2 месяца назад
Нету коментариев

Вряд ли можно сомневаться, что климат каждой ледниковой эпохи имел свою специфику. Вместе с тем геологические данные свиде­тельствуют, что и во всех древних и древнейших оледенениях и в их климатах было много общего. Все оледенения охватывали только по­лярные и в меньшей степени уме­ренные широты, все они были вре­менем глубоких похолоданий и бо­лее контрастной, чем современ­ная, климатической зональности. И уж, конечно, все оледенения зна­меновались резким увеличением количества природных льдов, уси­лением связанных со льдами явле­ний. Чтобы понять суть изменений природы, происходивших в эпохи оледенений, рассмотрим обста­новку последней из таких эпох — валдайской, или вюрмской. Эта эпоха заняла последние 100 тыс. лет истории Земли, причем ее мак­симальная стадия, во время кото­рой масса ледников была наиболь­шей, а похолодание самым силь­ным, пришлась на интервал от 17 до 21 тыс. лет назад.

Ко времени этого максимума в северном и южном полушариях образовались гигантские леднико­вые покровы, скрывшие под со­бой значительные части суши и континентальных шельфов; сильно выросли площади морских льдов в океанах и снежного покрова на материках; на свободной от ледни­ков суше произошло глубокое про­мерзание поверхностных слоев земной коры — расширилась и углубилась вечная мерзлота.

В северном полушарии самые большие ледниковые покровы рас­полагались по северным перифе­риям Атлантического и Тихого оке­анов (рис. 5). Согласно нашей ре­конструкции, в первой области су­ществовал Панарктический лед­никовый покров, включавший в се­бя Лаврентьевский, Гренландский, Скандинавский, Баренцево-Карский и некоторые другие ледни­ковые щиты, а также объединяв­шие их плавучие шельфовые лед­ники Арктического бассейна, Нор­вежского, Гренландского и Лабра­дорского морей. Во второй — Се­веротихоокеанской — области су­ществовал ледниковый покров, включавший огромные ледники гор запада и северо-запада Север­ной Америки, Берингийского шель­фа, Корякин и Камчатки, а также шельфовые ледники Охотского и Берингова морей. В южном полу­шарии самый большой леднико­вый покров располагался, как и сейчас, в Антарктиде; оледенение этого материка усиливалось, его лед становился еще толще, края ледникового щита выдвигались в океан до границ континентального шельфа. Общая площадь ледников Земли 17—21 тыс. лет назад пре­вышала 60 млн. км2, т. е. в 4 раза превосходила современную, а объ­ем льда возрастал до 100—110 млн. км3.

Оледенения и морские течения в максимум последнего глобального похолодания

Оледенения и морские течения в максимум последнего глобального похолодания

Откуда же бралась эта огром­ная масса льда? Ответ на этот во­прос очевиден: ледники могли рас­ти только за счет воды Мирового океана. Испарение с поверхности океана поставляло влагу в атмо­сферу, воздушные массы переносили ее в холодные области, где она выпадала в виде снега и на­долго задерживалась в ледниках. Соответственно похолодания и рост ледников сопровождались снижением уровня океана, а потеп­ления и убывание ледников — его повышением. К настоящему вре­мени эта зависимость получила на­дежное подтверждение как в гео­логических данных о положении и возрасте древних береговых ли­ний, так и в результате изотопно-кислородных исследований глубо­ководных осадков Мирового оке­ана. Поэтому гляциоэвстатический график, показывающий изменения уровня океана по времени, одно­временно служит и палеогляцио­логической кривой, описывающей суммарные изменения оледенения Земли.

