рисс и вюрм. Их абсолютный возраст в течение долгого времени оставался неясным.

Примерно в это же время из различных источников стали поступать сведения о том, что и равнинные территории Европы неоднократно испытывали наступание льдов. По мере накопления фактического материала позиции полигляциализма (концепции множественности оледенений) становились все прочнее. К 60-м гг. нашего века широкое признание в нашей стране и за рубежом получила схема четырехкратного оледенения европейских равнин, близкая к альпийской схеме А. Пенка и его соавтора Э. Брюкнера.

Естественно, наиболее хорошо изученными оказались отложения последнего ледникового покрова, сопоставляемого с вюрмским оледенением Альп. В СССР он получил название валдайского, в Центральной Европе - вислинского, в Англии - девенсийского, в США - висконсинского. Валдайскому оледенению предшествовало межледниковье, по своим климатическим параметрам близкое к современным условиям или чуть более благоприятное. По названию опорного размера, в котором были вскрыты отложения этого межледниковья (с. Микулино Смоленской области) в СССР оно получило название микулинского. По альпийской схеме этот отрезок времени именуется рисс-вюрмским интергляциалом.

До начала микулинского межледникового века Русская равнина была покрыта льдами московского оледенения, которому, в свою очередь, предшествовало рославльское межледниковье. Следующей по счету ступенькой вниз было днепровское оледенение. Оно считается максимальным по своим размерам и по традиции увязывается с рисской ледниковой эпохой Альп. До днепровского ледникового века на территории Европы и Америки существовали теплые и влажные условия лихвинского межледниковья. Отложения лихвинской эпохи подстилаются довольно плохо сохранившимися осадками окского (миндельского по альпийской схеме) оледенения. Доокское теплое время некоторыми исследователями считается уже не межледниковой, а доледниковой эпохой. Но в последние 10-15 лет появляется все больше сообщений о новых, более древних ледниковых отложениях, вскрытых в различных точках Северного полушария.

Синхронизация и увязка этапов развития природы, восстановленных по различным исходным данным и в различных по своему географическому положению точках земного шара представляет собой очень серьезную проблему.

Факт закономерного чередования ледниковых и межледниковых эпох в прошлом мало у кого из исследователей сегодня вызывает сомнения. Но причины такого чередования еще не выяснены окончательно. Решению этой задачи мешает прежде всего отсутствие строго достоверных данных о ритмике природных событий: сама по себе стратиграфическая шкала ледникового периода вызывает большое число критических замечаний и пока не существует ее надежно проверенного варианта.

Сравнительно надежно установленной можно считать лишь историю последнего ледниковомежледникового цикла, начавшегося после деградации льдов рисского оледенения.

Возраст рисской ледниковой эпохи оценивается в 250-150 тыс. лет. Последовавшее за ним микулинское (рисс-вюрмское) межледниковье достигло своего оптимума около 100 тыс. лет назад. Примерно 80-70 тыс. лет назад на всем земном шаре фиксируется резкое ухудшение климатических условий, знаменующее собой переход к вюрмскому ледниковому циклу. В этот период в Евразии и Северной Америке деградируют широколиственные леса, сменяясь ландшафтом холодной степи и лесостепи, происходит быстрая смена фаунистических комплексов: в них ведущее место занимают холодовыносливые виды - мамонт, волосатый носорог, гигантский олень, песец, лемминг. В высоких широтах увеличиваются в объеме старые ледниковые шапки и растут новые. Вода, необходимая для их образования, убывает из океана. Соответственно начинается понижение его уровня, которое фиксируется по лестнице морских террас на ныне затопленных участках шельфа и на островах тропической зоны. Охлаждение океанических вод находит свое отражение в перестройке комплексов морских микроорганизмов - например, вымирают фораминиферы Globorotalia menardii flexuosa. Вопрос о том, как далеко продвигались в это время материковые льды, пока остается дискуссионным.

Между 50 и 25 тыс. лет назад природная обстановка на планете вновь несколько улучшилась - наступил сравнительно теплый средневюрмский интервал. И. И. Краснов, А. И. Москвитин, Л. Р. Серебрянный, А. В. Раукас и некоторые другие советские исследователи, хотя в деталях их построения довольно существенно отличаются друг от друга, все же склонны сопоставлять этот отрезок времени с самостоятельным межледниковьем.

Такому подходу, однако, противоречат данные В. П. Гричука, Л. Н. Вознячука, Н. С. Чеботаревой, которые, исходя из анализа истории развития растительности в Европе, отрицают существование крупного покровного ледника в раннем вюрме и, следовательно, не видят основания для выделения средневюрмской межледниковой эпохи. С их точки зрения, раннему и среднему вюрму соответствует растянутый во времени период перехода от микулинского межледниковья к валдайскому (поздневюрмскому) оледенению.

