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

История ледниковых периодов

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

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

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

Открытие ледниковых периодов

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

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

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

Исследования ледниковых периодов

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

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

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

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

Причины оледенений

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

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

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

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

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

Почему завершаются ледниковые периоды

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

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

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

Геологические последствия

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

Животные и ледниковый период

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

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

Последствия глобального потепления

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

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

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

Детальное изучение ледниковых отложений позволило установить важнейшее свойство оледенений - их периодичность. Практически все континенты нашей планеты в разное время в значительной мере, а иногда и целиком, покрывались мощными ледниками.

В настоящее время в истории Земли выделяется четыре крупных оледенения: докембрийское; позднеордовикское; пермско-каменноугольное; кайнозойское.

Определение абсолютного возраста протерозойских тиллитов показало их резкую разновозрастность - от 2 млрд до 570 млн лет, что дало основание английскому исследователю Г. Янгу говорить по крайней мере о трех самостоятельных оледенениях.

Первое, самое древнее докембрийское оледенение - нижнепротерозойское - произошло около 2,5 млрд лет назад. Следы его сохранились в Канаде, Южной Америке, Южной Африке, Карелии, Индии, Австралии в виде тиллитов, штриховок и отполированного ложа, оставленного движущимися ледниками.

Второе, верхнепротерозойское оледенение (1,5 млрд лет назад) оставило следы в экваториальной и Южной Африке и в Австралии.

В конце протерозоя, в венде (620-650 млн лет назад) произошло третье докембрийское наиболее грандиозное - скандинавское оледенение. Следы его обнаружены почти на всех материках, начиная от Шпицбергена и Гренландии и кончая экваториальной Африкой и Австралией.

В палеозое было два оледенения. Первое оледенение началось в ордовикский период 480 млн лет назад и продолжалось до силура в течение 40 млн лет. Ледниковые отложения этого возраста найдены в Южной Америке, в Африке - на территории Марокко, Ливии, в Испании, Франции и Скандинавии. По результатам реконструкции древнего континента Гондваны, центр оледенения (Южный полюс Земли в те времена) находился вблизи западного побережья центральной Африки, и площадь оледенения составляла более 21 млн км2, что в 1,5 раза превышало площадь современной Антарктиды.

Второе оледенение палеозоя, которое иногда по масштабности охвата огромных территорий (оно охватило почти все страны южного полушария) называют великим - пермско-каменноугольное (или гондванское), началось в карбоне и продолжалось до конца пермского периода. По современным определениям абсолютного возраста, оно длилось около 100 млн лет. Считают, что центр этого оледенения находился на территории Южной Африки. Его следы в виде толщ тиллитов, мощность которых достигает 1000 м, бараньи лбы, штрихованные скалы присутствуют на территории Африки, Южной Америки, Австралии, Индии, Антарктиды, которые входили в состав когда-то единого континента - Гондваны.

Наиболее изученными являются древние четвертичные оледенения. В четвертичный (антропогеновый) период мощные материковые льды покрывали огромные площади на территории России, Западной Европы и Америки. Большинством исследователей признается многократность четвертичных оледенений, общая площадь которых составляла около 45 млн км2 (30% всей суши), т е. почти в три раза больше площади современного оледенения. Изучение характера и состава ледниковых отложений показывает, что эпохи оледенения перемежались с межледниковьями.

На территории Западной Европы лучше всего ледниковые отложения изучены в Альпах. А. Пенк и Э. Брюннер установили там четыре оледенения, и впоследствии некоторые уточнения внес Дж. Брайан. Периодизацией оледенений в Северной Америке занимался Ф. Флинт. Данные сопоставления оледенений и межледниковий приведены в табл. 17.1.

Для европейской части России в настоящее время принята схема периодизации оледенений И.П. Герасимова и К.К. Маркова (см. табл. 17.1). С некоторыми уточнениями других исследователей выделяются пять материковых оледенений: окское (нижний плейстоцен), днепровское и московское (средний плейстоцен) и валдайское, которое подразделяют на два самостоятельных оледенения - калининское и осташковское (рис. 17.13). He исключена возможность выделения еще более древних оледенений, чем окское, в нижнем плейстоцене и плиоцене. Следы такого оледенения, названного литовским, обнаружены на территории Прибалтики. Все ледниковые периоды отделены друг от друга межледниковьями (снизу вверх): лихвинским между окским и днепровским, одинцовским между днепровским и московским, микулинским между московским и калининским; мологошекснинским между калининским и осташковским оледенениями.

