Климатические изменения наиболее ярко выражались в периодически наступавших ледниковых периодах, которые оказывали существенное влияние на преобразование поверхности суши, находящейся под телом ледника, водные объекты и биологические объекты, оказывающиеся в зоне влияния ледника.
По последним научным данным, 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, безледниковые, 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.
Основными причинами оледенений являются:
космические;
астрономические;
географические.
Космические группы причин:
изменение количества тепла на Земле в связи с прохождением Солнечной системы 1 раз/186 млн. лет через холодные зоны Галактики;
изменение количества тепла, получаемого Землей, в связи с уменьшением солнечной активности.
Астрономические группы причин:
изменение положения полюсов;
наклон земной оси к плоскости эклиптики;
изменение эксцентриситета орбиты Земли.
Геолого-географические группы причин:
изменение климата и количества углекислоты в атмосфере (увеличение углекислоты – потепление; уменьшение – похолодание);
изменение направлений океанических и воздушных течений;
интенсивный процесс горообразования.
К условиям проявления оледенения на Земле относятся:
выпадение снега в виде осадков в условиях низких температур с его накоплением как материала для наращивания ледника;
отрицательные температуры в районах, где отсутствуют оледенения;
периоды интенсивного вулканизма из-за огромного количества пепла, выбрасываемого вулканами, что приводит к резкому уменьшению поступления тепла (солнечных лучей) на земную поверхность и вызывает глобальные уменьшения температур на 1,5-2ºС.
Самое древнее оледенение – протерозой (2300-2000 млн. лет назад) на территории Южной Африки, Северной Америки, Западной Австралии. В Канаде отложилось 12 км осадочных пород, в которых выделяются три мощные толщи ледникового происхождения.
Установленные древние оледенения (рис. 23):
на границе кембрия-протерозоя (около 600 млн. лет назад);
поздний ордовик (около 400 млн. лет назад);
пермский и каменноугольный периоды (около 300 млн. лет назад).
Продолжительность ледниковых периодов десятки – сотни тысяч лет.
Рис. 23. Геохронологическая шкала геологических эпох и древних оледенений
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.
До неогенового периода на всей Земле – ровный теплый климат – в районе островов Шпицбергена и Земли Франца-Иосифа (по палеоботаническим находкам субтропических растений) в это время были субтропики.
Причины похолодания климата:
образование горных хребтов (Кордильеры, Анды), изолировавших район Арктики от теплых течений и ветров (поднятие гор на 1 км – похолодание на 6ºС);
создание в районе Арктики холодного микроклимата;
прекращение поступления тепла в район Арктики из теплых экваториальных областей.
К концу неогенового периода Северная и Южная Америки соединились, что создало препятствия для свободного перетока океанских вод, вследствие чего:
экваториальные воды повернули течение на север;
теплые воды Гольфстрима, резко охлаждаясь в северных водах, создали паровой эффект;
резко возросло выпадение большого количества осадков в виде дождя и снега;
понижение температуры на 5-6ºС привело к оледенению огромных территорий (Северная Америка, Европа);
начался новый период оледенения продолжительностью около 300 тыс. лет (периодичность ледников-межледниковых периодов с конца неогена по антропоген (4 оледенения) - 100 тыс. лет).
Оледенение не было непрерывным на протяжении всего четвертичного периода. Существуют геологические, 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. В настоящее время Земля находится в конце четвертой эпохи четвертичного оледенения, и, по геологическим прогнозам, наши потомки через несколько сотен-тысяч лет вновь окажутся в условиях ледникового периода, а не потепления.
По другому пути 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.
Кульминация последней ледниковой эпохи на Земле была 21-17 тыс. лет назад (рис. 24), 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 сформировался 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 (рис. 25).
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.
Последнее отступание ледников, начавшееся свыше 14 тыс. лет назад, осталось на памяти людей. По-видимому, именно процесс таяния ледников и подъема уровня воды в океане с обширным затоплением территорий описан в Библии как всемирный потоп.
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.
В историческую эпоху - примерно за 3 тыс. лет - наступания ледников происходили в отдельные столетия с пониженной температурой воздуха и увеличенной увлажненностью и получили название малые ледниковые периоды. Такие же условия складывались в последние века прошлой эры и в середине прошлого тысячелетия. Около 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 новой эры. 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 Рыжим, обнаружили южную оконечность огромного острова, берега которого заросли густой травой и высоким кустарником, они основали здесь первую европейскую колонию, а землю эту назвали Гренландией, или «зеленой землей» (что сейчас ни в коей мере не скажешь о суровых землях современной Гренландии).
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 обычным путем 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 по берегам замерзало Адриатическое море.
Во второй половине XIX века завершился малый ледниковый период и началась сравнительно теплая эпоха, продолжающаяся и поныне.
