Всегда ли климат был таким, как теперь?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Это была эпоха Великого оледенения Земли.

Какие же следы оставил этот ледник?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

В
о 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)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Оледенение - это длительное существование масс льда на каком-либо участке земной поверхности. Оледенение возможно, если этот участок находится в хионосфере - снежной сфере (от греч. chion - снег и sphaira - шар), являющейся частью тропосферы. Этот слой характеризуется преобладанием отрицательных температур и положительным балансом твердых атмосферных осадков. Нижняя граница хионосферы на поверхности Земли проявляется снеговой границей, или линией. Снеговая граница - это уровень, где годовой приход твердых атмосферных осадков равен их годовому расходу (С. В. Калесник). Выше снеговой границы накопление твердых осадков преобладает над их таянием и испарением, т. е. твердые осадки в виде снега и льда сохраняются в течение всего года. Хионосфера неравномерно окружает земной шар: она опускается до поверхности Земли в полярных областях и поднимается над экватором на 5-7 км (рис. 5.1). В соответствии с этим полярные области на севере и юге покрыты снегом и льдом, а на экваторе только самые высокие горы (Анды в Южной Америке, Килиманджаро в Африке и др.), достигающие хионосферы, имеют ледники.

Ледник - это скопление льда, устойчиво существующее в течение многих сотен, тысяч, а иногда миллионов лет. Питание ледников происходит за счет твердых атмосферных осадков, переноса снега ветром и падения лавин. В течение геологической истории климат Земли неоднократно изменялся: в холодные эпохи нижняя граница хионосферы понижалась, и оледенение распространялось на большие территории, в эпохи потеплений граница хионосферы поднималась, что приводило к сокращению оледенения, смене ледниковой эпохи межледниковьем. Оледенения происходили в различные периоды геологической истории Земли, свидетельством чему являются древние ископаемые ледниковые отложения (тиллиты ), встречаемые на разных континентах среди отложений нижнего протерозоя, венда, верхнего ордовика, карбона и перми. Но особенно мощные оледенения, оставившие отложения и различные формы рельефа, происходили в четвертичный период. На протяжении четвертичного периода было пять-семь ледниковых эпох. Во время теплых межледниковых эпох льды полностью стаивали или площадь, занятая ими, значительно сокращалась. Причиной развития оледенений так лее, как и климата Земли, является неравномерное во времени распределение солнечного тепла на поверхности Земли. Это зависит от периодически изменяющихся параметров земной орбиты: ее эксцентриситета, наклона земной оси к плоскости ее движения вокруг Солнца (эклиптики) и др. Югославский ученый М. Миланкович рассчитал количество солнечного тепла, поступающего на Землю в Северном полушарии на 65° с. ш., в зависимости от изменения всех параметров за последние 600 000 лет. Минимальное количество тепла приходится на время основных оледенений Северного полушария.

Цикличность и стадийность в развитии оледенений.

Каждое оледенение, будучи следствием климатических изменений, состоит из последовательно сменяющих друг друга стадий развития, совокупность которых американский гляциолог В. Г. Хоббс в начале XX века назвал ледниковым циклом. На разных стадиях оледенений, от зарождения ледников до их максимального развития и последующего отмирания,меняется форма ледников и тип оледенения.

В начальную стадию на равнинах в области зарождения ледников возникают ледниковые шапки, которые, увеличиваясь в размерах и объединяясь, образуют ледниковый щит. Последний, разрастаясь, под действием давления льда начинает растекаться в разные стороны. Образуются отдельные потоки льда, двигающиеся прежде всего и далее всего по понижениям рельефа. В стадию максимального развития ледники, объединяясь и сливаясь, образуют ледниковый покров. В стадию деградации (таяния) ледниковый покров сокращается в размерах (отступает), распадается на отдельные потоки и может полностью исчезнуть. Сокращение покрова идет от краев к центру из-за того, что таяние на краях покрова происходит интенсивнее, чем приток льда из области питания. Или ледниковый покров тает одновременно - и в центре, и по краям, что связано с быстрым потеплением климата. Тогда движение льда прекращается, и масса льда становится мертвой. В горах, когда их высокие части оказываются в пределах хионосферы, на начальной стадии образуются небольшие каровые ледники.

