Четвертичный период кайнозойской эры: животные, растения, климат. Периоды геологической истории Земли. Ледниковый период. Ледниковый период Когда начнется ледниковый период на земле
Ледниковый период всегда был загадкой. Мы знаем, что он мог уменьшить целые континенты до размеров замерзшей тундры. Мы знаем, что их было одиннадцать или около того, и, похоже, они происходят на регулярной основе. Мы определенно знаем, что было крайне много льда. Тем не менее в ледниковых периодах есть много больше, чем кажется на первый взгляд.
К тому времени, когда пришел последний ледниковый период, эволюция уже «придумала» млекопитающих. Животные, которые решили плодиться и размножаться в ледниковом периоде, были довольно большими и покрытые мехом. Ученые дали им общее название «мегафауна», поскольку ей удалось пережить ледниковый период. Впрочем, поскольку другие, менее холодостойкие виды не смогли его пережить, мегафауна чувствовала себя довольно хорошо.
Травоядные животные мегафауны привыкли добывать пищу в ледяной среде, адаптируясь к своему окружению различными способами. Например, носороги ледникового периода, возможно, обладали рогом в форме лопаты для удаления снега. Хищники вроде саблезубых тигров, коротколицых медведей и лютоволков (да, волки из «Игры престолов» действительно когда-то существовали) тоже адаптировались к окружению. Хотя времена были жестокими, а добыча вполне могла превратить хищника в жертву, в ней было много мяса.
Люди ледникового периода
Несмотря на относительно небольшие размеры и небольшой волосяной покров, Homo sapiens выживали в холодных тундрах ледниковых периодов тысячелетиями. Жизнь была холодной и трудной, но люди были изобретательными. Например, 15 000 лет назад люди ледникового периода жили в племенах охотников-собирателей, строили удобные жилища из костей мамонта и шили теплую одежду из меха животных. Когда еды было много, они хранили ее в естественных холодильниках вечной мерзлоты.
Поскольку охотничьи инструменты в то время были представлены в основном каменными ножами и наконечниками для стрел, сложное оружие было редкостью. Чтобы захватывать и убивать огромных животных ледникового периода, люди использовали ловушки. Когда животное попадало в ловушку, люди нападали на него группой и забивали до смерти.
Маленькие ледниковые периоды
Иногда небольшие ледниковые периоды возникали между большими и продолжительными. Они не были столь же разрушительными, но все еще могли вызвать голод и болезни из-за неудачных урожаев и других побочных эффектов.
Самый последний из этих маленьких ледниковых периодов начался где-то между 12 и 14 веками и достиг пика между 1500 и 1850 годами. На протяжении сотен лет в северном полушарии держалась чертовски холодная погода. В Европе моря регулярно замерзали, а горные страны (например, Швейцария) могли только наблюдать за тем, как двигались ледники, разрушая деревни. Были годы без лета, а противные погодные условия повлияли на все аспекты жизни и культуры (возможно, именно поэтому Средние века кажутся нам мрачными).
Наука до сих пор пытается выяснить, что вызвало этот небольшой ледниковый период. Среди возможных причин - комбинация тяжелой вулканической активности и временное снижение солнечной энергии Солнца.
Теплый ледниковый период
Некоторые ледниковые периоды могли быть довольно теплыми. Земля была покрыта огромным количеством льда, но по факту погода была довольно приятной.
Иногда события, которые приводят к ледниковому периоду, настолько суровы, что даже если полна парниковых газов (которые удерживают тепло солнца в атмосфере, нагревая планету), лед все еще продолжает образовываться, поскольку при наличии достаточно толстого слоя загрязнений он будет отражать лучи Солнца обратно в космос. Эксперты говорят, что это превратило бы Землю в гигантский десерт «Запеченная Аляска» - холодный внутри (лед на поверхности) и теплый снаружи (теплая атмосфера).
Человек, чье имя напоминает об известном теннисисте, на самом деле был уважаемым ученым, одним из гениев, определяющих научную среду 19 века. Он считается одним из отцов-основателей американской науки, хотя был французом.
Помимо многих других достижений, именно благодаря Агассису мы знаем хоть что-то о ледниковых периодах. Хотя этой идеи многие касались и раньше, в 1837 году ученый стал первым человеком, который серьезно вывел ледниковые периоды в науку. Его теории и публикации по ледяным полям, которые покрывали большую часть земли, были глупо отклонены, когда автор впервые их представил. Тем не менее от своих слов он не отрекся, и дальнейшие исследования в конечном счете привели к признанию его «сумасшедших теорий».
Примечательно то, что его пионерские работы по ледниковым периодам и ледниковой деятельности были простым хобби. По роду деятельности он был ихтиологом (изучал рыб).
Техногенное загрязнение предотвратило следующий ледниковый период
Теории о том, что ледниковые периоды повторяются на полурегулярной основе, независимо от того, что мы делаем, часто вступают в противоречие с теориями о глобальном потеплении. В то время как последние безусловно авторитетны, некоторые считают, что именно глобальное потепление может быть полезно в будущей борьбе с ледниками.
Выбросы двуокиси углерода, вызванные деятельностью человека, считаются существенной частью проблемы глобального потепления. Однако у них есть один странный побочный эффект. По данным исследователей из Кембриджского университета, выбросы CO2 могут быть в состоянии остановить следующий ледниковый период. Каким образом? Хотя планетарный цикл Земли постоянно пытается начать ледниковый период, он начнется, только если уровень углекислого газа в атмосфере будет крайне низок. Накачав в атмосферу CO2, люди, возможно, случайно сделали ледниковые периоды временно недоступными.
И даже если беспокойство, связанное с глобальным потеплением (что тоже крайне плохо), заставит людей снизить выбросы CO2, время еще есть. В настоящее время мы отправили столько диоксида углерода в небо, что ледниковый период не начнется еще по меньшей мере лет 1000.
Растения ледникового периода
Хищникам было относительно легко во время ледниковых периодов. В конце концов, они всегда могли съесть кого-нибудь другого. Но что ели травоядные?
Оказывается, все что хотели. В те времена было много растений, которые могли пережить ледниковый период. Даже в самые холодные времена оставались степи-луговые и древесно-кустарниковые участки, которые позволили мамонтам и другим травоядным животным не помереть с голодухи. Эти пастбища были полны видов растений, которые отлично растут в холодную сухую погоду - например, ели и сосны. В более теплых областях в изобилии были березы и ивы. В целом климат в то время был очень похож на сибирский. Хотя растения, скорее всего, серьезно отличались от своих современных коллег.
Все вышесказанное не означает, что ледниковые периоды не уничтожили часть растительности. Если растение не смогло адаптироваться к климату, ему оставалось лишь мигрировать через семена либо исчезнуть. В Австралии когда-то были самые длинные списки разнообразных растений, пока ледники не уничтожили добрую их часть.
Гималаи могли вызвать ледниковый период
Горы, как правило, не славятся активным вызовом хоть чего-нибудь, кроме случайных обвалов - просто стоят себе и стоят. Гималаи могут опровергнуть это убеждение. Возможно, именно они несут непосредственную ответственность за вызов ледникового периода.
Когда массивы суши Индии и Азии столкнулись 40-50 миллионов лет назад, столкновение вырастило массивные каменные гряды в горную цепь Гималаев. Это вывело огромное количество «свежего» камня. Затем начался процесс химической эрозии, который удаляет значительное количество углекислого газа из атмосферы с течением времени. И это, в свою очередь, могло повлиять на климат планеты. Атмосфера «остыла» и вызвала ледниковый период.
Земля-снежок
В большинстве ледниковых периодов ледовые щиты покрывают только часть мира. Даже особо тяжелый ледниковый период покрывал, как считают, лишь около одной трети земного шара.
А что же такое «Земля-снежок»? Так называемый Snowball Earth.
Snowball Earth - это леденящий душу «дедушка» ледниковых периодов. Это полный морозильник, который буквально заморозил каждую частичку поверхности планеты, пока Земля не вымерзла в огромный снежный ком, летящий в космосе. То немногое, что смогло пережить полную заморозку, либо зацепилось за редкие места с относительно небольшим количеством льда, либо, в случае растений, зацепилось за места, где было достаточно солнечного света для фотосинтеза.
По некоторым данным, это событие произошло по крайней мере однажды, 716 миллионов лет назад. Но мог быть и не один такой период.
Эдемский сад
Некоторые ученые серьезно считают, что тот самый райский сад был реален. Они говорят, что был он в Африке и стал единственной причиной, по которой наши предки пережили ледниковый период.
Чуть менее 200 000 лет назад особенно враждебный ледниковый период убивал виды налево и направо. К счастью, небольшая группа ранних людей смогли пережить ужасный холод. Они наткнулись на побережье, которое сейчас представлено Южной Африкой. Несмотря на то, что лед пожинал свое по всему миру, эта зона осталась свободной ото льда и была полностью пригодной для жизни. Ее почва была богата питательными веществами и давала много еды. Было много естественных пещер, которые можно было использовать в качестве укрытия. Для молодых видов, борющихся за выживание, это был не иначе как рай.
Человеческая популяция «Эдемского сада» насчитывала всего несколько сотен лиц. Эта теория поддерживается многими экспертами, но ей до сих пор не хватает убедительных доказательств, в том числе и исследований, которые покажут, что люди обладают гораздо меньшим генетическим разнообразием, чем большинство других видов.
Российские ученые обещают, что в 2014 году в мире начнется ледниковый период. Владимир Башкин, начальник лаборатории «Газпром ВНИИГАЗ», и Рауф Галиуллин, сотрудник института фундаментальных проблем биологии РАН, утверждают, что глобального потепления не будет. По словам ученых, теплые зимы – следствие циклической активности солнца и циклического изменения климата. Это потепление продолжалось с 18 века до настоящего времени, а со следующего года на Земле вновь начнется похолодание.
Малый ледниковый период будет наступать постепенно и продлится не менее двух столетий. Своего пика понижение температуры достигнет к середине 21 века.
При этом ученые говорят, что антропогенный фактор – влияние человека на экологию – не играет в переменах климата такой большой роли, как принято думать. Дело в маркетинге, считают Башкин и Галиуллин, и обещание холодов каждый год – лишь способ завысить цену на топливо.
Ящик Пандоры - Малый ледниковый период в 21 веке.
В ближайшие 20-50 лет нам грозит малый ледниковый период, ведь это уже было раньше и должно наступить снова. Исследователи полагают, что наступление малого ледникового периода было связано с замедлением течения Гольфстрима около 1300 года. В 1310-х годах Западная Европа, судя по летописям, пережила настоящую экологическую катастрофу. Согласно французской «Хронике Матвея Парижского», после традиционно тёплого лета 1311 года последовали четыре хмурых и дождливых лета 1312-1315 годов. Сильные дожди и необыкновенно суровые зимы привели к гибели нескольких урожаев и вымерзанию фруктовых садов в Англии, Шотландии, северной Франции и Германии. В Шотландии и северной Германии прекратилось виноградарство и производство вин. Зимние заморозки стали поражать даже северную Италию. Ф. Петрарка и Дж. Бокаччо фиксировали, что в XIV в. снег нередко выпадал в Италии. Прямым следствием первой фазы МЛП стал массовый голод первой половины XIV века. Косвенным - кризис феодального хозяйства, возобновление барщины и крупные крестьянские восстания в Западной Европе. В русских землях первая фаза МЛП дала о себе знать в виде череды «дождливых лет» XIV века.
Примерно с 1370-х годов температура в Западной Европе стала медленно повышаться, массовый голод и неурожаи прекратились.Однако холодные, дождливые лета были частым явлением на протяжении всего XV века. Зимой часто наблюдались снегопады и заморозки на юге Европы. Относительное потепление началось только в 1440-е годы, и оно сразу привело к подъёму сельского хозяйства. Однако температуры предшествовавшего климатического оптимума восстановлены не были. Для Западной и Центральной Европы снежные зимы стали обычным явлением, а период «золотой осени» начинался в сентябре.
Что же так влияет на климат? Оказывается Солнце! Еще в XVIII веке, когда появились достаточно мощные телескопы, астрономы обратили внимание на то, что количество пятен на Солнце увеличивается и уменьшается с определенной периодичностью. Это явление назвали циклами солнечной активности. Выяснили и среднюю их продолжительность - 11 лет (цикл Швабе - Вольфа). Позднее были открыты и более продолжительные циклы: 22-летний (цикл Хейла), связанный с переменой полярности солнечного магнитного поля, "вековой" цикл Гляйссберга длительностью около 80-90 лет, а также 200-летний (цикл Зюсса). Предполагают, что существует даже цикл продолжительностью в 2400 лет.
"Дело в том, что более длительные циклы, например вековые, модулируя амплитуду 11-летнего цикла, приводят к возникновению грандиозных минимумов", - рассказал Юрий Наговицын. Таковых современной науке известно несколько: минимум Вольфа (начало XIV века), минимум Шперера (вторая половина XV века) и минимум Маундера (вторая половина XVII века).
Ученые предположили: конец 23-го цикла, по всей вероятности, совпадает с окончанием векового цикла солнечной активности, максимум которого был в 1957 году. Об этом, в частности, свидетельствует и кривая относительных чисел Вольфа, приблизившаяся к минимальной отметке в последние годы. Косвенным свидетельством суперпозиции является и затягивание 11-летнего. Сопоставив факты, ученые поняли, что, судя по всему, совокупность факторов свидетельствует о приближающемся грандиозном минимуме. Поэтому если в 23-м цикле активность Солнца составила около 120 относительных чисел Вольфа, то в следующем она должна быть около 90-100 единиц, предполагают астрофизики. Далее активность снизится еще сильнее.
Дело в том, что более длительные циклы, например вековые, модулируя амплитуду 11-летнего цикла, приводят к возникновению грандиозных минимумов, последний из которых произошел в XIV веке. Какие же последствия ждут Землю? Оказывается, именно во время грандиозных максимумов и минимумов солнечной активности на Земле наблюдались крупные температурные аномалии.
Климат очень сложная вещь, проследить все ее изменения тем более в глобальном масштабе очень сложно, но как предполагают ученые, парниковые газы которые приносит жизнедеятельность человечества немного затормозила приход малого ледникового периода, к тому же мировой океан саккумулировав часть тепла за последние десятилетия то же оттягивает процесс начала малого ледникового периода, отдавая по чуть чуть свое тепло. Как оказалось позднее растительность на нашей планете хорошо усваивает излишки углекислого газа (CO2) и метана (CH4). Основное влияние на климат нашей планеты все же оказывает Солнце, и мы ни чего не сможем с этим поделать.
Ничего катастрофического конечно не случится, но тем часть северных регионов России могут стать совсем не пригодными для жизни, нефтедобыча на севере РФ может вовсе прекратится.
По моему мнению, начала понижения глобальной температуры можно уже ожидать в 2014-2015 году. В 2035-2045 году солнечная светимость достигнет минимума, а вслед за этим с отставанием на 15-20 лет наступит очередной климатический минимум - глубокое похолодание климата Земли.
Новости о конце света » Земле грозит новый ледниковый период.
Ученые прогнозируют снижение солнечной активности, которое может произойти в течение ближайших 10 лет. Следствием этого может стать повторение так называемого "Малого ледникового периода", случившегося в XVII веке, пишет Times.
Согласно прогнозам ученых, частота появления солнечных пятен в ближайшие годы может значительно снизиться.
Цикл образования новых солнечных пятен, влияющих на температуру Земли, составляет 11 лет. Однако сотрудники Американской национальной обсерватории предполагают, что следующий цикл может сильно запоздать или же не случиться вовсе. По самым оптимистичным прогнозам, утверждают они, новый цикл может начаться в 2020-21 годах.
Ученые размышляют, приведет ли изменение солнечной активности ко второму "Минимуму Маундера" - периоду резкого спада солнечной активности, который длился 70 лет, с 1645 по 1715 годы. В течение этого времени, известного также как "Малый ледниковый период", река Темза покрылась почти 30-метровым льдом, по которому конные извозчики успешно передвигались от Уайтхолла до Лондонского моста.
По прогнозам исследователей, спад солнечной активности может привести к тому, что температура в среднем по планете упадет на 0,5 градуса. Однако большинство ученых уверено, что бить тревогу пока рано. Во время "Малого Ледникового периода" в XVII температура воздуха ощутимо снизилась лишь на северо-западе Европы, да и то всего на 4 градуса. На всей остальной планете температура упала всего на полградуса.
Второе пришествие малого ледникового периода
В историческое время Европа уже однажды пережила длительное аномальное похолодание.
Аномально сильные морозы, воцарившиеся в Европе в конце января, едва не привели к полномасштабному коллапсу во многих западных странах. Из-за мощных снегопадов оказались заблокированы многие автомагистрали, прервано электроснабжение, отменен прием самолетов в аэропортах. Из-за морозов (в Чехии, например, достигших –39 градусов) отменяются занятия в школах, работа выставок и проведение спортивных матчей. Только за первые 10 дней экстремальных морозов в Европе от них погибли более 600 человек.
Впервые за много лет замерз от Черного моря до Вены Дунай (лед там достигает 15 см толщины), блокировав сотни судов. Для предотвращения замерзания Сены в Париже на воду спущен давно стоявший в простое ледокол. Лед сковал каналы Венеции и Нидерландов, в Амстердаме по его замерзшим водным артериям катаются конькобежцы и велосипедисты.
Ситуация для современной Европы экстраординарная. Однако, взглянув на известные произведения европейского искусства XVI–XVIII веков или в записи о погоде тех лет, мы узнаем, что замерзание каналов в Нидерландах, венецианской лагуны или Сены были для того времени явлением достаточно частым. Особенно экстремальным был конец XVIII века.
Так, 1788 год запомнился России и Украине «великой зимой», сопровождавшейся по всей их европейской части «чрезвычайными стужами, бурями и снегом». В Западной Европе в декабре того же года была зафиксирована рекордная температура –37 градусов. Птицы замерзали на лету. Замерзла венецианская лагуна, и по всему ее протяжению горожане катались на коньках. В 1795 году лед сковал берега Нидерландов с такой силой, что в нем в плену оказалась целая военная эскадра, которую затем по льду окружил с суши французский конный эскадрон. В Париже в том году морозы доходили до –23 градусов.
Палеоклиматологи (историки, исследующие изменения климата) называют период с второй половины XVI века до начала XIX века «малым ледниковым периодом» (А.С.Монин, Ю.А.Шишков «История климата». Л., 1979) или «малой ледниковой эпохой» (Э.Ле Руа Ладюри «История климата с 1000 года». Л., 1971). Они отмечают, что в тот период имели место не отдельные холодные зимы, а в целом понижение температуры на Земле.
Ле Руа Ладюри проанализировал данные о расширении ледников в Альпах и Карпатах. Он указывает на такой факт: разрабатываемые в середине XV века рудники золота в Высоких Татрах в 1570 года были закрыты льдом толщиной 20 м, в XVIII веке толщина льда составляла там уже 100 м. К 1875 году, несмотря на проходившее на протяжении XIX века повсеместное отступание и таяние ледников, толщина ледника над средневековыми шахтами в Высоких Татрах еще составляла 40 м. Одновременно, как отмечает французский палеоклиматолог, началось наступление ледников и во Французских Альпах. В коммуне Шамони-Монблан, в горах Савойи, «наступление ледников определенно началось в 1570–1580 годах».
Аналогичные примеры Ле Руа Ладюри указывает с точными датами и в других местах Альп. В Швейцарии к 1588 году относятся свидетельства о расширении ледника в швейцарском Гринденвальде, а в 1589 году спустившийся с гор ледник перегородил долину реки Заас. В Пеннинских Альпах (в Италии близ границы с Швейцарией и Францией) в 1594–1595 годах также отмечено заметное расширение ледников. «В восточных Альпах (Тироль и др.) ледники наступают одинаково и одновременно. Первые сведения об этом относятся к 1595 году, – пишет Ле Руа Ладюри. И добавляет: – В 1599–1600 годах кривая развития ледников достигла своей вершины для всей области Альп». С этого же времени в письменных источниках появляются бесконечные жалобы жителей горных селений на то, что ледники погребают под собой их пастбища, поля и дома, стирая так с лица земли целые населенные пункты. В XVII веке расширение ледников продолжается.
С этим согласуется и расширение ледников в Исландии, начиная с конца XVI века и на протяжении XVII века наступающих на населенные пункты. В итоге, констатирует Ле Руа Ладюри, «скандинавские ледники синхронно с альпийскими ледниками и ледниками других районов мира переживают с 1695 года первый, хорошо выраженный исторический максимум», причем «в последующие годы они опять начнут наступать». Так продолжалось до середины XVIII века.
Толщину ледников тех веков действительно можно назвать исторической. На графике изменений толщины ледников в Исландии и Норвегии на протяжении последних 10 тыс. лет, опубликованном в книге Андрея Монина и Юрия Шишкова «История климата» хорошо видно, как начавшая расти около 1600 года толщина ледников к 1750 году достигла уровня, на котором ледники держались в Европе в период 8–5 тыс. лет до н.э.
Стоит ли удивляться, что современники фиксируют начиная с 1560-х годов в Европе раз за разом повторявшиеся экстраординарно холодные зимы, которые сопровождались замерзанием крупных рек и водоемов? Эти случаи указаны, например, в книге Евгения Борисенкова и Василия Пасецкого «Тысячелетняя летопись необычных явлений природы» (М., 1988). В декабре 1564 года мощная Шельда в Нидерландах полностью замерзла и простояла подо льдом до конца первой недели января 1565-го. Такая же холодная зима повторилась в 1594/95 году, когда замерзли Шельда и Рейн. Замерзали моря и проливы: в 1580 и 1658 годах – Балтийское море, в 1620/21 году – Черное и пролив Босфор, в 1659 году – пролив Большой Бельт между Балтийским и Северным морями (минимальная ширина которого составляет 3,7 км).
Конец XVII века, когда, по данным Ле Руа Ладюри, толщина ледников в Европе достигает исторического максимума, ознаменовался неурожаями вследствие длительных суровых морозов. Как отмечено в книге Борисенкова и Пасецкого: «1692–1699 годы отмечались в Западной Европе сплошными неурожаями и голодовками».
Одна из самых страшных зим малого ледникового периода пришлась на январь–февраль 1709 года. Читая описание тех исторических событий, невольно примеряешь их на современные: «От необычайной стужи, подобной какой не помнили ни деды, ни прадеды... гибли жители России и Западной Европы. Птицы, летая по воздуху, замерзали. В целом в Европе многие тысячи людей, зверей и дерев погибли. В окрестностях Венеции Адриатическое море покрылось стоячим льдом. Покрылись льдом прибрежные воды Англии. Замерзли Сена, Темза. Лед на реке Маас достигал 1,5 м. Столь же великими были морозы в восточной части Северной Америки». Не менее лютыми были и зимы 1739/40, 1787/88 и 1788/89 годов.
В XIX веке малый ледниковый период сменился потеплением и суровые зимы ушли в прошлое. Не возвращается ли он сейчас?
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.
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 .
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.