Рис. 24. Границы последнего оледенения
 |
Рис. 25. Схема образования и таяния ледника (по профилю Северный Ледовитый океан – Кольский полуостров – Русская платформа)
Как раз во время мощного развития всех форм жизни на нашей планете начинается таинственный ледниковый период с его новыми температурными колебаниями. О причинах появления этого ледникового периода мы уже говорили раньше.
Точно так же, как наступившая в смена времен года привела к отбору более совершенных, более способных приспособляться животных и создала разнообразные породы млекопитающих, так и теперь, в этот ледниковый период, из млекопитающих выделяется человек, в еще более тягостной борьбе с надвигающимися ледниками, чем борьба с охватывающей тысячелетия сменой времен года. Здесь было недостаточно только одного приспособления путем существенного изменения тела. Необходим был разум, который сумел бы обратить себе на пользу самую природу и покорить ее.
Мы достигли, наконец, высшей ступени развития жизни: . Он овладел Землей, и разум его, развиваясь все дальше и дальше, научился охватывать всю вселенную. С появлением человека поистине началась совсем новая эпоха творения. Мы стоим еще на одной из низших его ступеней, мы простейшие среди существ, одаренных разумом, господствующим над силами природы. Наступило начало пути к неведомым величественным целям!
Существовало, по крайней мере, четыре больших ледниковых периода, которые, со своей стороны, снова распадаются на более мелкие волны температурных колебаний. Между ледниковыми периодами лежали периоды более теплые; тогда, благодаря тающим глетчерам, сырые долины покрывались пышной луговой растительностью. Поэтому именно в эти межледниковые периоды могли особенно хорошо развиться травоядные животные.
В отложениях четвертичной эпохи, которая замыкает ледниковые периоды, и в отложениях делювийской эпохи, которая следовала за последним всеобщим оледенением земного шара, и непосредственным продолжением которой является наше время, мы наталкиваемся на громадных толстокожих, а именно на мамонта мастодонта, окаменелые остатки которого мы еще теперь находим часто в тундрах Сибири. Даже с этим гигантом первобытный человек отваживался ввязываться в борьбу, и, в итоге, вышел он из нее победителем.
Мастодонт (реставрированный) делювийской эпохи.
Мы невольно возвращаемся мыслью опять к возникновению мира, если посмотрим на расцвет прекрасного настоящего из хаотических темных первобытных условий. То, что мы во второй половине наших исследований оставались все время только на нашей маленькой Земле, объясняется тем, что мы знаем все эти различные стадии развития только на ней. Но, принимая во внимание установленную нами раньше одинаковость всюду образующей мир материи и всеобщность управляющих материей сил природы, - мы придем к полной согласованности всех главных черт образования мира, которые мы можем наблюдать на небе.
У нас не остается никакого сомнения, что в далекой вселенной должны быть еще миллионы миров, подобных нашей Земле, хотя мы и не имеем о них никаких точных сведений. Напротив того, именно у родственниц Земли, остальных планет нашей солнечной системы, которые мы можем лучше исследовать, благодаря их большей близости к нам, имеются характерные отличия от нашей Земли, как, например, у сестер очень различных возрастов. Поэтому мы не должны удивляться, если мы именно на них не встречаем следов жизни, похожей на жизнь нашей Земли. Также и Марс со своими каналами остается пока загадкой для нас.
Если мы посмотрим вверх, на усыпанное миллионами Солнц небо, то мы можем быть уверены, что встретимся со взглядами живых существ, которые смотрят на наше дневное светило аналогично нам на их Солнце. Быть может, мы совсем уже не так далеки от того времени, когда, овладев всеми силами природы, человек сможет проникнуть в эти дали мироздания и послать сигнал за пределы нашего земного шара живым существам, находящимся на другом небесном теле, - и получить ответ от них.
Подобно тому, как жизнь, по крайней мере, иначе мы не можем себе это представить пришла к нам из вселенной и распространилась по Земле, начиная с простейших,- также и человек, в конце концов, раздвинет узкий горизонт, охватывающий его земной мир, и будет сноситься с другими мирами вселенной, откуда явились эти первичные элементы жизни на нашей планете. Вселенная принадлежит человеку, его разуму, его знанию, его силе.
Но как бы высоко ни поднимала нас фантазия, мы когда-нибудь снова низвергнемся вниз. Кругооборот развития миров заключается в подъеме и падении.
Ледниковый период на земле
После страшных ливней, подобных потопу, сделалось сыро и холодно. С высоких гор ледники все ниже и ниже сползали в долины, потому что Солнце больше не могло растоплять непрерывно падающие сверху массы снега. Вследствие этого и те места, где раньше в течение лета держалась еще температура выше нуля, тоже покрылись льдом на долгое время. Нечто подобное мы наблюдаем теперь в Альпах, где отдельные «языки» глетчеров спускаются значительно ниже границы вечных снегов. В конце концов, большая часть равнин у подножия гор также покрылась все выше нагромождающимся ледяным покровом. Наступил всеобщий ледниковый период, следы которого мы, действительно, можем наблюдать повсюду на всем земном шаре.