Кар (от нем. Каг или шотл. corrie - кресло) - углубление, напоминающее чашу или кресло (рис. 5.2). Стенки кара покрыты снегом, на дне - небольшой каровый ледник Кары имеют крутые скалистые стенки и вогнутые днища. Снег, по мере накопления, превращается в фирн и лед, который, увеличиваясь в массе, переполняет кар и начинает из него вытекать, спускаясь по склону в долину В устье кара нередко существует выступ коренного ложа (порог), над которым образуется перегиб ледяного потока, возникает система трещин, перпендикулярных движению льда, - ледопад (рис. 5.3 Л). Сначала образуется карово-долинный (рис. 5.3 Б), а затем долинный ледник. Когда ледники заполняют систему речных долин, точнее, верховий речных долин, оледенение становится долинным. По мере развития долинные ледники, увеличиваясь в размерах и принимая ледники боковых притоков, превращаются в дендритовые, или древовидные (рис. 5.4). Длина таких ледников достигает многих десятков километров. Так, современный ледник Федченко на Памире имеет длину 80 км, а ледник Беринга на Аляске - 203 км. В стадии максимального развития оледенения ледники переполняют речные долины, лед распространяется и на водоразделы,перекрывает их, и оледенение становится сначала полупокровные, или сетчатым, с отдельными торчащими среди льда грядами и вершинами, а затем - покровным. Такое развитие оледенения - от карового, долинного к покровному типу - представляет собой трансгрессивный (или прогрессивный) тип.

стадию отмирания, или деградации, оледенения процесс идет в обратном направлении, образуется регрессивный тип оледенения: от покровного к долинному, а затем к каровому или полному исчезновению. Так заканчивается ледниковый цикл, который может повториться через десятки или сотни тысяч лет. В настоящее время оледенение повсеместно находится в стадии отмирания. В некоторых горах ледники исчезли, в других еще продолжают существовать. Каровый тип оледенения характерен для полярного Урала, а долинный - для Кавказа, Тянь-Шаня, хребтов Аляски, Анд, Гималаев и многих других горных стран. Лед является одним из агентов, активно преобразующих земную поверхность. Он разрушает эту поверхность, производя экзарацию, и в то же время аккумулирует обломочный материал. Соответственно выделяются экзарационные и аккумулятивные формы рельефа. Они существенно различны в горных и равнинных областях.

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

Палеозойская ледниковая эра (460-230 млн лет назад)

Позднеордовикский-раннесилурийский ледниковый период (460-420 млн лет назад) править Ледниковые отложения этого времени распространены в Африке, Южной Америке, восточной части Северной Америки и Западной Европе.Пик оледенения характеризуется образованием обширного ледникового щита на большей части северной (включая Аравию) и западной Африки, при этом толщина сахарского ледового щита оценивается до 3 км.

Позднедевонский ледниковый период (370-355 млн лет назад)

Ледниковые отложения позднедевонского ледникового периода обнаружены на территории Бразилии, аналогичные моренные отложения - в Африке (Нигер). Ледниковая область простиралась от современных устья Амазонки к восточному побережью Бразилии.

Каменноугольно-пермский ледниковый период (350-230 млн лет назад)

Позднепротерозойская ледниковая эра (900-630 млн лет назад) В стратиграфии позднего протерозоя выделяется лапландский ледниковый горизонт (670-630 млн лет назад), обнаруженный в Европе, Азии, Западной Африке, Гренландии и Австралии. Палеоклиматическая реконструкция позднепротерозойской ледниковой эры вообще и лапландского периода в частности затруднена недостаточностью данных о дрейфе, форме и положении континентов в это время, однако с учётом расположения моренных отложений Гренландии, Шотландии и Нормандии предполагается, что Европейский и Африканский ледовые щиты этого периода временами сливались в единый щит.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московской области

Международный университет природы, общества и человека «Дубна»

Факультет естественных и инженерных наук

Кафедра экологии и наук о Земле

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине

Геология

Научный руководитель:

к. г.-м.н., доцент Анисимова О.В.

Дубна, 2011

Введение

1. Ледниковая эпоха

1.1 Ледниковые эры в истории Земли

1.2 Протерозойская ледниковая эра

1.3 Палеозойская ледниковая эра

1.4 Кайнозойская ледниковая эра

1.5 Третичный период

1.6 Четвертичный период

2. Последняя ледниковая эпоха

2.2 Флора и фауна

2.3Реки и озёра

2.4Западносибирское озеро

2.5Мировой океан

2.6 Великий ледник

3. Четвертичные оледенения на европейской части России

4. Причины ледниковых эпох

Заключение

Список литературы

Введение

Цель:

Изучить основные ледниковые эпохи в истории Земли и их роль в формировании современного ландшафта.

