Теории оледенения земли. Почему происходят оледенения земли

12 000 лет назад окончился последний ледниковый период. В самый суровый период оледенение грозило человеку вымиранием. Однако после схода ледника он не только выжил, но и создал цивилизацию.

Ледники в истории Земли

Последняя ледниковая эра в истории Земли – Кайнозойская. Она началась 65 миллионов лет назад и продолжается до сих пор. Современному человеку повезло: он живет в межледниковье, в один из самых теплых периодов жизни планеты. Далеко позади самая суровая ледниковая эра – позднепротерозойская.

Несмотря на глобальное потепление, ученые предсказывают наступление нового ледникового периода. И если настоящий наступит лишь через тысячелетия, то малый ледниковый период, который на 2-3 градуса снизит годовые температуры, может наступить довольно скоро.

Ледник стал настоящим испытанием человеку, заставив его изобретать средства для своего выживания.

Последний ледниковый период

Вюрмское или Вислинское оледенение началось примерно 110 000 лет назад и окончилось в десятом тысячелетии до нашей эры. Пик холодов пришелся на период 26-20 тысяч лет назад, завершающую стадию каменного века, когда ледник был наибольшим.

Малые ледниковые периоды

Даже после того, как растаяли ледники, история знала периоды заметных похолоданий и потеплений. Или, по-другому, – климатические пессимумы и оптимумы . Пессимумы иногда называют малыми ледниковыми периодами. В XIV-XIX веках, например, наступил малый ледниковый период, а на время Великого переселения народов приходился раннесредневековый пессимум.

Охота и мясная пища

Существует мнение, согласно которому предок человека был скорее падальщиком, так как не мог спонтанно занять вышестоящую экологическую нишу. А все известные орудия труда служили для разделки останков животных, которые были отобраны у хищников. Однако, вопрос о том, когда и почему человек начал охотиться до сих пор вызывает дискуссии.

В любом случае, благодаря охоте и мясной пище древний человек получал большой запас энергии, позволявший ему лучше выносить холода. Шкуры убитых животных использовались в качестве одежды, обуви и стен жилища, что увеличивало шансы выжить в суровом климате.

Прямохождение

Прямохождение появилось миллионы лет назад, и его роль была куда важнее, чем в жизни современного офисного работника. Освободив руки, человек мог заняться интенсивной постройкой жилища, производством одежды, обработкой орудий труда, добычей и сохранением огня. Прямоходящие предки свободно перемещались в открытой местности, и их жизнь уже не зависела от сбора плодов тропических деревьев. Уже миллионы лет назад они свободно передвигались на большие расстояния и добывали пищу в стоках рек.

Прямохождение сыграло коварную роль, но стало все же скорее преимуществом. Да, человек сам приходил в холодные регионы и приспосабливался к жизни в них, но в то же время мог найти как искусственные, так и природные укрытия от ледника.

Огонь

Огонь в жизни древнего человека изначально был неприятным сюрпризом, а не благом. Несмотря на это, предок человека сначала научился его «гасить», а уже позднее использовать для своих целей. Следы использования огня находят в стоянках, которым 1,5 миллиона лет. Это позволяло улучшить питание за счет приготовления белковой пищи, а также сохранять активность в ночное время. Это дополнительно увеличило время для создания условий выживания.

Климат

Кайнозойская ледниковая эра не была сплошным оледенением. Каждые 40 тысяч лет у предков людей было право на «передышку» – временные оттепели. В это время ледник отступал, а климат становился мягче. В периоды сурового климата естественными убежищами были пещеры или богатые флорой и фауной регионы. Например, юг Франции и Пиренейский полуостров служили убежищем множества ранних культур.

Персидский залив 20 000 лет назад представлял собой богатую лесами и травяной растительностью речную долину, поистине «допотопный» пейзаж. Здесь текли широкие реки, превосходящие по своим размерам Тигр и Ефрат в полтора раза. Сахара в отдельные периоды становилась влажной саванной. Последний раз такое произошло 9000 лет назад. Подтверждением этому могут служить наскальные рисунки, на которых изображено изобилие животных.

Фауна

Огромные ледниковые млекопитающие, например, бизон, шерстистый носорог и мамонт, стали важным и уникальным источником питания древних людей. Охота на таких больших животных требовала большой координации усилий и заметно сплотила людей. Эффективность «коллективной работы» еще не раз себя показала в строительстве стоянок и изготовлении одежды. Олени и дикие лошади у древних людей пользовались не меньшим «почетом».

Язык и общение

Язык был, пожалуй, главным лайфхаком древнего человека. Именно благодаря речи сохранялись и передавались из поколения в поколение важные технологии обработки орудий, добычи и поддержания огня, а также различные приспособления человека для повседневного выживания. Возможно на палеолитическом языке обсуждались детали охоты на крупных зверей и направления миграции.

Аллёрдское потепление

До сих пор ученые спорят: было ли вымирание мамонтов и других ледниковых животных делом рук человека или же вызвано естественными причинами – Аллёрдским потеплением и исчезновением растений кормовой базы. В результате истребления большого количества видов животных, человеку в суровых условиях грозила смерть от нехватки пищи. Известны случаи гибели целых культур одновременно с вымиранием мамонтов (например, культура Кловис в Северной Америке). Тем не менее, потепление стало важным фактором переселения людей в регионы, климат которых стал подходящим для зарождения земледелия.

Иногда можно слышать утверждение, что ледниковый период уже позади и человеку в дальнейшем не придется сталкиваться с этим явлением. Это было бы справедливо, если бы мы были уверены в том, что современное оледенение на земном шаре — всего лишь остаток Великого четвертичного оледенения Земли и неминуемо вскоре должно исчезнуть. На самом деле ледники продолжают оставаться одним из ведущих компонентов окружающей среды и вносят важный вклад в жизнь нашей планеты.

Образование горных ледников

По мере подъема в горы воздух становится все холоднее. На некоторой высоте зимний снег не успевает стаять за лето; из года в год он накапливается и дает начало ледникам. Ледник — это масса многолетнего льда преимущественно атмосферного происхождения, которая движется под действием силы тяжести и принимает форму потока, купола или плавучей плиты (если речь идет о покровных и шельфовых ледниках).

В верхней части ледника находится область аккумуляции, где идет накопление осадков, которые постепенно преобразуются в лед. Постоянное пополнение запасов снега, его уплотнение, перекристаллизация приводят к тому, что он превращается в крупнозернистую массу ледяных зерен — фирн, а затем под давлением выше лежащих слоев — в массивный глетчерный лед.

Из области аккумуляции лед перетекает в нижнюю часть — так называемую область абляции, где он расходуется преимущественно путем таяния. Верхняя часть горного ледника обычно представляет собой фирновый бассейн. Он занимает кар (или цирк — расширенное верховье долины) и имеет вогнутую поверхность. При выходе из цирка ледник нередко пересекает высокую устьевую ступень — ригель; здесь лед рассекают глубокие поперечные трещины и возникает ледопад. Дальше ледник сравнительно узким языком спускается вниз по долине. Жизнь ледника во многом определяется балансом его массы. При положительном балансе, когда приход вещества на леднике превышает его расход, масса льда увеличивается, ледник становится более активным, продвигается вперед, захватывает новые площади. При отрицательном — становится пассивным, отступает, освобождая из-подо льда долину и склоны.

Вечное движение

Величественные и спокойные, ледники в действительности находятся в непрестанном движении. Медленно текут вниз по склонам так называемые каровые и долинные ледники, растекаются от центра к периферии ледниковые щиты и купола. Это движение определяется силой тяжести и становится возможным благодаря свойству льда деформироваться под напряжением, Хрупкий в отдельных фрагментах, в обширных массивах лед приобретает пластические свойства, подобно застывшему вару, который колется, если по нему ударить, но медленно стекается по поверхности, будучи «сгруженным» в одном месте. Нередки и такие случаи, когда лед почти всей своей массой скользит по ложу или по другим слоям льда — это так называемое глыбовое скольжение ледников. Трещины формируются на одниx и тex же местах ледника, но так как в этом процессе участвуют каждый раз все новыe ледяные массы, то старые трещины, по мере перемещения льда от места их образования, постепенно «залечиваются», то есть смыкаются. Отдельные трещины протягиваются но леднике от нескольких десятков до многих сотен метров, их глубина достигает 20—30, а порой 50 метров и более.

Перемещение тысячетонных ледяных масс хоть и очень медленно, но производит огромную работу — за многие тысячи лет оно неузнаваемо преображает лик планеты. Сантиметр за сантиметром проползает лед по твердым каменным породам, оставляя на них борозды и шрамы, разламывая и унося их с собой. С поверхности Антарктического материка ледники ежегодно сносят слои горных пород толщиной в среднем 0,05 мм. Эта кажущаяся микроскопической величина вырастает уже до 50 м, если принять во внимание весь миллион лет четвертичного периода, когда Антарктический континент был наверняка покрыт льдом. У многих ледников Альп и Кавказа скорость движения льда — около 100 м в год. В более крупных ледниках Тянь-Шаня и Памира лед перемещается за год на 150—300 м, а на некоторых гималайских — до 1 км, то есть по 2—3 м за сутки.

Ледники имеют самые разные размеры: от 1 км в длину — у небольших каровых ледников, до десятков километров — у крупных долинных. Крупнейший в Азии ледник Федченко достигает в длину 77 км. В своем движении ледники переносят на многие десятки, а то и на сотни километров глыбы горных пород, упавших с горных склонов на их поверхность. Подобные глыбы носят название эрратических, то есть «блуждающих», валунов, состав которых отличается oт местных горных пород.

Такие валуны тысячами находят на равнинах Европы и Северной Америки, в долинах на выходе их из гор. Объем некоторых из них достигает нескольких тысяч кубометров. Известен, например, гигантский Ермоловский камень в русле Терека, на выходе из Дарьяльского ущелья Кавказа. Длина камня превышает 28 м, а высота -— около 1 7 м. Источником их появления служат места, где соответствующие породы выходят на поверхность. В Америке это Кордильеры и Лабрадор, в Европе — Скандинавия, Финляндия, Карелия. И принесены они сюда издалека, оттуда, где когда-то существовали огромные ледниковые покровы, напоминанием о которых служит современный ледниковый щит Антарктиды.

Загадка их пульсации

В середине XX века люди столкнулись с еще одной проблемой — пульсирующими ледниками, отличающимися внезапными продвижениями своих концов, вне видимой связи с изменениями климата. Сейчас известны сотни пульсирующих ледников во многих ледниковых районах. Больше всего их на Аляске, в Исландии и на Шпицбергене, в горах Центральной Азии, на Памире.

Общей причиной ледниковых подвижек служит накопление льда в условиях, когда расход его затруднен узостью долины, моренным покровом, взаимным подпруживанием основного ствола и боковых притоков и т.п. Такое накопление создает условия неустойчивости, вызывающие сток льда: большие сколы, разогрев льда с выделением воды в процессе внутреннего таяния, появление водной и водно-глинистой смазки на ложе и сколах. 20 сентября 2002 года в долине реки Геналдон в Северной Осетии произошла катастрофа. Из верховьев долины вырвались огромные массы льда, смешанного с водой и каменным материалом, стремительно пронеслись вниз по долине, уничтожая все на своем пути, и образовали завал, распластавшись на всей Кармадонской котловине перед грядой Скалистого хребта. Виновником катастрофы стал пульсирующий ледник Колка, подвижки которого неоднократно происходили и в прошлом.

У ледника Колка, как и у многих других пульсирующих ледников, затруднен сток льда. В течение многих лет лед накапливается перед препятствием, наращивает массу до определенного критического объема и, когда тормозящие силы не могут противостоять сдвигающим, происходит резкая разрядка напряжения, ледник наступает. В прошлом подвижки ледника Колка происходили около 1835-го, в 1902 и 1969 годах. Они возникали, когда на леднике наращивалась масса в 1—1,3 млн. тонн. Геналдонская катастрофа 1902 гида произошла 3 июля, в разгар жаркого лета. Температура воздуха в этот период превышала норму на 2,7°, прошли сильные ливни. Превратившись в пульпу из льда, воды и морены, ледяной выброс преобразовался в сокрушительный скоростной сель, промчавшийся в считанные минуты. Подвижка 1969 года развивалась постепенно, достигнув наибольшего развития в зимнее время, когда количество талой воды в бассейне было минимальным. Это и определило относительно спокойный ход событий. В 2002 году в леднике накопилось огромное количество воды, ставшей спусковым механизмом подвижки. Очевидно, вода «оторвала» ледник от ложа и сформировался мощный водно-ледово-каменный сель. То, что подвижка была спровоцирована раньше времени и достигла колоссального масштаба, было обусловлено сложившимся комплексом факторов: неустойчивым динамическим состоянием ледника, уже накопившего массу, близкую к критической; мощным скоплением воды в леднике и под ледником; обвалами льда и горной породы, создавшими перегрузку в тыловой части ледника.

Мир без ледников

Общий объем льда на Земле составляет почти 26 млн. км 3 , или около 2% всей земной воды. Эта масса льда равна стоку всех рек земного шара за 700 лет.

Если существующий лед равномерно распределить по поверхности нашей планеты, он покроет ее слоем толщиной 53 м. А если бы этот лед внезапно растаял, то уровень Мирового океана повысился бы на 64 м. При этом оказались бы затопленными густонаселенные плодородные прибрежные равнины на площади около 15 млн. км 2 2 . Такое внезапное таяние произойти не может, но на протяжении геологических эпох, когда ледниковые покровы возникали, а затем постепенно стаивали, колебания уровня моря были еще большими.

Прямая зависимость

Огромно влияние ледников на климат Земли. В зимнее время В полярные области солнечной радиации приходит чрезвычайно мало, так как Солнце не показывается из-за горизонта и здесь господствует полярная ночь. А летом из-за большой продолжительности полярного дня количество поступающей от Солнца лучистой энергии больше, чем даже в районе экватора. Однако температуры остаются по-прежнему низкими, так как до 80% приходящей энергии снежный и ледяной покровы отражают обратно. Совсем иной оказалась бы картина, если бы ледяного покрова не было. В этом случае почти все приходящее летом тепло осваивалось бы и температура в полярных областях отличалась бы от тропической в значительно меньшей cтепени. Так что, не будь вокруг земных полюсов материкового ледникового покрова Антарктиды и ледяного покрова Северного Ледовитого океана, на Земле не было бы привычного нам деления на природные пояса и весь климат был бы гораздо более однообразным. Стоит массивам льда у полюсов растаять, как в полярных областях станет гораздо теплее, а на берегах бывшего Северного Ледовитого океана и на поверхности свободной ото льда Антарктиды появится богатая растительность. Именно так и было на Земле в неогеновом периоде — всего несколько миллионов лет назад на ней был ровный мягкий климат. Впрочем, можно себе представить и другое состояние планеты, когда она целиком покрыта панцирем льда. Ведь, раз образовавшись в определенных условиях, ледники способны разрастаться сами, так как они понижают окружающую температуру и растут в высоту, тем самым распространяясь в более высокие и более холодные слои атмосферы. Откалывающиеся от крупных ледниковых покровов айсберги разносятся по океану, попадают в тропические воды, где их таяние также способствует охлаждению вод и воздуха.