По всей вероятности, этот спорный вопрос будет решен в недалеком будущем благодаря все более широкому применению методов радиоуглеродного датирования.

Около 25 тыс. лет назад (по мнению некоторых ученых, несколько раньше) началось последнее материковое оледенение Северного полушария. По данным А. А. Величко, это было время самых суровых климатических условий за весь ледниковый период. Интересный парадокс: самый холодный климатический цикл, термический минимум позднего кайнозоя, сопровождался самым незначительным по площади оледенением. К тому же и по длительности это оледенение было весьма непродолжительным: достигнув максимальных пределов своего распространения 20-17 тыс. лет назад, оно исчезло уже через 10 тыс. лет. Точнее, по данным, обобщенным французским ученым П. Беллэром, последние фрагменты европейского ледникового покрова распались в Скандинавии между 8 и 9 тыс. лет назад, а американский ледниковый щит полностью растаял всего лишь около 6 тысячелетий назад.

Своеобразный характер последнего материкового оледенения определялся не чем иным, как чрезмерно холодными климатическими условиями. По данным палеофлористического анализа, обобщенным голландским исследователем Ван дер Хамменом с соавторами, средние температуры июля в Европе (Голландия) в это время не превышали 5°С. Среднегодовые температуры в умеренных широтах уменьшались примерно на 10°С по сравнению с современными условиями.

Как это ни странно, излишний холод препятствовал развитию оледенения. Во-первых, он увеличивал жесткость льда и, следовательно, затруднял его растекание. Во-вторых, и это главное, холод сковал поверхность океанов, образовав на них ледяной покров, спускавшийся от полюса почти до субтропиков. По оценке А. А. Величко, в Северном полушарии его площадь в 2 с лишним раза превышала площадь современных морских льдов. В результате резко понизилась испаряемость с поверхности Мирового океана и соответственно влагообеспеченность ледников на суше. Одновременно возросла отражательная способность планеты в целом, что в еще большей степени способствовало ее охлаждению.

Особенно скудный режим питания был у европейского ледникового покрова. Оледенение Америки, получавшее питание из незамерзших частей Тихого и Атлантического океанов, находилось в гораздо более благоприятных условиях. Этим и была обусловлена его значительно большая площадь. В Европе ледники этой эпохи доходили до 52° с. ш., в то время как на Американском континенте они спускались на 12° южнее.

Анализ истории позднекайнозойских оледенений Северного полушария Земли позволил специалистам сделать два важных вывода:

1. Ледниковые эпохи в недавнем геологическом прошлом повторялись неоднократно. На протяжении последних 1,5-2 млн. лет Земля пережила по меньшей мере 6-8 крупных оледенений. Это свидетельствует о ритмичном характере колебаний климата в прошлом.

2. Наряду с ритмично-колебательными изменениями климата отчетливо прослеживается тенденция к направленному похолоданию. Иначе говоря, каждое последующее межледниковье оказывается прохладнее предыдущего, а ледниковые эпохи становятся все суровее.

Эти выводы касаются только природных закономерностей и не учитывают значительного техногенного влияния на окружающую среду.

Естественно, возникает вопрос о том, какие перспективы сулит для человечества такое развитие событий. Механическая экстраполяция кривой природных процессов в будущее заставляет нас ожидать в течение ближайших нескольких тысячелетий начала новой ледниковой эпохи. Не исключено, что такой намеренно упрощенный подход к составлению прогноза окажется верным. В самом деле, ритм климатических колебаний становится все короче и современная межледниковая эпоха должна скоро кончиться. Это подтверждается еще и тем, что климатический оптимум (наиболее благоприятные климатические условия) послеледниковья уже давно миновал. В Европе оптимальные природные условия имели место 5-6 тыс. лет назад, в Азии, по данным советского палеогеографа Н. А. Хотинского, - еще раньше. На первый взгляд есть все основания считать, что климатическая кривая опускается к новому оледенению.

Однако это далеко не так просто. Для того чтобы всерьез судить о будущем состоянии природы, мало знать основные этапы ее развития в прошлом. Необходимо выяснить механизм, определяющий чередование и смену этих этапов. Сама по себе кривая температурных изменений не может в данном случае служить аргументом. Где гарантия, что с завтрашнего дня спираль не начнет раскручиваться в противоположную сторону? И вообще можем ли мы быть уверены, что чередование оледенений и межледниковий отражает какую-то единую закономерность развития природы? Возможно, каждое оледенение в отдельности имело свою независимую причину, и, следовательно, для экстраполяции обобщающей кривой в будущее вообще нет никаких оснований… Это предположение выглядит маловероятным, но и его приходится иметь в виду.