Актуальность:

Актуальность и значимость данной темы определяется тем, что ледниковые эпохи не так хорошо изучены для полного подтверждения о существовании на нашей Земле.

Задачи:

– провести литературный обзор;

– установить основные ледниковые эпохи;

– получение подробных данных о последних четвертичных оледенениях;

Установить основные причины оледенений в истории Земли.

В настоящее время получено еще мало данных, которые подтверждают распространение на нашей планете в древние эпохи толщ мерзлых пород. Доказательством служат в основном обнаружение древних материковых оледенений по моренным их отложениям и установление явлений механического отрыва пород ложа ледника, переноса и обработки обломочного материала и отложения его после таяния льда. Уплотненные и сцементированные древние морены, плотность которых близка к породам типа песчаников, названы тиллитами. Обнаружение таких образований разного возраста в различных районах земного шара однозначно указывает на неоднократное возникновение, существование и исчезновение ледниковых покровов, а, следовательно, и мерзлых толщ. Развитие ледниковых покровов и мерзлых толщ может происходить асинхронно, т.е. максимальное развитие по площади оледенений и криолитозоны может не совпадать по фазе. Однако в любом случае при этом наличие крупных ледниковых покровов свидетельствует о существовании и развитии мерзлых толщ, которые по площади должны занимать значительно большие территории, чем сами ледниковые покровы.

По Н.М. Чумакову, а также В.Б. Харланду и М.Дж. Хэмбри, интервалы времени, в течение которых формировались ледниковые отложения, именуются ледниковыми эрами (длительностью первые сотни миллионов лет), ледниковыми периодами (миллионы – первые десятки миллионов лет), ледниковыми эпохами (первые миллионы лет). В истории Земли можно выделить следующие ледниковые эры: раннепротерозойскую, позднепротерозойскую, палеозойскую и кайнозойскую.

1. Ледниковая эпоха

Существуют ли ледниковые эпохи? Конечно, да. Доказательства этого неполны, но они вполне определены, и некоторые из этих свидетельств распространяются на большие площади. Доказательства существования пермской ледниковой эпохи присутствуют на нескольких континентах, и кроме того, на континентах обнаружены следы ледников, относящиеся к другим эпохам палеозойской эры вплоть до ее начала, раннекембрийского времени. Даже в гораздо более древних породах, образовавшихся до начала фанерозоя, мы находим следы, оставленные ледниками, и ледниковые отложения. Возраст некоторых из этих следов составляет более двух миллиардов лет, то есть, возможно, составляет половину возраста Земли как планеты .

Ледниковая эпоха оледенений (гляциалов) - отрезок времени геологической истории Земли, характеризующийся сильным похолоданием климата и развитием обширных материковых льдов не только в полярных, но и в умеренных широтах.

Особенности:

·Для неё характерны длительное, непрерывное и сильное похолодание климата, разрастание покровных ледников в полярных и умеренных широтах.

·Ледниковые эпохи сопровождаются понижением уровня Мирового океана на 100 м и более, за счет того, что вода накапливается в виде ледниковых покровов на суше.

·Во время ледниковых эпох расширяются области, занятые многолетнемерзлыми породами, сдвигаются в сторону экватора почвенные и растительные зоны.

Установлено, что за последние 800 тыс. лет было восемь ледниковых эпох, каждая из которых продолжалась от 70 до 90 тыс. лет.

Рис.1 Ледниковая эпоха

1.1 Ледниковые эры в истории Земли

Периоды похолодания климата, сопровождающиеся формированием континентальных ледниковых покровов, являются повторяющимися событиями в истории Земли. Интервалы холодного климата, в течение которых образуются обширные материковые ледниковые покровы и отложения длительностью в сотни миллионов лет, именуются ледниковыми эрами; в ледниковых эрах выделяются ледниковые периоды длительностью в десятки миллионов лет, которые, в свою очередь, состоят из ледниковых эпох - оледенений (гляциалов), чередующихся с межледниковьями (интергляциалами).