Рассмотрим такой график, по­строенный по изотопно-кислород­ным данным для последних 130 тыс. лет (сейчас известно, что испарение воды сопро­вождается ее изотопным фракционированием: водяной пар обедняется, а оставшаяся вода обо­гащается тяжелым изотопом кислорода 18О. По­этому и для снега, и для питаемых им древних ледниковых покровов характерен недостаток, а для «ледникового» океана — избыток этого изо­топа (по сравнению с его средним содержанием в современной морской воде). Так что изотоп­ный состав древнего океана, определенный по составу раковин морских организмов из глубо­ководных грунтов океана, поддается пересчету и на увеличение льда, и на потери морской воды) (рис. 6). В нем «записан» полный цикл изменений массы льда, началом которого можно считать последнее межледниковье (около 125 тыс. лет назад), когда ледники были меньше современ­ных, а концом — окончание по­следней ледниковой эпохи (около 10 тыс. лет назад). Судя по графи­ку, этот цикл отчетливо распада­ется на две неравные половины: длительный период роста оледе­нения, растянувшийся почти на 100 тыс. лет — от 115 до 17—18 тыс. лет назад, и короткий период лик­видации оледенения, или «терми-нации», занявший всего лишь 10 тыс. лет. На длинную ветвь графи­ка, описывающую рост ледников, «наложено» несколько сравнитель­но коротких эпизодов быстрого па­дения и повышения уровня океана, отражающих частные усиления и ослабления оледенения. Эти эпи­зоды, однако, не нарушают общей картины: как этот график, так и все другие, показывающие изменения оледенения и уровня океана за по­следний миллион лет, имеют фор­му косых зубьев пилы. Причем длительность каждого ледниково-межледникового цикла, отражен­ного на графиках, близка к 100 тыс. лет, а размах изменений уровня океана и объема льда — соответ­ственно 120—130 м и 70—80 млн. км3.

Рассмотрение нашего графика позволяет сделать неожиданный вывод: межледниковый климат, в обстановке которого мы живем, не типичен для текущего геологи­ческого периода. Для этого пери­ода гораздо более обычна ледни­ковая обстановка, т. е. условия со значительно более низкими темпе­ратурами и более широким рас­пространением ледников, чем в современную эпоху.

Что же мы сейчас знаем о клима­те ледниковых эпох — как об их среднем климате, когда ледники находились в относительно равно­весном состоянии, так и о климате коротких этапов резкого усиления оледенения, на существование ко­торых ясно указывает наш график (см. рис. 6)? Имеющаяся на этот счет информация довольно богата. Сведения о температурах воздуха ледниковых эпох, как уже указыва­лось выше, черпаются из многих источников: из состава ископаемых растении, млекопитающих, насе­комых; из данных о распростране­нии следов мерзлоты и колебани­ях снеговой линии; из результатов математического моделирования изменений климата; наконец, из данных палеотемпературных ис­следований льда из глубоких сква­жин, пробуренных на современных ледниковых щитах.

Гляциоэвстатическая кривая

Гляциоэвстатическая кривая

Последний метод чрезвычайно интересен и перспективен. Он основан на экспериментах, кото­рые показали, что между изотоп­ным составом снега, образующего­ся над ледниками, и температура­ми воздуха существует строгая за­висимость. Установлено, что чем ниже эти температуры, тем ниже относительное содержание уже упоминавшегося нами тяжелого изотопа кислорода О; отклонение содержания этого изотопа во льду от его же содержания в средней морской воде обозначают б18О и выражают в промилле (тысячных долях), причем отклонение, равное одному промилле, оказывается эк­вивалентным изменению темпера­туры приблизительно на 1,5°. По­этому графики изменений б18О часто называют палеотемпературными кривыми.

Ценные графики изменений изо­топного состава льда по глубине (а значит — и по времени!) по­строены по данным бурения на Гренландском ледниковом щите (две скважины), на ледниковых шапках островов Девон в Канад­ской Арктике и Шпицберген, а так­же в Антарктиде (три скважины). Самый новый и длинный из этих графиков только что получен со­ветскими и французскими иссле­дователями, которые обработали керн с советской антарктической станции Восток. Скважина на этой станции углубилась в лед более чем на 2000 м и достигла слоев с возрастом около 160 тыс. лет, что сделано впервые в мировой прак­тике палеоклиматических исследо­ваний.

Этот график представлен на рис. 7. Здесь же даны три других, с которыми он достаточно надеж­но синхронизируется. Это прежде всего график Б, изображающий уже рассмотренную нами гляцио­эвстатическую кривую. Он дает на­глядное представление об измене­ниях общей массы льда, заключен­ного в ледниковых покровах Зем­ли, о скоростях и направленности этих изменений на разных этапах ледниковой эпохи. Следующий график В — палеоботанический; он заимствован из работ Ж. Вуаляр и показывает изменения в соот­ношении площадей леса и тундры в северо-западной Франции, кото­рая неоднократно становилась приледниковой областью. А график Г показывает значения летней инсо­ляции, т. е. количества солнечного тепла, поступающего на единицу площади земной поверхности за единицу времени, рассчитанные для 50° и 75° с. ш. Эти значения изменяются, причем периодич­ность их изменений на разных ши­ротах различна, хотя в ней доста­точно ясно доминируют циклы продолжительностью около 40 тыс. лет. Известно, что указанные колебания инсоляции целиком за­висят от периодических изменений в геометрии земной орбиты — главным образом от цикла пред­варения равноденствий с 23-тысячелетней длиной и цикла измене­ний наклона земной оси, имеюще­го длину около 40 тыс. лет.