Если образованию ледников ничто не препятствует, то толщина слоя льда могла бы увеличиться до нескольких километров за счет воды из океанов, уровень которых непрерывно бы понижался. Таким путем постепенно все материки оказались бы подо льдом, температура на поверхности Земли понизилась бы примерно до -90°С и органическая жизнь на ней прекратилась бы. К счастью, этого не было на протяжении всей геологической истории Земли, и нет оснований думать, что такое оледенение может произойти в будущем, В настоящее же время Земля переживает состояние частичного оледенения, когда ледниками покрыта лишь десятая часть ее поверхности. Такое состояние отличается неустойчивостью: ледники либо сокращаются, либо увеличиваются в размерах и очень редко остаются неизменными.

Белый покров "голубой планеты"

Если взглянуть на нашу планету из космоса, можно увидеть, что отдельные ее участки выглядят совершенно белыми — это снежный покров, так хорошо знакомый жителям умеренных поясов.

Снег обладает рядом удивительных свойств, делающих его незаменимым компонентом на «кухне» Природы. Снежный покров Земли отражает больше половины лучистой энергии, приходящей к нам от Солнца, тот же, что покрывает полярные ледники (наиболее чистый и сухой), — вообще до 90% солнечных лучей! Впрочем, снег обладает и еще одним феноменальным свойством. Известно, что тепловую энергию излучают все тела, и чем они темнее, тем потери тепла с их поверхности больше. А вот снег, будучи ослепительно белым, способен излучать тепловую энергию почти как абсолютно черное тело. Различия между ними не достигают и 1%. Так что, даже то незначительное тепло, которым обладает снежный покров, быстро излучается в атмосферу. В результате снег еще больше охлаждается, и районы земного шара, покрытые им, становятся источником охлаждения всей планеты.

Особенности шестого континента

Антарктида — самый высокий континент планеты, средняя высота которого равна 2 350 м (средняя высота Европы 340 м, Азии — 960 м). Эта высотная аномалия объясняется тем, что большая часть массы материка сложена льдом, который почти втрое легче каменных пород. Когда-то он был свободен ото льда и ненамного отличался по высоте от других континентов, но постепенно мощный ледяной панцирь покрыл весь материк, а земная кора стала прогибаться под колоссальной нагрузкой. За прошедшие миллионы лет эта избыточная нагрузка, «изостатически компенсировалась», иначе говоря, земная кора прогнулась, но следы ее до сих пор отражены в рельефе Земли. Океанографические исследования прибрежных антарктических вод показали, что материковая отмель (шельф), которая окаймляет все материки мелководной полосой с глубинами не более 200 м, у берегов Антарктиды оказалась на 200—300 м глубже. Причиной этому служит опускание земной коры под тяжестью льда, ранее покрывавшего материковую отмель толщиной 600— 700 м. Сравнительно недавно лед отсюда отступил, но земная кора еще не успела «разогнуться» и, кроме того, она удерживается льдом, лежащим южнее. Неограниченному распространению Антарктического ледникового покрова всегда мешало море.

Всякое расширение ледников за пределы суши возможно лишь при услоиии, что море у берега не глубокое, иначе морские течения и волнения рано или поздно разрушат выдвинувшийся далеко в море лед. Поэтому граница максимального оледенения проходила по внешнему краю материковой отмели. На антарктическое оледенение в целом большое влияние оказывает изменение уровня моря. При понижении уровня Мирового океана ледниковый покров шестого континента начинает наступать, при повышении происходит его отступание. Известно, что за последние 100 лет уровень моря вырос на 18 см, продолжает расти и сейчас. Видимо, с этим процессом связано разрушение некоторых антарктических шельфових ледников, сопровождающееся отколом огромных столовых айсбергов длиной до 150 км. Вместе с тем есть все основания полагать, что масса антарктического оледенения в современную эпоху увеличивается, и это тоже может быть связано с происходящим глобальным потеплением. Действительно, потепление климата вызывает активизацию атмосферной циркуляции и усиление межширотного обмена воздушных масс. На Антарктический материк поступает более теплый и влажный воздух. Однако повышение температуры на несколько градусов не вызывает никакого таяния внутри материка, где сейчас стоят морозы в 40—60°С, в то время как увеличение количества влаги приводит к более обильным снегопадам. Значит, потепление вызывает увеличение питания и рост оледенения Антарктиды.

Последнее максимальное оледенение

Кульминация последней ледниковой эпохи на Земле была 21—17 тыс. лет назад, когда объем льда возрастал приблизительно до 100 млн. км 3 . В Антарктике оледенение в это время захватывало весь континентальный шельф. Объем льда в ледниковом покрове, по-видимому, достигал 40 млн. км 3 , то есть был примерно на 40% больше его современного объема. Граница паковых льдов сдвигалась к северу приблизительно на 10°. В Северном полушарии 20 тыс. лет назад формировался гигантский Панарктический древнеледниковый покров, объединявший Евразийский, Гренландский, Лаврентийский и ряд более мелких щитов, а также обширные плавучие шельфовые ледники. Общий объем щита превышал 50 млн. км 3 , а уровень Мирового океана понижался не менее чем на 125м.

Деградация Панарктического покрова началась 17 тыс. лет назад с разрушения входивших в его состав шельфовых ледников. После этого «морские» части Евразийского и Североамериканского ледниковых покровов, потерявшие устойчивость, стали катастрофически разрушаться. Распад оледенения произошел всего за несколько тысяч лет. От края ледниковых покровов в то время текли огромные массы воды, возникали гигантские подпрудные озера, а их прорывы были во много раз больше современных. В природе господствовали стихийные процессы, неизмеримо более активные, чем сейчас. Это привело к значительному обновлению природной среды, частичной смене животного и растительного мира, началу господства на Земле человека.

12 тыс. лет назад наступил голоцен — современная геологическая эпоха. Температура воздуха в умеренных широтах повысилась на 6° по сравнению с холодным поздним плейстоценом. Оледенение приняло современные размеры.

Древние оледенения...

Идеи о древних оледенениях гор были высказаны еще в конце XVIII века, а о прошлом оледенении равнин умеренных широт — в первой половине XIX века. Теория древнего оледенения не сразу завоевала признание среди ученых. Еще в начале XIX века во многих местах земного шара находили штрихованные валуны горных пород явно не местного происхождения, но что их могло принести, ученые не знали. В

1830 году английский исследователь Ч. Лайель выступил со своей теорией, в которой и разнос валунов, и штриховку скал приписывал действию плавучих морских льдов. Гипотеза Лайеля встретила серьезные возражения. Во время своего знаменитого путешествия на корабле «Бигль» (1831—1835 годы) Ч.Дарвин некоторое время прожил на Огненной Земле, где воочию увидел ледники и порождаемые ими айсберги. Впоследствии он писал, что валуны по морю могут разноситься айсбергами, особенно в периоды более широкого развитии ледников. А после своего путешествия в Альпы в 1857 году и сам Лайель усомнился в правильности своей теории. В 1837 году швейцарский исследователь Л. Агассис впервые объяснил воздействием ледников и полировку скал, и перенос валунов, и отложение морены. Значительный вклад в становление ледниковой теории внесли русские ученые, и прежде всего П.А. Кропоткин. Путешествуя в 1866-м по Сибири, он обнаружил на Па-томском нагорье множество валунов, ледниковых наносов, гладких отполированных скал и связал эти находки с деятельностью древних ледников. В 1871 году Русское географическое общество командировало его в Финляндию — страну с яркими следами недавно отступивших отсюда ледников. Эта поездка окончательно оформила его взгляды. Изучая древние геологические отложения, мы нередко находим тиллиты — грубообломочные окаменевшие морены и ледниково-морские осадки. Они обнаружены на всех континентах в отложениях разного возраста, и по ним восстанавливается ледниковая история Земли за 2,5 млрд. лет, в течение которых планета пережила 4 ледниковые эры, длившиеся от многих десятков до 200 млн. лет. Каждаи такая эра состояла из ледниковых периодов, соизмеримых по длительности с плейстоценом, или четвертичным периодом, а каждый период — из большого числа ледниковых эпох.