Геологические исследования доказали, что на Земле существовал периодический процесс изменения климата, охватывавший время от позднего протерозоя до настоящего времени.

Это относительно длительные ледниковые эры, длившиеся на протяжении почти половинной истории Земли. В истории Земли выделяются следующие ледниковые эры:

Раннепротерозойская - 2,5-2 млрд. лет назад

Позднепротерозойская - 900-630 млн. лет назад

Палеозойская - 460-230 млн. лет назад

Кайнозойская - 30 млн. лет назад - настоящее время

Рассмотрим более подробнее каждую из них.

1.2 Протерозойская ледниковая эра

Протерозой – от греч. слова протерос – первичный, зоэ – жизнь. Протерозойская эра – геологический период в истории Земли, включающий историю образования горных пород различного происхождения от 2,6 до 1,6 млрд. лет. Период в истории Земли, который характеризовался развитием простейших форм жизни одноклеточных живых организмов от прокариотов к эукариотам, которые позже в результате так называемого эдиакарского «взрыва» эволюционировали в многоклеточные организмы.

Раннепротерозойская ледниковая эра

Это самое древнее, зафиксированное в геологической истории, оледенение проявилось в конце протерозоя на границе с вендом и согласно гипотезе Snowball Earth ледник покрывал большую часть континентов на экваториальных широтах. На самом деле это было не одно, а череда оледенений и межледниковых периодов. Поскольку считается, что распространению оледенения ничто не может препятствовать из-за роста альбедо (отражение солнечного излучения от белой поверхности ледников), то, как полагают, причиной последующего потепления может служить, например, увеличение в атмосфере количества парниковых газов за счет, повышения вулканической активности, сопровождающейся, как известно выбросами огромного количества газов.

Позднепротерозойская ледниковая эра

Выделена под названием лапландского оледенения на уровне вендских ледниковых отложений 670-630 млн. лет назад. Эти отложения обнаружены в Европе, Азии, Западной Африке, Гренландии и Австралии. Палеоклиматическая реконструкция ледниковых образований этого времени предполагает, что Европейский и Африканский ледовые континенты того времени представляли собой единый ледниковый щит.

Рис.2 Венд. Улытау во время ледникового периода Сноубол

1.3 Палеозойская ледниковая эра

Палеозой – от слова палеос – древний, зоэ – жизнь. Палеозойская эра. Геологическое время в истории Земли охватывающее 320-325 млн. лет. С возрастом ледниковых отложений 460 – 230 млн. лет включает позднеордовикский – раннесилурийский (460-420 млн. лет), позднедевонский (370-355 млн. лет) и каменноугольно-пермский ледниковый периоды (275 – 230млн. лет). Межледниковье этих периодов характеризуется теплым климатом, который способствовал бурному развитию растительности. В местах их распространения позже сформировались крупные и уникальные угольные бассейны и горизонты нефтяных и газовых месторождений.

·Позднеордовикский – раннесилурийский ледниковый период.

Ледниковые отложения этого времени, называемого сахарскими (по названию современной Сахары). Были распространены на территории современной Африки, Южной Америки, восточной части Северной Америки и Западной Европы. Этот период характеризуется образованием ледникового щита на большей части северной, северо-западной и западной Африки, включая Аравийский полуостров. Палеоклиматические реконструкции предполагают, что толщина сахарского ледового щита достигала не менее 3 км и по площади сродни современному леднику Антарктиды.

·Позднедевонский ледниковый период

Ледниковые отложения этого периода обнаружены на территории современной Бразилии. Ледниковая область простиралась от современного устья р. Амазонки к восточному побережью Бразилии, захватывая район Нигера в Африке. В Африке в Северном Нигере залегают тиллиты (ледниковые отложения), которые сопоставимы с бразильскими. В целом ледниковые области протягивались от границы Перу с Бразилией к северному Нигеру, диаметр района более 5000 км. Южный полюс в позднем девоне, по реконструкции П. Мореля и Э. Ирвинга, находился в центре Гондваны в Центральной Африке. Ледниковые бассейны расположены на приокеанической окраине палеоконтинента в основном в высоких широтах (не севернее 65-й параллели). Судя по тогдашнему высокоширотному континентальному положению Африки, можно предположить возможное повсеместное развитие мерзлых пород на этом континенте и, кроме того, на северо-западе Южной Америки.