Древние четвертичные оледенения охватывали огромные пространства России, Западной Европы, Северной Америки, Антарктиды и других территорий. В Европе центром оледенения была Скандинавия, где толщина ледникового покрова достигала 2,5-3 км. Максимальным по площади распространения было днепровское оледенение, охватившее весь север Западной Европы, а на территории европейской части России ледники спускались по долинам Днепра и Дона южнее Киева, Харькова, Саратова.

Подробно изучены следы плейстоценовых оледенений на территории Северного Прибайкалья и Станового Нагорья. Исследователями Д.-Д.Б. Базаровым и другими приводятся следующие убедительные факты, свидетельствующие о многократности ледниковых эпох плейстоцена: последовательная вложенность трогов; количество конечных и боковых морен (их минимум три); их различная высота и морфологическая выраженность; наползание одних морен на другие; ярусное расположение каров и разная степень их сохранности; глубокий размыв, отделяющий следы одного оледенения от другого, - все это говорит в целом о трех самостоятельных этапах оледенений, разделенных межледниковьем. Первое оледенение было максимальным и относилось к среднему плейстоцену. Его можно сопоставить с самаровским оледенением Западной Сибири. Относительно возраста второго есть разные суждения. Его сопоставляют с тазовским (конец среднего плейстоцена) или зырянским (позднеплейстоценовым) оледенением. Последнее, вероятнее всего произошло в позднем плейстоцене и является аналогом сартанского оледенения.

Факты, подтверждающие оледенение Баргузинского хребта, приводит В.В. Ламакин, описывающий сильно развитые морены побережья Байкала вдоль всей береговой линии. Распространение нижней морены показывает, что ледники образовали на побережье Байкала широкие предгорные щиты, состоящие из целой группы ледников, спускавшихся по соседним долинам Баргузинского хребта. Мощность ледников местами достигала 500 м. По-видимому, от последней эпохи позднеплейстоценового оледенения сохранились небольшие ледники на Байкальском, Баргузинском и Кодарском хребтах.

Чрезвычайно важную роль в формировании природы Земли и, в частности, Севера сыграли ледниковые периоды, или Великие оледенения. С ними связаны колебания уровня моря, сформировавшие морские террасы, образование трогов, появление вечной мерзлоты и многие другие особенности природы Арктики.

Влияние похолодания выходило далеко за пределы ледников: климаты резко отличались от современных, а температуры морских вод были гораздо ниже. Площадь вечной мерзлоты, или многолетнемерзлых грунтов, составляла до 27 миллионов квадратных километров (20% площади суши!), а плавучие льды занимали около половины площади Мирового океана. Если бы Землю в это время посетили разумные существа, она наверняка получила бы название Ледяная планета.

Такая география была свойственна Земле по крайней мере четырежды только за четвертичный период ее существования, а за последние два миллиона лет исследователи насчитывают до 17 оледенений. При этом последняя ледниковая эпоха была не самой грандиозной: около 100 тысяч лет назад лед сковывал до 45 миллионов квадратных километров суши. Межледниковая обстановка на Земле, подобная современной, оказывается сугубо временным состоянием. Ведь оледенения Земли продолжались примерно по 100 тысяч лет каждое, а интервалы потеплений между ними – менее 20 тысяч лет. Даже в довольно теплое настоящее время ледники занимают около 11% площади суши – почти 15 миллионов квадратных километров. Вечная мерзлота широким поясом протягивается через Северную Америку и Евразию. Зимой в Северном Ледовитом океане около 12 миллионов квадратных километров, а в океанах вокруг Антарктиды больше 20 миллионов квадратных километров сковано плавучими льдами.

Отчего же начинаются на Земле ледниковые периоды? Для того чтобы на планете началось оледенение, необходимы два условия. Должно произойти глобальное (т. е. захватывающее большую часть Земли) похолодание – такое, чтобы снег стал одним из основных видов осадков и чтобы, выпав зимой, он не успевал растаять за лето. А кроме того, осадков должно выпадать много – достаточно для обеспечения роста ледников. Оба условия кажутся простыми. Но что приводит к похолоданию? Причин может быть несколько, и какая из них определяла наступление того или иного оледенения, мы не знаем. Может быть, срабатывали несколько причин сразу. Возможные причины оледенений Земли таковы.

Континенты, будучи частями литосферных плит, перемещаются по поверхности Земли подобно плотам на воде. Оказываясь в полярных или приполярных районах (как современная Антарктида), материки попадают в благоприятные для формирования ледникового покрова условия. Здесь мало осадков, но температура достаточно низка, чтобы они выпадали преимущественно в виде снега и не таяли летом. Перемещения географических полюсов могли приводить к перемещениям природных зон, соответственно материк мог попасть в полярные условия не двигаясь – они сами к нему "приходили".

При бурном горообразовании значительные массивы суши могут оказаться выше снеговой линии (т.е. такой высоты, по достижении которой температура становится настолько низка, что накопление снега и льда преобладает над их таянием и испарением). При этом образуются горные ледники, температура становится еще ниже. Похолодание выходит за пределы гор, появляются ледники подножий. Температура падает еще ниже, ледники вырастают и начинается оледенение Земли.

В самом деле, за период с плиоцена до середины плейстоцена Альпы поднялись более чем на две тысячи метров, Гималаи – на три тысячи метров.

На климат и, в частности, на средние температуры воздуха влияет состав атмосферы (парниковый эффект). Возможно еще влияние запыленности атмосферы (например, вулканическим пеплом или пылью, поднятой ударом метеорита). Пыль отражает солнечный свет, и температура понижается.

Океаны влияют на климат многими способами. Один из них – хранение тепла и его перераспределение по планете океаническими течениями. Движения материков могут привести к тому, что приток теплых вод в приполярные районы уменьшится настолько, что они сильно охладятся. Примерно так произошло, когда Берингов пролив, соединяющий Северный Ледовитый океан с Тихим, стал почти закрыт (а бывали периоды, когда он бывал закрыт совсем и когда был широко открыт). Поэтому перемешивание воды в Северном Ледовитом океане затруднено, и почти весь он покрыт льдами.

Похолодания могут быть связаны с уменьшением количества солнечного тепла, приходящего на Землю. Причины этого, возможно, связаны с колебаниями солнечной активности или с колебаниями пространственного взаиморасположения Земли и Солнца. Известны расчеты югославского геофизика М. Миланковича, в 1920-х годах проанализировавшего изменения солнечной радиации в зависимости от изменений в системе Земля – Солнце. Циклы таких изменений примерно совпадают с цикличностью оледенений. На сегодняшний день эта гипотеза – наиболее обоснованная.

Каждый ледниковый период сопровождался характерными процессами. Вырастали материковые ледниковые покровы в высоких и умеренных широтах. Вырастали горные ледники на всей планете. Появлялись шельфовые ледники в полярных районах. Широко распространялись плавучие льды - в высоких широтах с движущимися льдинами и айсбергами на обширных акваториях Мирового океана. Увеличивались территории вечной мерзлоты в высоких и умеренных широтах, за пределами ледников.

Изменялась атмосферная циркуляция – увеличивались перепады температуры в умеренных широтах, учащались штормы в океанах, и иссушались внутренние части материков в тропиках. Перестраивалась и циркуляция океанических вод – течения прекращались или отклонялись из-за разрастания ледниковых покровов. Резко колебался уровень моря (до 250 м), так как разрастание и разрушение ледниковых покровов сопровождались изъятием и возвращением воды в Мировой океан. В связи с этими колебаниями появились и сохраняются в рельефе морские террасы - поверхности, образованные морским прибоем на древних береговых линиях. В настоящее время они могут оказаться выше или ниже современного берега (в зависимости от того, выше или ниже современного был уровень океана в период их образования).

Наконец, происходили громадные изменения в положении и размерах растительных поясов и соответствующие сдвиги в размещении животных.

Самым последним из периодов похолодания был Малый ледниковый период, зафиксированный в истории Западной Европы, Дальнего Востока и других районов. Он начался приблизительно в XI веке, достиг кульминации около 200 лет назад и постепенно ослабевает. В Исландии и Гренландии период 800 – 1000-х годов новой эры отличался теплым сухим климатом. Затем климат резко ухудшился, и за четыре сотни лет поселения викингов в Гренландии пришли в полное запустение из-за усиливавшихся холодов и прекращения контактов с внешним миром. Прохождение судов у побережья Гренландии стало невозможным из-за выноса морских льдов из Арктики. В Скандинавии и ряде других районов Малый ледниковый период проявился крайне суровыми зимами, подвижками ледников и частыми неурожаями.

Что происходило с обитателями северных районов Земли во времена оледенений и разделявших их межледниковий? Разрастание и таяние ледниковых покровов влияют на все живые организмы.