Продолжительность ледниковых эр на Земле составляет не менее трети всего времени ее эволюции за последние 2,5 млрд, лет. А если учесть длительные начальные фазы зарождения оледенения и его постепенной деградации, то эпохи оледенения займут почти столько же времени, сколько и теплые, безледные, условия. Последний из ледниковых периодов начался почти миллион лет назад, в четвертичное время, и ознаменовался обширным распространением ледников — Великим оледенением Земли. Под мощными покровами льда оказались северная часть Северо-Американского континента, значительная часть Европы, а возможно, также и Сибирь. В Южном полушарии подо льдом, как и сейчас, находился весь Антарктический материк. В период максимального распространения четвертичного оледенения ледники покрывали свыше 40 млн. км 2 — около четверти всей поверхности материков. Крупнейшим в Северном полушарии был Североамериканский ледниковый щит, достигавший в толщину 3,5 км. Под ледниковым покровом толщиной до 2,5 км оказалась вся северная Европа. Достигнув наибольшего развития 250 тыс. лет назад, четвертичные ледники Северного полушария стали постепенно сокращаться. Оледенение не было непрерывным на протяжении всего четвертичного периода. Существуют геологичоские, палеоботанические и другие доказательства того, что за это время ледники по крайней мере трижды совершенно исчезали, сменяясь эпохами межледниковья, когда климат был теплее современного. Однако на смену этим теплым эпохам приходили похолодания, и ледники распространялись вновь. Сейчас мы живем, по-видимому, в конце четвертой эпохи четвертичного оледенения. Совсем не так, как в Северном полушарии, развивалось четвертичное оледенение Антарктиды. Оно возникло за много миллионов лет до того времени, как появились ледники в Северной Америке и Европе. Помимо климатических условий этому способствовал издавна существовавший здесь высокий материк. В отличие от древних ледниковых покровов Северного полушария, которые то исчезали, то возникали вновь, Антарктический ледниковый покров мало изменялся в своих размерах. Максимальное оледенение Антарктиды было больше современного всего в полтора раза по объему и ненамного больше по площади.

... и их возможные причины

Причина крупных изменений климата и возникновения великих оледенений Земли до сих пор остается загадкой. Все высказанные по этому поводу гипотезы можно объединить в три группы — причину периодических изменений земного климата искали либо вне пределов Солнечной системы, либо в деятельности самого Солнца, либо в процессах, происходящих на Земле.

Галактика
К космическим гипотезам oтносятся предположения о влиянии на похолодание Земли различных участков Вселенной, которые проходит Земля, двигаясь в космосе вместе с Галактикой. Одни считают, что похолодание наступает тогда, когда Земля проходит участки мирового пространства, заполненные газом. Другие — те же последствия приписывают воздействию облаков космической пыли. Согласно еще одной из гипотез Земля в целом должна испытывать большие изменения, когда она, перемещаясь вместе с Солнцем, переходит из насыщенной звездами части Галактики в ее внешние, разреженные области. Когда земной шар приближается к апогалактию — точке, наиболее удаленной от той части нашей Галактики, где расположено наибольшее количество звезд, он входит в зону «космической зимы» и на нем начинается ледниковая эпоха.

Солнце
Развитие оледенений связывают также с колебаниями активности самого Солнца. Гелиофизики уже давно выяснили периодичность появления на нем темных пятен, вспышек, протуберанцев и научились прогнозировать эти явления. Оказалось, что солнечная активность периодически меняется. Существуют периоды разной длительности: 2—3, 5—6, 11, 22 и около 100 лет. Может так случиться, что кульминации нескольких периодов разной длительности совпадут и солнечная активность будет особенно велика. Но может быть и наоборот — совпадут несколько периодов пониженной солнечной активности, и это вызовет развитие оледенения. Подобные изменения солнечной активности, безусловно, отражаются на колебаниях ледников, но вряд ли способны вызвать великое оледенение Земли.

СО 2
Повышение или понижение температуры на Земле может происходить также в случае изменения состава атмосферы. Так, углекислота, свободно пропускающая солнечные лучи к Земле, но поглощающая большую часть ее теплового излучения, служит колоссальным экраном, который препятствует охлаждению нашей планеты. Сейчас содержание в атмосфере С0 2 не превышает 0,03%. Если эта цифра уменьшится вдвое, то средние годовые температуры в умеренных поясах снизятся на 4—5°, что может привести к началу ледникового периода.

Вулканы
Своеобразным экранам может служить и вулканическая пыль, выбрасываемая при крупных извержениях до высоты 40 км. Облака вулканической пыли, с одной стороны, задерживают солнечные лучи, а с другой — не пропускают земное излучение. Но первый процесс сильнее второго, поэтому периоды усиленного вулканизма должны вызывать охлаждение Земли.

Горы
Широко известна и идея о связи оледенения на нашей планете с горообразованием. Во время эпох горообразования поднимавшиеся крупные массы континентов попадали в более высокие слои атмосферы, охлаждались и служили местами зарождения ледников.

Океан
По мнению многих исследователей, оледенение может возникать также в результате перемены направления морских течений. Например, течение Гольфстрим ранее было отклонено выступом суши, простиравшимся от Ньюфаундленда к островам Зеленого мыса, что способствовало охлаждению Арктики по сравнению с современными условиями.

Атмосфера
В последнее время ученые стали связывать развитие оледенения с перестройкой циркуляции атмосферы — когда в отдельные районы планеты попадает значительно большее количество осадков и при наличии достаточно высоких гор здесь возникает оледенение.

Антарктида
Возможно, возникновению оледенения способствовало поднятие Антарктического материка. В результате разрастания ледникового покрова Антарктиды на несколько градусов уменьшилась температура всей Земли и на несколько десятков метров понизился уровень Мирового океана, что способствовало развитию оледенения на севере.

"Новейшая история"

Последнее отступание ледников, начавшееся свыше 10 тыс. лет назад, осталось на памяти людей. В историческую эпоху — примерно за 3 тыс. лет — наступания ледников происходили в столетия с пониженной температурой воздуха и увеличенной увлажненностью. Такие же условия складывались в последние века прошлой эры и в середине прошлого тысячелетия. Околи 2,5 тыс. лет назад началось значительное похолодание климата. Арктические острова покрылись ледниками, в странах Средиземноморья и Причерноморья на грани новой эры климат был более холодным и влажным, чем сейчас. В Альпах в I тысячелетии до н. э. ледники выдвинулись на более низкие уровни, загромоздили горные перевалы льдами и разрушили некоторые высоко расположенные селения. На эту эпоху приходится крупное наступание кавказских ледников. Совсем другим был климат на рубеже I и II тысячелетий.

Более теплые условия и отсутствие льдов в северных морях позволили мореплавателям Северной Европы проникнуть далеко на север. С 870 года началась колонизация Исландии, где ледников в то время было меньше, чем теперь.

В X веке норманны, ведомые Эйриком Рыжым, обнаружили южную оконечность огромного острова, берега которого заросли густой травой и высоким кустарником, они основали здесь первую европейскую колонию, а землю эту назвали Гренландией.

К концу I тысячелетия сильно отступили и горные ледники в Альпах, на Кавказе, в Скандинавии и Исландии. Климат начал снова серьезно меняться в XIV веке. В Гренландии стали наступать ледники, летнее оттаивание грунтов становилось все более кратковременным, и к концу века здесь прочно установилась вечная мерзлота. Возросла ледовитость северных морей, и предпринимавшиеся в последующие века попытки достигнуть Гренландии обычно заканчивались неудачей. С конца XV века началось наступание ледников во многих горных странах и полярных районах. После сравнительно теплого XVI века наступили суровые столетия, получившие название малого ледникового периода. На юге Европы часто повторялись суровые и продолжительные зимы, в 1621 и 1669 годах замерзал пролив Босфор, а в 1709 году у берегов замерзало Адриатическое море. Во второй половине XIX века завершился малый ледниковый период и началась сравнительно теплая эпоха, продолжающаяся и сейчас.

Что нас ждет?

Потепление XX столетия особенно четко было выражено в полярных широтах Северного полушария. Колебания ледниковых систем характеризуются долей наступающих, стационарных и отступающих ледников. Так, например, для Альп имеются данные, охватывающие все прошедшее столетие. Если доля наступающих альпийских ледников в 40-50-х годах была близка к нулю, то в середине 60-х здесь наступало около 30%, а в конце 70-х — 65—70% обследованных ледников. Подобное их состояние свидетельствовало о том, что антропогенное увеличение содержания двуокиси углерода, других газов и аэрозолей в атмосфере в XX столетии не повлияло на нормальный ход глобальных атмосферных и ледниковых процессов. Однако в конце прошлого века повсюду в горах ледники перешли к отступанию, что стало реакцией на глобальное потепление, тенденция которого особенно усилилась в 1990-х годах.

Известно, что возросшее ныне количество выбросов в атмосферу аэрозоля антропогенного происхождения способствует уменьшению прихода солнечной радиации. В связи с этим появились голоса о начале ледниковой эпохи, но они затерялись в мощной волне опасений грядущего антропогенного потепления из-за постоянного роста С0 2 и других газовых примесей в атмосфере.

Увеличение С0 2 ведет к увеличению количества задерживаемого тепла и тем самым повышает температуру. Такое же воздействие оказывают и некоторые малые газовые примеси, попадающие в атмосферу: фреоны, окислы азота, метан, аммиак и так далее. Но тем не менее далеко не вся масса образующейся при сгорании двуокиси углерода остается в атмосфере: 50—60% промышленных выбросов С0 2 попадают в океан или усваиваются растениями. Многократный рост концентрации С0 2 в атмосфере не ведет к такому же многократному росту температуры. Очевидно, существует природный механизм регулирования, резко замедляющий парниковый эффект при концентрациях С0 2 превышающих двух- или трехкратные.

Какова перспектива роста содержания С0 2 в атмосфере в ближайшие десятилетия и как будет повышаться температура пследавие этого, определенно сказать трудно. Некоторые ученые предполагают ее увеличение в первой четверти XXI века на 1—1,5°, а в дальнейшем и еще больше. Однако эта позиция не доказана, есть много оснований полагать, что современное потепление представляет собой часть естественного цикла колебаний климата и в недалеком будущем сменится похолоданием. Во всяком случае, голоцен, длящийся уже более 11 тыс. лет, оказывается самым длинным межледниковьем за последние 420 тыс. лет и уже скоро, очевидно, закончится. И мы, заботясь о последствиях текущего потепления, не должны забывать и о возможном грядущем похолодании на Земле.

Владимир Котляков, академик, директор Института географии РАН

Всегда ли климат был таким, как теперь?

Каждый из нас может сказать, что климат не всегда одинаков. Ряд засушливых лет сменяется дождливыми; после холодных зим наступают тёплые. Но эти колебания климата всё же не настолько велики, чтобы они могли в течение короткого промежутка времени существенно отразиться на жизни растений или животных. Так, например, тундра с её полярными берёзами, карликовыми ивами, мхами и лишайниками, с населяющими её полярными животными - песцами, леммингами (пеструшками), северными оленями - не развивается за такое короткое время в тех местах, где происходит похолодание. Но всегда ли так было? Всегда ли в Сибири было холодно, а на Кавказе и в Крыму так же тепло, как и теперь?

Уже давно стало известно, что пещеры в разных местах, в том числе, например, в Крыму и на Кавказе, содержат остатки культуры древнего человека. Там находили обломки глиняной посуды, каменные ножи, скребки и другие предметы быта, обломки костей животных и остатки давно потухших костров.

Лет 25 тому назад археологи под руководством Г А. Бонч-Осмоловского начали раскопки этих пещер и сделали замечательные открытия. В пещерах Байдарской долины (в Крыму) и в окрестностях Симферополя было обнаружено несколько культурных слоёв залегавших один над другим. Средние и нижние слои учёные относят к древнему каменному периоду жизни человека, когда человек пользовался грубыми неотшлифованными каменными орудиями, так называемому палеолиту, а верхние - к металлическому периоду, когда человек стал применять орудия из металлов: меди, бронзы и железа. Не оказалось там промежуточных слоёв, относящихся к новокаменному периоду (неолиту), т. е. к периоду, когда человек уже научился шлифовать и сверлить камни и выделывать глиняную посуду.

Среди находок древнего каменного периода не было найдено ни одного обломка глиняного черепка и ни одной кости домашнего животного (эти находки встречались только в верхних слоях). Человек палеолита не умел еще изготовлять глиняную посуду. Все предметы его домашнего обихода были сделаны из камня и кости. Были, вероятно, у него и деревянные поделки, но они не сохранились. Каменные же и костяные изделия отличались довольно большим разнообразием: наконечники копий и дротиков (лука и стрел палеолитический человек не знал), скребки для выделки кожи, резцы, тонкие кремнёвые пластинки - ножи, иголки из костей.

Не имел палеолитический человек и домашних животных. В остатках его кострищ было найдено множество костей только диких животных: мамонта, носорога, гигантскою оленя, сайгаков, пещерного льва, пещерного медведя, пещерной гиены, птиц и др. Но в других местах, на стоянках того же времени, например на стоянке Афонтова гора близ Красноярска, в Костенках близ Воронежа, среди костей животных были найдены остатки волка, которые, по мнению некоторых учёных, принадлежали одомашненному волку, а среди костяных поделок на Афонтовой горе некоторые оказались очень похожими на части современных упряжек для северных оленей. Эти находки позволяют предполагать, что в конце палеолита, вероятно, уже появились у человека первые домашние животные. Этими животными были собака (одомашненный волк) и северный олень.

Когда начали внимательно изучать кости животных из Крымских палеолитических пещер, то сделали ещё одно замечательное открытие. В средних слоях, которые учёные относят ко второй половине древнего каменного периода, иными словами, к верхнему палеолиту, были обнаружены многочисленные кости полярных лисиц (песцов), зайцев-беляков, северных оленей, полярных жаворонков., белых куропаток; теперь это обычные жители крайнего севера - тундры. Но климат Заполярья, как известно, далеко не такой тёплый, как в Крыму. Следовательно, когда в Крыму жили полярные животные, там было холоднее, чем теперь. Этот же вывод сделали учёные и после изучения угольков из костров крымского верхнепалеолитического человека: оказалось, что дровами этому человеку служили северная рябина, можжевельник и берёза. То же самое оказалось и в стоянках верхнепалеолитического человека на Кавказе, с той лишь разницей, что вместо полярных животных там были найдены представители тайги - лоси и представители альпийских лугов - серный некоторые мыши (прометеева мышь), которые теперь живут высоко в горах, а в то время жили почти у самого берега моря.

Многочисленные остатки стойбищ человека верхнепалеолитического периода были открыты и во многих других местах Советского Союза: па Оке, на Дону, на Днепре, на Урале, в Сибири (на Оби, Енисее, Лене и Ангаре); и везде на этих стоянках среди остатков животных были обнаружены кости полярных животных, не живущих теперь в этих местах. Всё это указывает на то, что климат верхнепалеолитической эпохи был более суровым, чем в настоящее время.

Но если в те отдалённые времена было холодно даже в Крыму и на Кавказе, то что же было гам, где сейчас стоят Москва и Ленинград? Что было в то время в северной и средней Сибири, где и сейчас зимой 40 градусов мороза не редкость?

Огромные территории Европы и Северной Азии были покрыты в то время сплошным льдом, достигавшим местами толщины двух километров! Южнее Киева, Харькова и Воронежа лёд двумя гигантскими языками спускался по долинам современных рек Днепра и Дона. Уральские и Алтайские горы были покрыты ледяными плащами, которые спускались далеко в равнины. Такие же ледники находились и в горах Кавказа, доходя почти до самого моря. Вот почему те животные, которые живут теперь около ледников, высоко в горах, были найдены в стоянках человека древнего каменного периода близ моря. Крым в то время был убежищем для различных животных. Громадный ледник, надвинувшийся в пределы русской равнины с севера - из Финляндии и Скандинавии, заставил отступить обитавших там зверей на юг. Поэтому на небольшой территории Крыма оказалась такая смесь степных и полярных животных.

Это была эпоха Великого оледенения Земли.

Какие же следы оставил этот ледник?

Жителям средней и северной полосы России хорошо известны большие и маленькие камни - валуны и галечники, которые во множестве встречаются на распаханных полях. Иногда эти камни достигают очень крупных размеров (с дом и больше). Из одного такого гранитного валуна, например, сделано основание памятника Петру I в Ленинграде. Некоторые валуны уже поросли лишайниками; многие из них легко рассыпаются от удара молотком. Это свидетельствует о том, что они долго лежали на поверхности. Валуны обычно имеют округлую форму, а если к ним присмотреться повнимательнее, то на некоторых из них можно обнаружить гладкие пришлифованные поверхности с бороздами и царапинами. Валуны разбросаны даже на равнинах, там, где нет никаких гор. Откуда же появились здесь эти камни?

Иногда приходится слышать, что валуны «растут» из земли. Но это - глубокое заблуждение. Стоит лишь покопать лопатой или внимательно посмотреть в оврагах, и сразу станет ясно, что валуны находятся в земле, в песке или глине. Размоет землю немного дождём, раздует песок ветром, и там, где в прошлом году ничего не было видно, покажется на поверхности валун. На другой год почву ещё больше размоет дождём и раздует ветром и валун кажется больше. Вот и думают, что он вырос.

Изучив состав валунов, учёные пришли к единодушному мнению, что родиной многих из них являются Карелия, Швеция, Норвегия, Финляндия. Там породы того же состава, что и валуны, образуют целые скалы, в которых прорезаны ущелья и долины рек. Глыбы, оторванные от этих скал, и представляют валуны, рассеянные на равнинах Европейской части СССР, Польши, Германии.

Но как и почему они оказались так далеко от своей родины! Раньше, лет 75 тому назад, думали, что там, где сейчас встречаются валуны, было море и их занесло на льдинах, подобно тому как сейчас в полярном океане плавучие льды (айсберги), оторвавшись от края ледника, опускающегося в море, уносят с собой глыбы, оторванные ледником от скалистых берегов. Сейчас от этого предположения отказались. Теперь никто из учёных не сомневается, что валуны принёс с собой гигантский ледник, спускавшийся со Скандинавского полуострова.

Изучив состав и распространение ледниковых валунов в России, учёные установили, что ледники были также в горах Сибири, на полярном Урале, на Новой Земле, на Алтае и на Кавказе. Спускаясь с гор, они несли с собой валуны и оставляли их далеко на равнинах, отметив таким образом пути и границы своего продвижения. Сейчас валуны, состоящие из горных пород Урала и Новой Земли, встречаются близ Тобольска, в Западной Сибири, в устье Иртыша, а породы с низовьев Енисея - в центре Западной Сибири, у села Самарово на реке Оби. Два гигантских ледника двигались в то время друг другу навстречу. Один с Урала и Новой Земли, другой с крайнего севера Восточной Сибири - от правого берега Енисея или Таймыра. Эти огромные ледники сливались в одно сплошное ледяное поле, закрывавшее весь север Западной Сибири.

Встречая на своём пути твёрдые горные породы, ледник шлифовал и сглаживал их, а также оставлял на них глубокие шрамы и борозды. Такие шлифованные и изборождённые скалистые холмы известны под названием «бараньих лбов». Особенно часты они на Кольском полуострове, в Карелии.

Кроме того, ледник захватывал огромные массы песка, глины и нагромождал всё это у своего края в виде валов, теперь поросших лесом. Очень хорошо видны такие валы, например, на Валдае (в Калининской области). Они называются «конечными моренами». По ним можно хорошо определить край бывшего ледника. Когда ледник растаял, то вся территория, некогда занятая им, оказалась покрытой глиной с валунами и галькой. Этот глинистый плащ с валунами, на котором образовалась позднее современная почва, и распахивается теперь.

Как мы видим, следы бывшего некогда Великого оледенения Земли настолько ясны, что ни у кого не вызывают сомнения. В нём убеждает нас также и то, что такие же следы оставляют на земле и современные ледники, имеющиеся во многих горах как у нас, так и в других странах. Только современные ледники гораздо меньше того, который покрывал Землю в эпоху Великого оледенения.

Таким образом, остатки животных, найденные в Крыму при раскопках верхнепалеолитических пещер, дали правильное указание на то, что когда-то там был более холодный климат, чем теперь.

Но, может быть, крымские стоянки были раньше или позже Великого оледенения? И на этот вопрос мы имеем совершенно определённый ответ.

Такие же стоянки, как в Крыму, были найдены во многих местах, покрытых во время Великого оледенения сплошными льдами, но ни разу эти стоянки не обнаружены где-либо под ледниковыми слоями. Они встречались либо за пределами бывшею распространения ледника, либо (более молодые) в пределах южной части его - в слоях, лежащих над ледниковыми образованиями. Это убедительно доказывает, что все исследованные стоянки относятся к эпохе Великого оледенения (а некоторые из них-ко времени таяния ледников).

Чрезвычайно важные открытия были сделаны за последние десять лет. На Днепре и на реке Десне, близ Новгорода-Северского, под ледниковыми слоями были найдены стоянки древнего человека и каменные орудия. Такого же типа стоянки были обнаружены и на Черноморском побережье. Этим было доказано, что человек жил не только во время Великого оледенения и после него, но и до этого оледенения.

Изучая ещё более древние слои земли, люди убедились также и в том, что было время, когда в Сибири росли такие деревья, какие встречаются теперь только на Черноморском побережье. Вечнозелёные лавры, магнолии и смоковницы росли когда-то на берегах рек и озёр, находившихся на месте нынешней Барабинской степи (Западная Сибирь). В лесах Украины жили обезьяны, а в Прибайкалье и Приазовских степях водились страусы и антилопы, которые теперь встречаются только в Африке и Южной Америке.

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.

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.

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.

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 ).

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.

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.

В истории Земли существовали длительные периоды, когда вся планета была теплой - от экватора до полюсов. Но были и настолько холодные времена, что оледенения достигали тех регионов, которые в настоящее время относятся к умеренным зонам. Скорее всего, смена этих периодов была цикличной. В теплые времена льда могло быть относительно мало, и находился он только в полярных регионах или на вершинах гор. Важная черта ледниковых периодов заключается в том, что они меняют характер земной поверхности: каждое оледенение влияет на внешний вид Земли. Сами по себе эти изменения могут быть маленькими и незначительными, но они носят постоянный характер.

История ледниковых периодов

Мы не знаем точно, сколько ледниковых периодов было на протяжении истории Земли. Нам известно как минимум о пяти, возможно, семи ледниковых периодах, начиная с докембрийского, в частности: 700 миллионов лет назад, 450 миллионов лет назад (ордовикский период), 300 миллионов лет назад - пермо-карбоновое оледенение, один из крупнейших ледниковых периодов, затронувший южные континенты. Под южными континентами подразумевается так называемая Гондвана - древний суперконтинент, включавший в себя Антарктиду, Австралию, Южную Америку, Индию и Африку.

Самое недавнее оледенение относится к периоду, в котором мы живем. Четвертичный период кайнозойской эры начался около 2,5 миллионов лет назад, когда ледники Северного полушария достигли моря. Но первые признаки этого оледенения датируются 50 миллионами лет назад в Антарктике.

Структура каждого ледникового периода периодична: есть относительно короткие теплые эпохи, а есть более длинные периоды обледенения. Естественно, холодные периоды не являются следствием одного лишь оледенения. Оледенение - это наиболее наглядное следствие холодных периодов. Однако существуют достаточно длительные интервалы, которые являются очень холодными, несмотря на отсутствие оледенений. Сегодня примерами таких регионов являются Аляска или Сибирь, где бывает очень холодно зимой, но оледенений нет, так как недостаточно осадков, способных обеспечить достаточное количество воды для образования ледников.

Открытие ледниковых периодов

О том, что на Земле бывают ледниковые периоды, нам известно с середины XIX века. Среди множества имен, связанных с открытием этого феномена, первым обычно называют имя Луи Агассиса, швейцарского геолога, жившего в середине XIX века. Он изучал ледники Альп и осознал, что когда-то они были гораздо более обширными, чем сегодня. Это заметил не только он. В частности, Жан де Шарпантье, еще один швейцарец, также отметил этот факт.

Неудивительно, что эти открытия были сделаны в основном в Швейцарии, так как в Альпах до сих пор существуют ледники, хоть они и достаточно быстро тают. Легко заметить, что когда-то ледники были значительно больше - достаточно посмотреть на швейцарский ландшафт, троги (ледниковые долины) и так далее. Однако именно Агассис первым выдвинул эту теорию в 1840 году, опубликовав ее в книге «Étude sur les glaciers», а позже, в 1844-м, он развил эту идею в книге «Système glaciare». Несмотря на первоначальный скептицизм, со временем люди стали понимать, что это действительно правда.

С появлением геологического картирования, особенно в Северной Европе, стало понятно, что раньше ледники имели огромный масштаб. Тогда шли обширные дискуссии на тему того, как эта информация соотносится с Всемирным потопом, потому что возник конфликт между геологическими доказательствами и библейскими учениями. Изначально ледниковые отложения называли делювиальными, потому что их считали доказательством Всемирного потопа. Только потом стало известно, что такое объяснение не подходит: эти отложения были доказательством холодного климата и обширных оледенений. К началу ХХ века стало понятно, что оледенений было множество, а не одно, и с того момента начала развиваться эта область науки.

Исследования ледниковых периодов

Известны геологические подтверждения ледниковых периодов. Основные доказательства оледенений происходят из характерных отложений, сформированных ледниками. Они сохраняются в геологическом срезе в форме толстых упорядоченных слоев особых наносов (седиментов) - диамиктона. Это просто ледниковые накопления, но они включают в себя не только отложения ледника, но и наносы талой воды, сформированные ее потоками, ледниковыми озерами или ледниками, двигающимися в море.

Существует несколько форм ледниковых озер. Их основное отличие заключается в том, что они представляют собой водное тело, огражденное льдом. Например, если у нас есть ледник, который поднимается в долину реки, то он блокирует долину, как пробка в бутылке. Естественно, когда лед блокирует долину, река все еще будет течь, а уровень воды будет повышаться до тех пор, пока не перельется через края. Таким образом, ледниковое озеро формируется через прямой контакт со льдом. Существуют определенные отложения, которые содержатся в таких озерах и которые мы можем выявить.

Из-за того, как тают ледники, что зависит от сезонных изменений температуры, происходит ежегодный сход льда. Это приводит к ежегодному приросту незначительных отложений, попадающих из-под льда в озеро. Если мы потом посмотрим в озеро, мы увидим там слоистость (ритмичные слоистые осадки), которые также известны под шведским названием «варвы» (varve), что означает «ежегодные накопления». Таким образом, мы действительно можем увидеть ежегодную слоистость в ледниковых озерах. Мы можем даже сосчитать эти варвы и узнать, как долго существовало это озеро. В целом при помощи этого материала мы можем получить очень много информации.

В Антарктике мы можем увидеть огромного размера шельфовые ледники, которые сходят с земли в море. И естественно, лед плавуч, поэтому он держится на воде. По мере того как он плывет, он несет с собой гальку и незначительные отложения. Из-за теплового воздействия воды лед тает и сбрасывает этот материал. Это приводит к формированию процесса так называемого рафтинга пород, которые уходят в океан. Когда мы видим ископаемые отложения этого периода, мы можем узнать, где был ледник, как далеко он протянулся и так далее.

Причины оледенений

Исследователи полагают, что ледниковые периоды возникают потому, что климат Земли зависит от неравномерного прогрева ее поверхности Солнцем. Так, например, экваториальные регионы, где Солнце находится практически вертикально над головой, являются самыми теплыми зонами, а полярные регионы, где оно находится под большим углом к поверхности, - самыми холодными. Это означает, что различие в обогреве разных участков поверхности Земли управляет океанно-атмосферной машиной, которая постоянно пытается перенести тепло с экваториальных регионов к полюсам.

Если бы Земля была обычным шаром, этот перенос был бы очень эффективным, а контраст между экватором и полюсами очень мал. Так было в прошлом. Но так как сейчас есть континенты, они становятся на пути этой циркуляции, и структура ее потоков становится очень сложной. Простые потоки сдерживаются и изменяются - во многом из-за гор, что приводит к тем схемам циркуляции, которые мы видим сегодня и которые управляют пассатами и океаническими течениями. Например, одна из теорий о том, почему ледниковый период начался 2,5 миллиона лет назад, связывает это явление с возникновением Гималайских гор. Гималаи все еще очень быстро растут, и оказывается, что существование этих гор в очень теплой части Земли управляет такими вещами, как система муссонов. Начало четвертичного ледникового периода также ассоциируется с закрытием Панамского перешейка, который соединяет север и юг Америки, что предотвратило перенос тепла с экваториальной зоны Тихого океана в Атлантический.