Нужно признать огромной заслугой мирового путешественника Ганса Мейера из Лейпцига найденные им доказательства, что как на Килиманджаро, так и на Кордильерах Южной Америки, даже в тропических областях, - повсюду ледники в то время спускались значительно ниже, чем в настоящее время. Изложенную здесь связь между той необыкновенной вулканической деятельностью и наступлением ледникового периода впервые предположили братья Саразен в Базеле. Как же произошло это?
На поставленный вопрос после тщательных исследований можно ответить следующее. Вся цепь Анд в течение геологических периодов, которые, конечно, исчисляются сотнями тысяч и миллионами лет, образовалась одновременно, и ее вулканы явились следствием этого грандиознейшего горообразующего процесса на Земле. В это время почти на всей Земле господствовала, примерно, тропическая температура, которая, однако, очень скоро после этого должна была смениться сильным всеобщим охлаждением.
Пенк установил, что существовало, по крайней мере, четыре больших ледниковых периода, в промежутках между которыми заключаются более теплые периоды времени. Но, кажется, что эти большие ледниковые периоды расчленяются на еще большее число меньших промежутков времени, в которые имели место более ничтожные всеобщие температурные колебания. Отсюда видно, какие неспокойные времена переживала Земля и, в каком постоянном волнении пребывал тогда воздушный океан.
Как долго продолжалось это время, может быть указано только очень приблизительно. Вычислено, что начало этого ледникового периода можно отнести, примерно, за полмиллиона лет тому назад. Со времени последнего «малого оледенения» прошло, по всей вероятности, всего от 10 до 20 тысячелетий, и мы живем сейчас, вероятно, только в одном из тех «межледниковых периодов», какие бывали перед последним всеобщим оледенением.
Через все эти ледниковые периоды проходят следы первобытного человека, развивающегося из животного. Сказания о потопе, которые перешли к нам из первобытных времен, могут стоять в связи с вышеописанными происшествиями. Персидское сказание почти несомненно указывает на вулканические явления, предшествовавшие началу великого потопа.
Это персидское сказание описывает великий потоп следующим образом: «С юга поднялся большой огненный дракон. Все было опустошено им. День превратился в ночь. Звезды исчезли. Зодиак был закрыт огромным хвостом; только Солнце и Луну можно было заметить на небе. Кипящая вода падала на Землю и опаляла до самых корней деревья. Среди частых молний падали капли дождя величиною с человеческую голову. Вода покрыла Землю выше, чем в рост человека. Наконец, после того как борьба дракона продолжалась 90 дней и 90 ночей, враг Земли был уничтожен. Поднялась страшная буря, вода сошла, дракон погрузился в глубину Земли».
Этот дракон, по воззрению знаменитого венского геолога Зюсса, был не что иное, как сильно действующий вулкан, огненное извержение которого распространялось по небу наподобие длинного хвоста. Все другие описанные в сказании явления вполне соответствуют явлениям, наблюдаемым после сильного вулканического извержения.
Таким образом, с одной стороны, мы показали, что после раскалывания и обвала огромной глыбы, величиною с материк, должен был образоваться ряд вулканов, за извержениями которых следовали потопы и оледенения. С другой стороны, мы имеем перед глазами ряд вулканов в Андах, расположенных по огромному обрыву тихоокеанского берега, и доказали также, что вскоре после возникновения этих вулканов наступила ледниковая эпоха. Сказания о потопе еще более восполняют картину этого бурного периода развития нашей планеты. При извержении Кракатау мы наблюдали в небольшом масштабе, но во всех подробностях, последствия погружения вулкана в морскую пучину.
Принимая во внимание все вышесказанное, мы вряд ли будем сомневаться в том, что зависимость между этими явлениями была, действительно, такова, как мы предположили. Таким образом, весь Тихий океан, действительно, возник вследствие отрыва и провала его теперешнего дна, которое до этого было огромным материком. Было ли это «кончиной мира» в том смысле, как это обычно понимают? Если падение свершилось внезапно, то это была, наверное, самая страшная и самая грандиозная катастрофа, которую видела когда-либо Земля с тех пор, как на ней появилась органическая жизнь.
На этот вопрос теперь, конечно, трудно ответить. Но все же мы можем сказать следующее. Если бы обвал на побережье Тихого Океана совершался постепенно, то остались бы совершенно необъяснимыми те страшные вулканические извержения, какие в конце «третичной эпохи» происходили вдоль всей цепи Анд и совсем слабые последствия которых, еще и сейчас там наблюдаются.
Если бы береговая область опускалась там так медленно, что для обнаружения этого опускания требовались целые столетия, как это мы наблюдаем еще в настоящее время у некоторых морских берегов, то и тогда все перемещения масс во внутренности Земли совершались бы очень медленно, и только изредка происходили бы вулканические извержения.
Во всяком случае, мы видим, что существуют противодействия этим силам, производящим сдвиги в земной коре, иначе не могли бы иметь места внезапные содрогания землетрясений. Но мы должны были также признать и то, что напряжения, получающиеся вследствие этих противодействий, не могут стать слишком большими, потому что земная кора оказывается пластичной, податливой для больших, но медленно действующих сил. Все эти соображения приводят нас к выводу, может быть и против нашего желания, что в этих катастрофах должны были проявляться именно внезапные силы.
Великое четвертичное оледенение
Всю геологическую историю Земли, которая длится уже несколько миллиардов лет, геологи разделили на эры и периоды. Последний из них, продолжающийся и сейчас, четвертичный период. Он начался почти миллион лет назад и ознаменовался обширным распространением ледников на земном шаре - Великим оледенением Земли.
Под мощными шапками льда оказались северная часть Северо-Американского континента, значительная часть Европы, а возможно, также и Сибирь (рис. 10). В южном полушарии подо льдом, как и сейчас, находился весь Антарктический материк. Льда на нем было больше - поверхность ледникового покрова поднималась на 300 м выше своего современного уровня. Однако по-прежнему Антарктида со всех сторон была окружена глубоководным океаном, и льды не могли продвигаться к северу. Море мешало расти антарктическому гиганту, а материковые ледники северного полушария расползались к югу, превращая цветущие пространства в ледяную пустыню.
Человек ровесник Великого четвертичного оледенения Земли. Первые его предки - обезьянолюди - появились в начале четвертичного периода. Поэтому некоторые геологи в частности русский геолог А. П. Павлов, предложили называть четвертичный период антропогеновым (по-гречески «антропос» - человек). Прошло несколько сот тысяч лет прежде чем человек принял свой современный облик Наступание ледников ухудшало климат и условия жизни древних людей которые должны были приспосабливаться к окружающей их суровой природе. Людям приходилось вести оседлый образ жизни, строить жилища, изобретать одежду, использовать огонь.
Достигнув наибольшего развития 250 тыс. лет назад, четвертичные ледники стали постепенно сокращаться. Ледниковый период не был единым на протяжении всего четвертичного времени. Многие ученые считают, 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 вновь приходили похолодания, и ледники распространялись вновь. Сейчас мы живем, по-видимому, в конце четвертой стадии четвертичного оледенения. После освобождения Европы и Америки из-подо льда эти материки стали подниматься - так земная кора реагировала на исчезновение ледниковой нагрузки, давившей на нее многие тысячи лет.
Ледники «уходили», и вслед за ними к северу распространялась растительность, животные и, наконец, селились люди. Поскольку ледники в разных местах отступали неравномерно, так же неравномерно расселялось и человечество.
Отступая, ледники оставляли после себя сглаженные скалы - «бараньи лбы» и валуны, покрытые штриховкой. Эта штриховка образуется от движения льда по поверхности скал. По ней можно определить, в какую сторону двигался ледник. Классическая область проявления этих черт - Финляндия. Ледник отступил отсюда совсем недавно, менее десяти тысяч лет назад. Современная Финляндия - это край бесчисленного множества озер, лежащих в неглубоких впадинах, между которыми поднимаются невысокие «курчавые» скалы (рис. 11). Здесь все напоминает о былом величии ледников, об их движении и огромной разрушительной работе. Закроешь глаза- и сразу представляется, как медленно, год за годом, столетие за столетием, ползет здесь мощный ледник, как выпахивает он свое ложе, отламывает огромные глыбы гранита и несет их на юг, в сторону Русской равнины. Не случайно, именно находясь в Финляндии, П. А. Кропоткин задумался над проблемами оледенения, собрал множество разрозненных фактов и сумел заложить основы теории ледникового периода на Земле.
Подобные же уголки есть и на другом «конце» Земли - в Антарктиде; недалеко от поселка Мирного, например, расположен «оазис» Бангера - свободный ого льда участок суши площадью в 600 км2. Когда пролетаешь над ним, под крылом самолета поднимаются небольшие беспорядочные холмы, а между ними змеятся причудливой формы озера. Все так же, как в Финляндии и… совсем не похоже, потому что в «оазисе» Бангера нет главного - жизни. Ни одного деревца, ни одной травинки - только лишайники на скалах, да водоросли в озерах. Наверное, такими же, как этот «оазис», были когда-то все территории, недавно освободившиеся из-подо льда. С поверхности «оазиса» Бангера ледник ушел всего несколько тысяч лет назад.
Четвертичный ледник распространялся и на территорию Русской равнины. Здесь движение льда замедлялось, он начинал все больше таять, и где-то на месте современного Днепра и Дона из-под края ледника вытекали мощные потоки талых вод. Тут проходила граница его максимального распространения. Позже на Русской равнине находили много остатков распространения ледников и прежде всего - крупные валуны, вроде тех, что часто встречались на пути русских былинных богатырей. В раздумье останавливались у такого валуна герои старинных сказок и былин, прежде чем выбрать свою далекую дорогу: направо, налево или прямо пойти. Эти валуны издавна бередили воображение людей, которые не могли понять, как такие колоссы оказывались на равнине среди густого леса или бескрайних лугов. Придумывали различные сказочные причины, не обошлось и без «всемирного потопа», во время которого море будто бы принесло эти каменные глыбы. Но все объяснялось гораздо проще - огромному потоку льда мощностью в несколько сот метров ничего не стоило «подвинуть» эти валуны на тысячу километров.
Почти на полпути между Ленинградом и Москвой есть живописный холмисто-озерный край - Валдайская возвышенность. Здесь среди густых хвойных лесов и распаханных полей плещутся воды множества озер: Валдайского, Селигера, Ужино и других. Берега этих озер изрезаны, на них много островов, густо заросших лесами. Именно здесь проходила граница последнего распространения ледников на Русской равнине. Это ледники оставили после себя странные бесформенные холмы, понижения между ними заполнили своими талыми водами, и впоследствии растениям пришлось много поработать, чтобы создать себе хорошие условия для жизни.
О причинах великих оледенений
Итак, ледники на Земле были не всегда. Даже в Антарктиде найден каменный уголь - верный признак того, что здесь был теплый и влажный климат с богатой растительностью. Вместе с тем геологические данные свидетельствуют о том, что великие оледенения повторялась на Земле неоднократно через каждые 180-200 млн. лет. Наиболее характерные следы оледенений на Земле - особые породы - тиллиты, т. е. окаменевшие остатки древних ледниковых морен, состоящие из глинистой массы с включением крупных и мелких штрихованных валунов. Отдельные толщи тиллитов могут достигать десятков и даже сотен метров.
Причины таких крупных изменений климата и возникновение великих оледенений Земли до сих пор остаются загадкой. Высказано много гипотез, но ни одна из них не может пока претендовать на роль научной теории. Многие ученые искали причину похолодания вне Земли, выдвигая астрономические гипотезы. Одна из гипотез - что оледенение возникало, когда в связи с колебанием расстояния между Землей и Солнцем изменялось количество солнечного тепла, получаемого Землей. Это расстояние зависит от характера движения Земли по орбите вокруг Солнца. Предполагали, что оледенение наступало тогда, когда зима приходится на афелий, т. е. точку орбиты, наиболее далеко отстоящую от Солнца, при максимальной вытянутости земной орбиты.
Однако последние исследования астрономов показали, что только изменения количества солнечного излучения, попадающего на Землю, недостаточно, чтобы возник ледниковый период, хотя такое изменение и должно иметь свои последствия.
Развитие оледенения связывают и с колебаниями активности самого Солнца. Гелиофизики уже давно выяснили, что темные пятна, вспышки, протуберанцы появляются на Солнце периодически, и даже научились предсказывать их возникновение. Оказалось, что солнечная активность периодически изменяется; существуют периоды разной длительности: 2-3, 5-6, 11, 22 и около ста лет. Может так случиться, что кульминации нескольких периодов разной длительности совпадут, и солнечная активность будет особенно велика. Так, например, было в 1957 г. - как раз в период Международного геофизического года. Но может быть наоборот - совпадут несколько периодов пониженной солнечной активности. Это может вызвать развитие оледенения. Как мы увидим дальше, подобные изменения солнечной активности отражаются на деятельности ледников, но вряд ли они способны вызвать великое оледенение Земли.
Другую группу астрономических гипотез можно назвать космической. Это предположения, что на похолодание Земли влияют различные участки Вселенной, которые проходит Земля, двигаясь в космосе вместе со всей Галактикой. Одни считают, что похолодание происходит, когда Земля «проплывает» участки мирового пространства, заполненные газом. Другие-когда она проходит через облака космической пыли. Третьи утверждают, что «космическая зима» на Земле бывает, когда земной шар находится в апогалактии - точке, наиболее удаленной от той части нашей Галактики, где расположено больше всего звезд. На современном этапе развития науки нет возможности подкрепить фактами все эти гипотезы.
Наиболее плодотворны гипотезы, в которых причина изменения климата предполагается на самой Земле. По мнению многих исследователей, похолодание, вызывающее оледенение, может возникать в результате изменений в расположении суши и моря, под влиянием движения материков, из-за перемены направления морских течений (так, течение Гольфстрим ранее было отклонено выступом суши, простиравшимся от Ньюфаундленда к островам Зеленого мыса). Широко известна гипотеза, по которой во время эпох горообразования на Земле поднимавшиеся крупные массы континентов попадала в более высокие слои атмосферы, охлаждались и становились местами зарождения ледников. По этой гипотезе эпохи оледенения связаны с эпохами горообразования, более того, они обусловлены ими.
Климат может значительно меняться и в результате изменения наклона земной оси и перемещения полюсов, а также вследствие колебаний состава атмосферы: становится больше вулканической пыли либо меньше углекислого газа в атмосфере- и на Земле значительно холодает. В последнее время ученые стали связывать появление и развитие оледенения на Земле с перестройкой циркуляции атмосферы. Когда при одном и том же климатическом фоне земного шара в отдельные гористые районы попадает слишком много осадков, то там возникает оледенение.
Несколько лет назад американские геологи Юинг и Донн выдвинули новую гипотезу. Они предположили, что Северный Ледовитый океан, сейчас покрытый льдом, временами оттаивал. В этом случае с поверхности арктического моря, свободного ото льда, происходило усиленное испарение, а потоки влажного воздуха направлялись к полярным областям Америки и Евразии. Здесь, над холодной поверхностью земли, из влажных воздушных масс выпадали обильные снега, не успевавшие растаять за лето. Так на материках возникли ледниковые покровы. Расползаясь, они спускались и к северу, окружая ледяным кольцом арктическое море. В результате превращения части влаги в лед уровень мирового океана понизился на 90 м, теплый Атлантический океан перестал сообщаться с Северным Ледовитым океаном, и тот постепенно замерз. Испарение с его поверхности прекратилось, снега на материках стало выпадать меньше, и питание ледников ухудшилось. Тогда ледниковые покровы стали оттаивать, уменьшаться в размерах, а уровень мирового океана повысился. Снова Северный Ледовитый океан стал сообщаться с Атлантическим океаном, воды его потеплели, и ледяной покров на его поверхности начал постепенно исчезать. Цикл развития оледенения начался сначала.
Эта гипотеза объясняет некоторые факты, в частности несколько наступаний ледников в течение четвертичного периода, но на главный вопрос: какова причина оледенений Земли,- она также не отвечает.
Итак, нам пока неизвестны причины великих оледенений Земли. С достаточной степенью достоверности можно говорить лишь о последнем оледенении. Обычно ледники сокращаются неравномерно. Бывают периоды, когда их отступание подолгу задерживается, а иногда они быстро продвигаются вперед. Подмечено, что подобные колебания ледников происходят периодически. Наиболее длительный период смены отступаний и наступаний продолжается многие столетия.
Некоторые ученые считают, что изменения климата на Земле, с которыми связано и развитие ледников, зависит от взаиморасположения Земли, Солнца и Луны. Когда три этих небесных тела находятся в одной плоскости и на одной прямой, резко возрастают приливы на Земле, изменяется циркуляция воды в океанах и движение воздушных масс в атмосфере. В конечном счете на земном шаре несколько возрастает количество выпадающих осадков и понижается температура, что приводит к росту ледников. Такое увеличение увлажненности земного шара повторяется через каждые 1800- 1900 лет. Последние два таких периода приходились на IV в. до н. э. и первую половину XV в. н. э. Наоборот, в промежутке между этими двумя максимумами условия для развития ледников должны быть менее благоприятны.
На том же основании можно предположить, что в современную нам эпоху ледники должны отступать. Посмотрим, как в действительности вели себя ледники в последнее тысячелетие.
Развитие оледенения в последнее тысячелетие
В X в. исландцы и норманны, плавая по северным морям, обнаружили южную оконечность необозримо большого острова, берега которого заросли густой травой и высоким кустарником. Это так поразило моряков, что они назвала остров Гренландия, что означает «Зеленая страна».
Почему же таким цветущим был в то время ныне самый оледенелый на земном шаре остров? Очевидно, особенности тогдашнего климата привели к отступанию ледников, таянию морского льда в северных морях. Норманны смогли на небольших судах свободно проходить от Европы до Гренландии. На берегу острова были основаны поселки, но просуществовали они недолго. Ледники вновь стали наступать, «ледовитость» северных морей возросла, и попытки в последующие века достичь Гренландии обычно кончались неудачей.
К концу первого тысячелетия нашей эры сильно отступили и горные ледники в Альпах, на Кавказе, в Скандинавии и Исландии. Стали проходимы некоторые перевалы, раньше занятые ледниками. Освободившиеся от ледников земли начали возделывать. Проф. Г. К. Тушинский недавно обследовал развалины поселений алан (предков осетин) на Западном Кавказе. Оказалось, что многие постройки, относящиеся к X в., находятся в местах, ныне совершенно не пригодных для жилья из-за частых и разрушительных сходов лавин. Значит, тысячу лет назад не только ледники «отодвигались» ближе к гребням гор, но и лавины здесь не сходили. Однако в дальнейшем зимы стали все более суровыми и снежными, лавины начали падать все ближе к жилым постройкам. Аланам пришлось строить специальные противолавинные дамбы, их остатки можно видеть и сейчас. В конце концов, жить в прежних селениях оказалось невозможно, и горцам пришлось селиться ниже по долинам.
Близилось начало XV в. Условия жизни становились все суровее, и наши предки, не понимавшие причин такого похолодания, очень тревожились за свое будущее. Все чаще в летописях появляются записи о холодных и трудных годах. В Тверской летописи можно прочесть: «В лето 6916 (1408 г.)… бе же тогда зима тяжка и студено зело, снежна преизлишне», или «В лето 6920 (1412 г.) зима была бысть снежна вельми, и потому на весну бысть вода велика и сильна». В Новгородской летописи сказано: «В лето 7031 (1523 г.)… тое же весны, на Троицын день, пала туча снега велика, да лежал снег на земли 4 дни, да много мерзло живота, коней и коров, и птицы мерли в лесу». В Гренландии из-за наступившего похолодания к середине XIV в. перестали заниматься скотоводством и земледелием; связь между Скандинавией и Гренландией нарушилась из-за обилия морского льда в северных морях. В отдельные годы замерзало Балтийское и даже Адриатическое море. Начиная с XV и вплоть до XVII в. горные ледники наступали в Альпах и на Кавказе.
Последнее большое наступание ледников относится к середине прошлого столетия. Во многих горных странах они продвинулись довольно далеко. Путешествуя по Кавказу, Г. Абих в 1849 г. обнаружил следы быстрого наступания одного из ледников Эльбруса. Этот ледник вторгся в сосновый лес. Многие деревья были поломаны и лежали на поверхности льда или торчали сквозь тело ледника, а кроны их были совершенно зелеными. Сохранились документы, повествующие о частых ледяных обвалах с Казбека во второй половине XIX в. Иногда из-за этих обвалов нельзя было проехать по Военно-Грузинской дороге. Следы быстрых наступаний ледников в это время известны почти во всех обжитых горных странах: в Альпах, на западе Северной Америки, на Алтае, в Средней Азии, а также в Советской Арктике и в Гренландии.
С приходом XX столетия на земном шаре почти повсеместно начинается потепление климата. Оно связано с постепенным увеличением солнечной активности. Последний максимум солнечной активности был в 1957-1958 гг. В эти годы наблюдалось большое количество солнечных пятен и чрезвычайно сильных вспышек на Солнце. В середине нашего столетия совпали максимумы трех циклов солнечной активности- одиннадцатилетнего, векового и сверхвекового. Не следует думать, что усиление активности Солнца приводит к увеличению тепла на Земле. Нет, так называемая солнечная постоянная, т. е. величина, показывающая, сколько тепла приходит на каждый участок верхней границы атмосферы, остается неизменной. Но усиливается поток заряженных частиц от Солнца к Земле и общее воздействие Солнца на нашу планету, и интенсивность циркуляции атмосферы на всей Земле увеличивается. К полярным областям устремляются потоки теплого и влажного воздуха из тропических широт. А это приводит к довольно резкому потеплению. В полярных областях резко теплеет, а затем теплеет и на всей Земле.
В 20-30-х годах нашего столетия средняя годовая температура воздуха в Арктике возросла на 2-4°. Граница морских льдов отодвинулась к северу. Северный морской путь стал проходимее для морских судов, срок полярной навигации удлинился. Ледники Земли Франца-Иосифа, Новой Земли и других арктических островов за последние 30 лет быстро отступают. Именно в эти годы разрушился один из последних шельфовых ледников Арктики, находившийся на Земле Элсмира. В наше время ледники отступают и в подавляющем большинстве горных стран.
Еще несколько лет назад почти ничего нельзя было сказать о характере изменения температур в Антарктике: здесь было слишком мало метеорологических станций и почти совсем не было экспедиционных исследований. Но после подведения итогов Международного геофизического года стало ясно, что в Антарктике, как и в Арктике, в первой половине XX в. температура воздуха повышалась. Этому есть несколько интересных доказательств.
Старейшая антарктическая станция - Литл-Америка на шельфовом леднике Росса. Здесь с 1911 по 1957 г. средняя годовая температура повысилась более чем на 3°. На Земле Королевы Мери (в районе современных советских исследований) за период с 1912 г. (когда здесь проводила исследования Австралийская экспедиция под руководством Д. Моусона) по 1959 г. средняя годовая температура возросла на 3,6е.
Мы уже говорили, что на глубине 15-20 м в толще снега и фирна температура должна соответствовать средней годовой. Однако в действительности на некоторых внутриматериковых станциях температура на этих глубинах в скважинах оказалась на 1,3-1,8° ниже, чем средние годовые температуры за несколько лет. Интересно, что с углублением в эти скважины температура продолжала понижаться (вплоть до глубины 170 м), тогда как обычно с увеличением глубины температура горных пород становится выше. Такое необычное понижение температуры в толще ледникового покрова - отражение более холодного климата тех лет, когда происходило отложение снега, оказавшегося теперь на глубине нескольких десятков метров. Наконец, очень показательно, что крайняя граница распространения айсбергов в Южном океане сейчас располагается на 10-15° широты южнее по сравнению с 1888-1897 гг.
Казалось бы, такое существенное увеличение температуры за несколько десятилетий должно привести к отступанию антарктических ледников. Но тут-то и начинаются «сложности Антарктиды». Частично они связаны с тем, что мы еще слишком мало о ней знаем, а частично объясняются и большим своеобразием ледяного колосса, совершенно не похожего на привычные нам горные и арктические ледники. Попробуем все же разобраться в том, что происходит сейчас в Антарктиде, а для этого познакомимся с ней поближе.
За последний миллион лет ледниковый период на Земле наступал примерно каждые 100000 лет. Этот цикл существует на самом деле, и разные группы ученых в разное время пытались найти причину его существования. Правда, превалирующей точки зрения по этому вопросу пока нет.
Более миллиона лет назад цикл был другим. Ледниковый период сменялся потеплением климата примерно раз в 40 тыс. лет. Но затем периодичность наступления ледников сменилась с 40 тыс. лет до 100 тыс. Почему так случилось?
Эксперты из Кардиффского университета предложили собственное объяснение этому изменению. Результаты работы ученых были опубликованы в авторитетном издании Geology. По мнению специалистов, основная причина смены периодичности наступления ледниковых периодов - это океаны, вернее, их способность поглощать углекислый газ из атмосферы.
Изучая отложения, составляющие дно океанов, команда обнаружила, что концентрация СО 2 изменяется от слоя к слою отложений как раз с периодом в 100 тыс. лет. Вполне вероятно, говорят ученые, что излишки углекислого газа были извлечены из атмосферы поверхностью океана с дальнейшим связыванием этого газа. В результате среднегодовая температура постепенно понижается, и наступает очередной ледниковый период. И так получилось, что продолжительность ледникового периода более миллиона лет назад увеличилась, а цикл «тепло-холод» стал более длительным.
«Вероятно, океаны поглощают и выделяют углекислый газ, и когда льдов становится больше, океаны поглощают больше углекислого газа из атмосферы, делая планету холоднее. Когда льдов мало, океаны выделяют углекислый газ, так что климат становится теплее», - говорит профессор Кэрри Лиар (Carrie Lear). «Изучая концентрацию углекислого газа в останках крошечных существ (здесь имеются в виду осадочные породы, - прим.ред.), мы узнали о том, что в периоды, когда площадь ледников увеличивалась, океаны поглощали больше углекислого газа, так что можно предположить, что в атмосфере его становится меньше».
Морские водоросли, как утверждают специалисты, играли основную роль в поглощении CO 2 , поскольку углекислый газ является важнейшим компонентом процесса фотосинтеза.
Углекислый газ попадает из океана в атмосферу в результате апвеллинга. Апвеллинг (англ. upwelling) или подъём - это процесс, при котором глубинные воды океана поднимаются к поверхности. Наиболее часто наблюдается у западных границ материков, где перемещает более холодные, богатые биогенами воды с глубин океана к поверхности, замещая более тёплые, бедные биогенами поверхностные воды. Также может встречаться практически в любом районе мирового океана.
Слой льда на поверхности воды предотвращает попадание углекислого газа в атмосферу, так что, если замерзает значительная часть океана, это продлевает продолжительность ледникового периода. «Если мы считаем, что океаны выделяют и поглощают углекислый газ, то мы должны понимать, что большое количество льда предотвращают этот процесс. Это как крышка на поверхности океана», - говорит профессор Лиар.
При увеличении площади ледников на поверхности льда не только снижается концентрация «согревающего» CO 2 , но и увеличивается альбедо тех регионов, которые покрыты льдом. В результате планета получает меньше энергии, а значит, еще быстрее охлаждается.
Сейчас на Земле межледниковый, тёплый период. Последний ледниковый период закончился около 11000 лет назад. С тех пор среднегодовая температура и уровень моря постоянно повышаются, а количество льда на поверхности воды океанов снижается. В результате, как считают ученые, в атмосферу поступает большое количество CO 2 . Плюс ко всему, углекислый газ производит и человек, причем в огромных количествах.
Все это привело к тому, что в сентябре концентрация углекислого газа в атмосфере Земли повысилась до 400 частей на миллион. Этот показатель увеличился с 280 до 400 частей на миллион всего за 200 лет развития промышленности. Скорее всего, СО 2 в атмосфере в обозримом будущем не станет меньше. Все это должно повлечь за собой увеличение среднегодовой температуры на Земле примерено на +5°C в ближайшую тысячу лет.
Специалисты кафедры изучения климата в Потсдамской обсерватории недавно построили модель земного климата с учетом глобального цикла углерода. Как показала модель, даже при минимальных показателях выброса углекислого газа в атмосферу ледниковый щит Северного полушария не сможет увеличиваться. Это означает, что наступление следующего ледникового периода может сдвинуться вперед минимум на 50-100 тысяч лет. Так что впереди нас ждет очередное изменение цикла «ледники-потепление», на этот раз за это отвечает человек.
Загрузка...