Вопрос о причинах оледенений возник практически одновременно с самой ледниковой теорией. Но если фактологическая и эмпирическая часть этого направления науки за минувшие 100 лет достигла огромного прогресса, то теоретическое осмысление полученных результатов, к сожалению, шло главным образом в направлении количественного прибавления идей, объясняющих такое развитие природы. Поэтому в настоящее время нет общепринятой научной теории этого процесса. Соответственно нет и единой точки зрения на принципы составления долгосрочного географического прогноза. В научной литературе можно встретить несколько описаний гипотетических механизмов, определяющих ход глобальных колебаний климата. По мере накопления нового материала о ледниковом прошлом Земли значительная часть предположений о причинах оледенений отбрасывается и остаются лишь наиболее приемлемые варианты. Вероятно, среди них и следует искать окончательное решение проблемы. Палеогеографические и палеогляциологические исследования, хотя и не дают прямого ответа на интересующие нас вопросы, тем не менее служат практически единственным ключом к познанию природных процессов глобального масштаба. В этом и состоит их непреходящее научное значение.

Существует несколько гипотез о причинах возникновения оледенений. Факторы, положенные в основу этих гипотез, можно подразделить на астрономические и геологические. К астрономическим факторам, вызывающим похолодание на земле, относятся:

1. Изменение наклона земной оси
2. Отклонение Земли от ее орбиты в сторону удаления от Солнца
3. Неравномерное тепловое излучение Солнца.

К геологическим факторам относят процессы горообразная, вулканическую деятельность, перемещение материков.
Каждая из гипотез имеет свои недостатки. Так гипотеза, связывающая оледенение с эпохами горообразования, не объясняет отсутствие оледенения в мезозое, хотя в эту эр горообразовательные процессы были достаточно активны.
Активизация вулканической деятельности, по мнению одних ученых, приводит к потеплению климата на земле, по мнению других к похолоданию. Согласно гипотезе перемещения материков огромные участки суши на протяжении истории развития земной коры периодически переходили из области теплого климата в области холодного климата, и наоборот.

За время геологической истории планеты, насчитывающей более 4 млрд. лет, Земля испытала несколько периодов оледенения. Древнейшее Гуронское оледенение имеет возраст 4,1 - 2,5 млрд. лет, Гнейсесское - 900 - 950 млн. лет. Далее ледниковые периоды повторялись довольно регулярно: Стертское - 810 - 710, Варангское - 680 - 570, Ордовикское - 410 - 450 млн. лет назад. Предпоследний ледниковый период на Земле был 340 - 240 млн. лет назад и назывался Гондванским. Сейчас на Земле очередной ледниковый период, называемый Кайнозойским, который начался 30 - 40 млн. лет назад с появления антарктического ледникового покрова. Человек появился и живет в ледниковом периоде. В последние несколько миллионов лет оледенение Земли то разрастается, и тогда значительные территории в Европе, Северной Америке и частич но в Азии оказываются заняты покровными ледниками, то сокращается до тех размеров, которые существуют сегодня. Для последнего миллиона лет выявлено 9 таких циклов. Обычно период разрастания и существования ледниковых покровов в Северном полушарии примерно в 10 раз продолжительнее, чем период разрушения и отступания. Периоды отступания ледников называют межледниковьем. Сейчас мы живем в период очередного межледниковья, которое называется голоцен.

Центральная проблема криологии Земли - выявление и изучение общих закономерностей оледенения нашей планеты. Криосфера Земли испытывает как непрерывные сезонно-периодические колебания, так и многовековые изменения.

В настоящее время Земля прошла ледниковую эпоху и находится в межледниковом периоде. Но что будет дальше? Каков прогноз процесса оледенения Земли? Не может ли в ближайшее время начаться новое наступление ледников?

Ответы на эти вопросы волнуют не только ученых. Оледенение Земли-гигантский планетарный процесс, который небезразличен для всего человечества. Чтобы найти ответ на эти вопросы, нужно проникнуть в тайны оледенения, раскрыть закономерности развития ледниковых эпох, установить основные причины их возникновения.
Решению этих проблем были посвящены труды многих выдающихся ученых. Но сложность вопросов так велика, что, по мнению известного климатолога М. Шварцбаха, проникнуть в тайну оледенения практически невозможно.

Существует множество теорий и гипотез, которые пытаются раскрыть эту тайну. Не вдаваясь в подробности всех теорий и гипотез, можно объединить их в три основные группы.
Планетарные - где главной причиной наступления ледниковых периодов считаются существенные изменения, происходящие на планете: смещение полюсов, движение материков, процессы горообразования, которые сопровождаются изменением циркуляции воздушных и океанических течений и возникновением ледников, загрязнение атмосферы продуктами вулканической деятельности, изменение концентрации углекислоты и озона в атмосфере.

К планетарным гипотезам примыкают и астрономические гипотезы, объясняющие оледенение планеты изменением орбиты Земли, изменением угла наклона оси ее вращения, расстояния от Солнца и др.