Если бы расположение континентов относительно друг друга и относительно экватора позволяло циркуляции эффективно работать, то на полюсах было бы тепло, а относительно теплые условия сохранялись бы по всей земной поверхности. Количество тепла, получаемого Землей, было бы постоянно и лишь немного варьировалось. Но так как наши континенты создают серьезные преграды циркуляции между севером и югом, мы имеем ярко выраженные климатические зоны. Это означает, что полюса относительно холодные, а экваториальные регионы - теплые. Когда все происходит так, как сейчас, Земля может меняться под влиянием вариаций в количестве солнечного тепла, которое она получает.

Эти вариации практически полностью постоянны. Причина этого состоит в том, что со временем земная ось меняется, как меняется и земная орбита. С учетом такого сложного климатического зонирования изменение орбиты может поспособствовать долгосрочным изменениям в климате, что приводит к колебанию климата. Из-за этого мы имеем не сплошное обледенение, а периоды обледенений, прерывающиеся теплыми периодами. Это происходит под влиянием орбитальных изменений. Последние орбитальные изменения рассматриваются как три отдельных явления: одно длиной в 20 тысяч лет, второе - в 40 тысяч лет, а третье - в 100 тысяч лет.

Это привело к отклонениям в схеме циклических изменений климата во время ледникового периода. Обледенение, скорее всего, возникло во время этого циклического периода в 100 тысяч лет. Последняя межледниковая эпоха, которая была такой же теплой, как нынешняя, длилась около 125 тысяч лет, а затем наступила длительная ледниковая эпоха, которая заняла около 100 тысяч лет. Сейчас мы живем в очередную межледниковую эпоху. Этот период не будет длиться вечно, поэтому в будущем нас ждет очередная ледниковая эпоха.

Почему завершаются ледниковые периоды

Орбитальные изменения меняют климат, и оказывается, что ледниковые периоды характеризуются чередованиями холодных периодов, которые могут длиться до 100 тысяч лет, и теплых периодов. Мы называем их ледниковой (гляциал) и межледниковой (интергляциал) эпохами. Межледниковая эпоха обычно характеризуется примерно такими же условиями, что мы наблюдаем и сегодня: высокий уровень моря, ограниченные территории обледенения и так далее. Естественно, и сейчас существуют оледенения в Антарктиде, Гренландии и других подобных местах. Но в целом климатические условия относительно теплые. В этом суть интергляциала: высокий уровень моря, теплые температурные условия и в целом достаточно ровный климат.

Но во время ледниковой эпохи среднегодовая температура значительно меняется, вегетативные пояса вынуждены сместиться на север или юг в зависимости от полушария. Регионы вроде Москвы или Кембриджа становятся необитаемыми, по крайней мере зимой. Хотя они могут быть обитаемыми летом из-за сильно выраженного контраста между сезонами. Но что на самом деле происходит: холодные зоны существенно расширяются, среднегодовая температура снижается, и общие климатические условия становятся очень холодными. В то время как самые большие ледниковые события относительно ограничены по времени (возможно, около 10 тысяч лет), весь длинный холодный период может длиться 100 тысяч лет или даже больше. Так выглядит ледниково-межледниковая цикличность.

Из-за длительности каждого периода трудно сказать, когда мы выйдем из текущей эпохи. Это обусловлено тектоникой плит, расположением континентов на поверхности Земли. В настоящее время Северный полюс и Южный полюс изолированы: Антарктика находится на Южном полюсе, а Северный Ледовитый океан на севере. Из-за этого существует проблема с циркуляцией тепла. До тех пор пока не изменится расположение континентов, этот ледниковый период будет продолжаться. В соответствии с долгосрочными тектоническими изменениями можно предположить, что это займет еще 50 миллионов лет в будущем, пока не произойдут существенные изменения, которые позволят Земле выйти из ледникового периода.

Геологические последствия

Это высвобождает огромные участки континентального шельфа, которые сегодня затоплены. Это будет означать, например, что однажды можно будет пройти пешком из Британии во Францию, из Новой Гвинеи в Юго-Восточную Азию. Одно из самых критических мест - это Берингов пролив, связывающий Аляску с Восточной Сибирью. Он достаточно мелкий, около 40 метров, так что если уровень моря опустится до ста метров, то этот участок станет сушей. Это важно также потому, что растения и животные смогут мигрировать через эти места и попадать в регионы, куда сегодня попасть не могут. Таким образом, колонизация Северной Америки зависит от так называемой Берингии.

Животные и ледниковый период

Важно помнить, что мы сами являемся «продуктами» ледникового периода: мы эволюционировали в течение него, поэтому мы можем его пережить. Однако дело не в отдельных индивидах - это вопрос всей популяции. Проблемой сегодня является то, что нас слишком много и наша деятельность существенно изменила естественные условия. В естественных условиях многие животные и растения, которых мы видим сегодня, имеют длинную историю и отлично переживают ледниковый период, хотя есть и те, что эволюционируют незначительно. Они мигрируют, адаптируются. Существуют зоны, в которых животные и растения пережили ледниковый период. Эти так называемые рефугиумы располагались дальше на север или юг от их сегодняшнего места распространения.

Но в результате человеческой деятельности часть видов погибла или вымерла. Это происходило на всех континентах, - возможно, за исключением Африки. Огромное количество больших позвоночных, а именно млекопитающих, а также сумчатых в Австралии, было истреблено человеком. Это было вызвано либо непосредственно нашей деятельностью, например охотой, либо косвенно - разрушением среды их обитания. Животные, обитающие в северных широтах сегодня, в прошлом жили в Средиземноморье. Мы разрушили этот регион настолько, что этим животным и растениям, скорее всего, будет очень сложно вновь его колонизировать.

Последствия глобального потепления

В нормальных условиях по геологическим меркам мы бы достаточно скоро вернулись в ледниковый период. Но из-за глобального потепления, которое является последствием человеческой активности, мы отсрочиваем его. Мы не сможем совсем его предотвратить, так как причины, вызвавшие его в прошлом, существуют и сейчас. Деятельность человека, непредусмотренный природой элемент, влияет на атмосферное потепление, которое уже, возможно, вызвало задержку следующего гляциала.

Сегодня изменения климата - это очень актуальный и волнующий вопрос. Если Гренландский ледяной щит растает, то уровень моря поднимется на шесть метров. В прошлом, во время предыдущей межледниковой эпохи, которая была примерно 125 тысяч лет назад, Гренландский ледяной щит обильно таял, а уровень моря стал на 4–6 метров выше сегодняшнего. Это, конечно, еще не конец света, но и не временная сложность. В конце концов, Земля оправлялась от катастроф и раньше, она сможет пережить и эту.

Долгосрочный прогноз для планеты неплох, но для людей это другой вопрос. Чем больше мы проводим исследований, чем лучше понимаем, как Земля меняется и к чему это ведет, тем лучше мы понимаем планету, на которой живем. Это важно, потому что люди наконец стали задумываться об изменении уровня моря, глобальном потеплении и влиянии всех этих вещей на сельское хозяйство и население. Многое из этого связано с изучением ледниковых периодов. При помощи этих исследований мы узнаем механизмы оледенений, и мы можем использовать это знание с упреждением, пытаясь смягчить некоторые из этих изменений, которые сами и вызываем. Это и есть один из основных результатов и одна из целей исследований ледниковых периодов.
Конечно, главное следствие ледникового периода - это огромные ледниковые щиты. Откуда берется вода? Конечно, из океанов. А что происходит во время ледниковых периодов? Ледники формируются как следствие осадков на суше. Из-за того, что вода не возвращается в океан, уровень моря падает. Во времена наиболее сильных оледенений уровень моря может упасть больше чем на сто метров.