Сопоставление палеотемпературной кривой

Сопоставление палеотемпературной кривой

Палеотемпературная кривая по станции Восток несет с собой ис­ключительно интересную инфор­мацию. Она прежде всего пока­зывает, что температуры южной полярной области в последние 150 тыс. лет почти непрерывно изме­нялись, испытывая колебания с раз­ными амплитудами. Максимальные амплитуды изменений б18О дости­гали 7—8o/oo, что соответствует 10—12°С. По-видимому, именно такими были температурные раз­личия между «ледниковым» и «межледниковым» климатами Ан­тарктиды. При изменениях второго порядка, «наложенных» на ледниково-межледниковые колебания, размах понижений и повышений б18O не превышал 3—4 o/oo, что со­ответствует 4,5—6°С. Очевидно, эти колебания отражали так назы­ваемые стадиалы и межстадиалы позднечетвертичного времени, хо­рошо известные геологам и па­леоботаникам Европы и Америки.

Ход кривых на графиках А и Г идеально увязывается по времени и направленности изменений: все крупные пики похолоданий графи­ка А синхронны минимумам летней инсоляции графика Г, а все пики потеплений синхронны инсоляци-онным максимумам. Вместе с тем фактические амплитуды темпера­турных изменений, «записанные» на графике А, размахом колеба­ний инсоляции никак не объясня­ются; остается неясным, почему эти колебания (имеющие, кстати, весьма незначительные абсолют­ные значения) вызывали столь сильные изменения температуры и почему одним инсоляционным ми­нимумам соответствовали межледниковья, а другим — ничуть не меньшим — только межстадиалы. Эти вопросы, как и некоторые дру­гие, возникающие при сравнении рассмотренных кривых с графика­ми Б и В, пока оставим без ответа. Однако мы вернемся к ним позже. Пока же будем помнить, что при максимальном похолодании по­следней ледниковой эпохи темпе­ратуры в районе антарктической станции Восток были на 10—12° ниже современных. Такое же по­холодание выявлено изотопно-кис­лородным анализом керна из скважин, пробуренных во льду у ан­тарктических станций Бэрд и Ку­пол С, а также на севере и в центре Гренландии. По данным некоторых других методов, обобщенным Р. Фейрбриджем, изменения тем­пературы северной полярной об­ласти в последние 150 тыс. лет достигали и даже превосходили 15° С. В то же время в экватори­альных, тропических и субтропи­ческих широтах температуры за это время практически не меня­лись. Так что ледниковые эпохи знаменовались не только сильны­ми похолоданиями полярных и умеренных широт, но также рез­ким возрастанием межширотных температурных контрастов. Вдоба­вок к этому усиливались такие же контрасты между материками, особенно их частями, лежащими в высоких и умеренных широтах, и океанами.

В среднем по земному шару по­следнее похолодание, вероятно, составляло 6—7°, причем океаны охлаждались несколько меньше (в среднем на 4—5°), а матери­ки — больше (в среднем на 7— 10°). Судя по данным изотопно-кислородного исследования мик­рофауны из самых длинных коло­нок глубоководных грунтов Миро­вого океана, примерно такие же похолодания были характерны и для других ледниковых эпох плей­стоцена, т. е. последнего миллиона лет.

Такова в общих чертах известная сейчас картина изменений призем­ных температур воздуха в ледни­ковые эпохи. Сложнее обстоит де­ло с изменениями в количествах атмосферных осадков в те же эпо­хи. Реконструкции осадков эпохи последнего оледенения, основан­ные на характере и составе иско­паемых растительных остатков и других признаках, дают крайне пеструю картину, которая свиде­тельствует о сильных изменениях увлажненности от места к месту — гораздо более сильных, чем изме­нения температур. Эта картина оказывается и очень неполной: на картах осадков прошлого мы ви­дим большие пробелы, совпадаю­щие главным образом с наиболее интересными для нас областями древних оледенений. Этот недо­статок восполняется, правда лишь частично, теоретическими расчетами, принимающими во внимание известные связи между испарени­ем ивлагоемкостью воздуха, с од­ной стороны, и температурами — с другой. И поскольку средние температуры в ледниковые эпохи были ниже современных, то более низкие значения должны были иметь и испарение, и влагоемкость воздуха, и, казалось бы, атмосфер­ные осадки. Опираясь на эту логи­ку, климатологи рассчитали, что в интересующее нас время коли­чество осадков было на 20—30% меньше, чем сейчас. Эти резуль­таты получили широкую извест­ность и используются во многих палеогеографических моделях. И тем не менее они далеко не бесспорны.

Дело в том, что количество осад­ков зависит не столько от содер­жания влаги в атмосфере, сколько от интенсивности ее циркуляции, в частности от скорости влагонесущих ветров. Содержание водяного пара в воздухе и сегодня невелико; в случае полной конденсации атмо­сферного пара на материки выпал бы слой воды или льда, имеющий толщину всего лишь 2,5 см. Есте­ственно, что «строительство» ма­териковых ледниковых покровов из атмосферной влаги независимо от того, становилось ли ее количе­ство на треть меньше или остава­лось неизменным, было возмож­ным лишь при условии высокой скорости «оборота» этой влаги. В самом деле, если атмосфера — это конвейер, транспортирующий водяной пар из теплых областей океана в районы оледенения, то производительность этого конвей­ера должна зависеть не только от его нагрузки, но и от скорости, с которой движется лента.

А эта скорость сильно возраста­ла, что было неизбежным следствием отмеченного выше усиле­ния температурных контрастов между сушей и океаном, между высокими и низкими широтами. Рост этих контрастов повышал энергию всех океанских и атмо­сферных процессов, что подтверж­дено новыми исследованиями со­ветских и зарубежных океаноло­гов и палеоклиматологов. В част­ности, М. С. Бараш, У. Раддимэн, А. Макинтайр и другие установи­ли, что в периоды глобальных по­холоданий повышались скорости и менялись направления ряда крупнейших течений, в том числе Гольфстрима и Куросио, возраста­ли температурные градиенты на гидрологических фронтах, усили­валась циркуляция в субарктиче­ских круговоротах, сильно активи­зировались процессы в зонах апвеллинга, т. е. подъема глубинных вод океанов, существующих у за­падных берегов материков. Столь же сильно активизировалась и цир­куляция атмосферы: в ледниковые эпохи усиливались ветры, включая пассаты; возрастала энергия круг­логодичных барических депрессий, расположенных на стыках океана с ледниковыми покровами, в част­ности исландской и субантарктиче­ской; мощной и круглогодичной становилась и алеутская депрес­сия, которая в современных усло­виях проявляется только зимой; повышалась циклоническая актив­ность, связанная с такими бариче­скими центрами.

В последнее время удалось по­лучить и более прямые доказа­тельства возрастания интенсивно­сти атмосферной циркуляции при усилении оледенений. В качестве мерила этой интенсивности было предложено использовать количе­ство и крупность частиц пыли, вы­несенных ветрами с материков в океаны. Эта идея была воплощена в программу специальных исследо­ваний, при осуществлении которой морские геологи провели работы в разных частях Мирового океана и собрали данные о составе и тол­щине слоев эоловых отложений, участвующих в строении глубоко­водных осадков разного возраста. Таким путем было доказано, что развитие текущей ледниковой эры, продолжающееся уже около 35— 40 млн. лет, сопровождается су­щественным ростом грубости и скорости накопления эоловой пыли на океанском дне, а также что сво­их максимумов этот рост достигал в интервалы времени, которые совпадали с эпохами плейстоце­новых оледенений.

Итак, в ледниковые периоды и эпохи на Земле устанавливался своеобразный — ледниковый — климат, отличавшийся от совре­менного не только низкими темпе­ратурами, но и сравнительно высо­ким уровнем атмосферных осад­ков, обилие которых обеспечива­лось усилением влагонесущихвет­ров. Однако следует иметь в виду, что такой климат был характерен не для всей планеты, а лишь для ее ледниковых областей, причем и в них было немало исключений. В других же областях климат лед­никовых эпох был и вовсе иным. