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.
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
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.
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.
Это перевод статьи нашего англоязычного издания Serious Science . Прочитать оригинальную версию текста можно по ссылке .
Последний ледниковый период привел к появлению шерстистого мамонта и огромному росту площади ледников.
Но он был только одним из многих, которые охлаждали Землю на протяжении всех 4,5 миллиардов лет ее истории.
Последствия потепления
Последний ледниковый период привел к появлению шерстистого мамонта и огромному росту площади ледников. Но он был только одним из многих, которые охлаждали Землю на протяжении всех 4,5 миллиардов лет ее истории.
Итак, как часто планету охватывают ледниковые периоды и когда стоит ожидать следующего?
Основные периоды оледенения в истории планеты
Ответ на первый вопрос зависит от того, имеете вы в виду большие оледенения или маленькие, которые происходят во время этих продолжительных периодов. На протяжении всей истории Земля пережила пять больших периодов оледенения, причем некоторые из них длились на протяжении сотен миллионов лет. На самом деле даже сейчас Земля переживает большой период оледенения, и это объясняет, почему она имеет полярные льды.
Пять основных ледниковых периодов - это Гуронский (2,4-2,1 миллиарда лет назад), оледенение Криогения (720-635 миллионов лет назад), Андско-Сахарское (450-420 миллионов лет назад), оледенение позднего палеозоя (335-260 миллионов лет назад) и Четвертичное (2,7 млн лет назад до настоящего времени).
Эти крупные периоды оледенения могут чередовать в себе меньшие ледниковые периоды и теплые периоды (межледниковье). В начале Четвертичного оледенения (2,7-1 млн лет назад) эти холодные ледниковые периоды происходили каждую 41 тысячу лет. Тем не менее в последние 800 тысяч лет существенные ледниковые периоды появлялись реже - примерно каждые 100 тысяч лет.
Как работает 100000-летний цикл?
Ледяные щиты растут в течение приблизительно 90 тысяч лет, а затем начинают таять в течение 10 тысяч лет теплого периода. Затем процесс повторяется.
Учитывая, что последний ледниковый период закончился около 11 700 лет назад, возможно, пришло время для начала еще одного?
Ученые считают, что мы должны были бы переживать очередной ледниковый период прямо сейчас. Однако существуют два фактора, связанных с орбитой Земли, которые влияют на формирование теплых и холодных периодов. Учитывая еще и то, как много углекислого газа мы выбрасываем в атмосферу, следующий ледниковый период не начнется еще по крайней мере 100 тысяч лет.
Что вызывает ледниковый период?
Гипотеза, выдвинутая сербским астрономом Милютином Миланковичем, объясняет, почему на Земле существуют циклы ледниковых и межледниковых периодов.
Поскольку планета вращается вокруг Солнца, на количество света, который она от него получает, влияют три фактора: ее наклон (который находится в диапазоне от 24,5 до 22,1 градусов по циклу 41 000 лет), ее эксцентриситет (изменение формы орбиты вокруг Солнца, которая колеблется от ближней окружности до овальной формы) и ее раскачивание (одно полное раскачивание происходит каждые 19-23 тысячи лет).
В 1976 году знаковый документ в журнале Science представил доказательства того, что эти три орбитальных параметра объясняют ледниковые циклы планеты.
Теория Миланковича заключается в том, что орбитальные циклы являются предсказуемыми и очень последовательными в истории планеты. Если Земля переживает ледниковый период, то она будет покрыта большим или меньшим количеством льда, в зависимости от этих орбитальных циклов. Но если на Земле слишком тепло, никаких изменений не произойдет, по крайней мере в отношении растущего количества льда.
Что может повлиять на нагревание планеты?
Первым на ум приходит газ, такой как диоксид углерода. За последние 800 тысяч лет уровни двуокиси углерода колебались от 170 до 280 частей на миллион (имеется в виду, что из 1 миллиона молекул воздуха 280 являются молекулами двуокиси углерода). Казалось бы незначительное различие в 100 частей на миллион приводит к появлению ледниковых и межледниковых периодов. Но уровень углекислого газа сегодня значительно выше, по сравнению с прошлыми периодами колебаний. В мае 2016 года уровень углекислого газа над Антарктидой достиг 400 частей на миллион.
Земля так сильно нагревалась и раньше. К примеру, во времена динозавров температура воздуха была даже выше, чем сейчас. Но проблема в том, что в современном мире она растет рекордными темпами, так как мы выбросили в атмосферу слишком много углекислого газа за короткое время. Кроме того, учитывая, что темпы выбросов на сегодняшний день не сокращаются, можно сделать заключение, что ситуация вряд ли изменится в ближайшее время.
Последствия потепления
Потепление, вызванное наличием этого углекислого газа, будет иметь большие последствия, потому что даже небольшое увеличение средней температуры Земли может привести к резким изменениям. Например, Земля была в среднем всего лишь на 5 градусов по Цельсию холоднее в течение последнего ледникового периода, чем сегодня, однако это привело к существенному изменению региональной температуры, исчезновению огромной части флоры и фауны и к появлению новых видов.
Если глобальное потепление приведет к таянию всех ледниковых покровов Гренландии и Антарктиды, уровень океанов вырастет на 60 метров, по сравнению с сегодняшними показателями.
Что приводит к большим ледниковым периодам?
Факторы, которые вызвали длительные периоды оледенений, таких как Четвертичное, не так хорошо изучены учеными. Но одна из идей состоит в том, что массовое падение уровня углекислого газа может привести к более низким температурам.
Так, например, в соответствии с гипотезой поднятия и выветривания, когда тектоника плит приводит к росту горных хребтов, на поверхности появляется новая незащищенная порода. Она легко поддается выветриванию и распадается, попадая в океаны. Морские организмы используют эти породы для создания своих раковин. Со временем камни и раковины забирают углекислый газ из атмосферы и его уровень существенно понижается, что и приводит к периоду оледенения.
Последний ледниковый период привел к появлению шерстистого мамонта и огромному росту площади ледников. Но он был только одним из многих, которые охлаждали Землю на протяжении всех 4,5 миллиардов лет ее истории.
Итак, как часто планету охватывают ледниковые периоды и когда стоит ожидать следующего?
Основные периоды оледенения в истории планеты
Ответ на первый вопрос зависит от того, имеете вы в виду большие оледенения или маленькие, которые происходят во время этих продолжительных периодов. На протяжении всей истории Земля пережила пять больших периодов оледенения, причем некоторые из них длились на протяжении сотен миллионов лет. На самом деле даже сейчас Земля переживает большой период оледенения, и это объясняет, почему она имеет полярные льды.
Пять основных ледниковых периодов — это Гуронский (2,4—2,1 миллиарда лет назад), оледенение Криогения (720—635 миллионов лет назад), Андско-Сахарское (450—420 миллионов лет назад), оледенение позднего палеозоя (335—260 миллионов лет назад) и Четвертичное (2,7 млн лет назад до настоящего времени).
Эти крупные периоды оледенения могут чередовать в себе меньшие ледниковые периоды и теплые периоды (межледниковье). В начале Четвертичного оледенения (2,7—1 млн лет назад) эти холодные ледниковые периоды происходили каждую 41 тысячу лет. Тем не менее в последние 800 тысяч лет существенные ледниковые периоды появлялись реже — примерно каждые 100 тысяч лет.
Как работает 100000-летний цикл?
Ледяные щиты растут в течение приблизительно 90 тысяч лет, а затем начинают таять в течение 10 тысяч лет теплого периода. Затем процесс повторяется.
Учитывая, что последний ледниковый период закончился около 11 700 лет назад, возможно, пришло время для начала еще одного?
Ученые считают, что мы должны были бы переживать очередной ледниковый период прямо сейчас. Однако существуют два фактора, связанных с орбитой Земли, которые влияют на формирование теплых и холодных периодов. Учитывая еще и то, как много углекислого газа мы выбрасываем в атмосферу, следующий ледниковый период не начнется еще по крайней мере 100 тысяч лет.
Что вызывает ледниковый период?
Гипотеза, выдвинутая сербским астрономом Милютином Миланковичем, объясняет, почему на Земле существуют циклы ледниковых и межледниковых периодов.
Поскольку планета вращается вокруг Солнца, на количество света, который она от него получает, влияют три фактора: ее наклон (который находится в диапазоне от 24,5 до 22,1 градусов по циклу 41 000 лет), ее эксцентриситет (изменение формы орбиты вокруг Солнца, которая колеблется от ближней окружности до овальной формы) и ее раскачивание (одно полное раскачивание происходит каждые 19—23 тысячи лет).
В 1976 году знаковый документ в журнале Science представил доказательства того, что эти три орбитальных параметра объясняют ледниковые циклы планеты.
Теория Миланковича заключается в том, что орбитальные циклы являются предсказуемыми и очень последовательными в истории планеты. Если Земля переживает ледниковый период, то она будет покрыта большим или меньшим количеством льда, в зависимости от этих орбитальных циклов. Но если на Земле слишком тепло, никаких изменений не произойдет, по крайней мере в отношении растущего количества льда.
Что может повлиять на нагревание планеты?
Первым на ум приходит газ, такой как диоксид углерода. За последние 800 тысяч лет уровни двуокиси углерода колебались от 170 до 280 частей на миллион (имеется в виду, что из 1 миллиона молекул воздуха 280 являются молекулами двуокиси углерода). Казалось бы незначительное различие в 100 частей на миллион приводит к появлению ледниковых и межледниковых периодов. Но уровень углекислого газа сегодня значительно выше, по сравнению с прошлыми периодами колебаний. В мае 2016 года уровень углекислого газа над Антарктидой достиг 400 частей на миллион.
Земля так сильно нагревалась и раньше. К примеру, во времена динозавров температура воздуха была даже выше, чем сейчас. Но проблема в том, что в современном мире она растет рекордными темпами, так как мы выбросили в атмосферу слишком много углекислого газа за короткое время. Кроме того, учитывая, что темпы выбросов на сегодняшний день не сокращаются, можно сделать заключение, что ситуация вряд ли изменится в ближайшее время.
Последствия потепления
Потепление, вызванное наличием этого углекислого газа, будет иметь большие последствия, потому что даже небольшое увеличение средней температуры Земли может привести к резким изменениям. Например, Земля была в среднем всего лишь на 5 градусов по Цельсию холоднее в течение последнего ледникового периода, чем сегодня, однако это привело к существенному изменению региональной температуры, исчезновению огромной части флоры и фауны и к появлению новых видов.
Если глобальное потепление приведет к таянию всех ледниковых покровов Гренландии и Антарктиды, уровень океанов вырастет на 60 метров, по сравнению с сегодняшними показателями.
Что приводит к большим ледниковым периодам?
Факторы, которые вызвали длительные периоды оледенений, таких как Четвертичное, не так хорошо изучены учеными. Но одна из идей состоит в том, что массовое падение уровня углекислого газа может привести к более низким температурам.
Так, например, в соответствии с гипотезой поднятия и выветривания, когда тектоника плит приводит к росту горных хребтов, на поверхности появляется новая незащищенная порода. Она легко поддается выветриванию и распадается, попадая в океаны. Морские организмы используют эти породы для создания своих раковин. Со временем камни и раковины забирают углекислый газ из атмосферы и его уровень существенно понижается, что и приводит к периоду оледенения.
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
Загрузка...