Солнечные - гипотезы и теории, объясняющие возникновение эпох оледенения ритмичностью энергетических процессов, происходящих в недрах Солнца. В результате этих процессов происходят периодические изменения в количестве солнечной энергии, поступающей на Землю. Продолжительность этих периодов составляет несколько сот миллионов лет, что согласуется с периодичностью ледниковых эпох.

В первом приближении объясняется и ритмичность процессов наступления и отступления ледников внутри каждой ледниковой эпохи.

Космические гипотезы и теории. Согласно им, существуют космические факторы, которые позволяют объяснить цикличность изменения климата и наступления ледниковых эпох на Земле. К числу таких причин могут быть отнесены потоки лучистой энергии или потоки частиц, вызывающие изменение энергетических процессов как внутри Солнца, так и внутри Земли, облака космической пыли, частично поглощающие энергию Солнца, а также неизвестные еще нам факторы. Представляет, например, большой интерес гипотеза о возможности взаимодействия потока нейтрино с веществом земных недр. Заслуживает пристального внимания совпадение периода чередования ледниковых эпох (около 250 млн. лет) с периодом обращения Солнечной системы вокруг центра Галактики (220-230 млн. лет). Еще более поразительна близость (учитывая невысокую точность определения таких величин) этого периода с периодичностью (около 300 млн. лет) волн сгущения материи в рукавах нашей Галактики, которые возникают в результате выброса гигантских, вращающихся с огромной скоростью масс вещества из центра Галактики. Кстати, последняя волна этого ударного возмущения, прошедшая 60 млн. лет назад, удивительно совпадает с геологическим временем исчезновения гигантских пресмыкающихся рептилий в конце мелового периода мезозойской эры.

Думается, что понять и изучить динамику климата и возникновения ледниковых эпох возможно только на основе синтеза космических, солнечных и планетарных факторов.
Несколько слов, о прогнозе термической судьбы Земли, а точнее, о вероятностном ходе тепловых процессов в астрофизических масштабах времени.
К проблеме прогнозирования естественного хода оледенения нашей планеты тесно примыкает проблема искусственного изменения климата планеты. Перед учеными, занимающимися криологией, стоит задача - установить порог роста производства энергии на Земле, за которым могут наступить весьма нежелательные для человечества изменения физико-географической оболочки (затопление суши при таянии антарктических и других ледников, чрезмерное повышение температуры воздуха и протаивание мерзлых толщ Земли).

От чего же зависит понижение средней температуры Земли?

Высказывались предположения, что причина заключается в изменении количества тепла, получаемого от Солнца. Выше говорилось об 11-летней периодичности солнечного излучения. Возможно, существуют и более длительные периоды. В этом случае похолодания могут быть связаны с минимумами солнечного излучения. Повышенно или понижение температуры на Земле происходит и при неизменном количестве энергии, поступающей от Солнца, а также определяется составом атмосферы.
В 1909 г. С. Аррениус впервые подчеркнул огромную роль углекислого газа как регулятора температуры приповерхностных слоев воздуха. Углекислота свободно пропускает солнечные лучи к земной поверхности, но поглощает большую часть теплового излучения Земли. Она является колоссальным экраном, препятствующим охлаждению нашей планеты. Сейчас содержание в атмосфере углекислого газа не превышает 0,03%. Если эта цифра уменьшится вдвое, то средние годовые температуры в умеренных поясах снизятся на 4-5° С, что может привести к началу ледникового периода.

Изучение современной и древней вулканической деятельности позволило вулканологу И.В. Мелекесцеву связать похолодание и вызывающее его оледенение с увеличением интенсивности вулканизма. Хорошо известно, что вулканизм заметно влияет на земную атмосферу, изменяя ее газовый состав, температуру, а также загрязняя ее мелкораздробленным материалом вулканического пепла. Огромные массы пепла, измеряемые миллиардами тонн, выбрасываются вулканами в верхние слои атмосферы, а затем разносятся струйными течениями по всему земному шару. Через несколько суток после извержения в 1956 г. вулкана Безымянного его пепел был обнаружен в верхних слоях тропосферы над Лондоном. Пепловый материал, выброшенный во время извержения в 1963 г. вулкана Агунг на острове Бали (Индонезия), был найден на высоте около 20 км над Северной Америкой и Австралией. Загрязнение атмосферы вулканическим пеплом вызывает значительное уменьшение ее прозрачности и, следовательно, ослабление солнечной радиации на 10- 20% против нормы. Кроме того, частицы пепла служат ядрами конденсации, способствуя большому развитию облачности. Повышение облачности в свою очередь заметно уменьшает количество солнечной радиации. По расчетам Брукса, увеличение облачности с 50 (характерно для настоящего времени) до 60% привело бы к понижению среднегодовой температуры на земном шаре на 2° С.