Вблизи экватора изменения климата были не особенно велики, и многие животные (слоны, жирафы, бегемоты, носороги) пережили ледниковые периоды довольно спокойно. В полярных же областях изменения были очень резки. Температура понижалась, воды не хватало (льда и снега было сколько угодно, но и растения и животные нуждаются в жидкой воде), громадные территории были заняты льдом. И чтобы выжить, обитатели Севера должны были уходить на юг. Но любопытно, что и в высоких широтах сохранялись области – убежища, т.е. районы, где сохранялась возможность выживания.

Решающую роль в выживании северных видов сыграла, вероятно, обширная свободная ото льда территория, существовавшая во время максимума оледенения 18 тысяч лет назад в Канадской Арктике, на Аляске и в прилегающих районах. Эта территория известна под названием Берингии. Напомним, что максимум оледенения – это время, когда громадные количества воды оказывались связаны в ледниках, а потому уровень Мирового океана сильно понижался, и шельфы (а в Северном Ледовитом океане они чрезвычайно велики) осушались.

Однако свободные ото льда территории, подобные Берингии, и южные области не смогли спасти всех. И около 10 тысяч лет назад вымерли не только многие виды, но и роды животных и растений (например, мамонтов – Elephas и мастодонтов – Mastodon).

Возможно, впрочем, что это вымирание было связано не только с изменениями в ландшафтной сфере, но и с появлением здесь человека. Может быть, именно охота сыграла решающую роль в жизни и гибели многих обитателей полярных районов.

Около двух миллионов лет назад, в конце неогена, вновь начали подниматься мате­рики и по всей Земле ожили вулканы. Гигантское количество вулканического пепла и частиц почвы было выброшено в атмосферу и загрязнило ее верхние слои до такой степени, что лучи Солнца просто не могли пробиться к поверхнос­ти планеты. Климат стал намного холод­нее, образовались огромные ледники, которые под действием собственной тяжести начали продвигаться с горных хребтов, плоскогорий и возвышенностей на равнины.

Один за другим, словно волны, на Ев­ропу и Северную Америку накатывались периоды оледенений. А ведь еще совсем недавно (в геологическом смысле) кли­мат Европы был теплым, почти тропичес­ким, и ее животное население составля­ли бегемоты, крокодилы, гепарды, анти­лопы - примерно такие же, каких мы видим сейчас в Африке. Четыре периода оледенений - гюнцский, миндельский, рисский и вюрмский - изгнали или унич­тожили теплолюбивых животных и расте­ния, и природа Европы стала в основном такой, какой мы ее видим сейчас.

Под натиском ледников гибли леса и луга, рушились скалы, исчезали реки и озера. Бешеные вьюги завывали над ледяными полями, а вместе со снегом на поверхность ледника выпадала атмо­сферная грязь и она постепенно начала очищаться.

Когда же ледник ненадолго отступал, на месте лесов оставались тундры с их вечной мерзлотой.

Величайшим периодом оледенения было рисское - оно произошло около 250 тысяч лет назад. Толщина ледни­кового панциря, сковавшего половину Европы и две трети Северной Америки, достигала трех километров. Подо льдом скрылись Алтай, Памир и Гималаи.

К югу от границы ледников теперь ле­жали холодные степи, покрытые скудной травянистой растительностью и рощица­ми карликовых берез. Еще южнее начи­налась непроходимая тайга.

Постепенно ледник таял, отступал на север. Однако у побережья Балтийского моря он остановился. Возникло равнове­сие - атмосфера, насыщенная влагой, пропускала ровно столько солнечных лучей, чтобы ледник не рос и не растаял окончательно.

Великие оледенения неузнаваемо изменили рельеф Земли, ее климат, животный и растительный мир. Послед­ствия их мы можем видеть до сих пор - ведь последнее, вюрмское оледенение началось всего 70 тысяч лет назад, а ле­дяные горы исчезли с северного побере­жья Балтийского моря 10-11 тысяч лет назад.

Теплолюбивые животные в поисках пищи отступали все южнее и южнее, а их место занимали такие, которые лучше переносили холод.

Ледники наступали не только из аркти­ческих областей, но и с горных масси­вов - Альп, Карпат, Пиренеев. Порой толщина льда дости­гала трех километ­ров. Словно гигант­ский бульдозер лед­ник сглаживал неровности рельефа. После его отступ­ления оставалась болотистая равнина, покрытая скудной растительностью.

Так, предположительно, выглядели поляр­ные области нашей планеты в неогене и в эпоху Великого оледенения. Площадь постоянного снегового покрова выросла в десятки раз, а там, куда дотянулись язы­ки ледников, десять месяцев в году стояли холода, как в Антарктиде.

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)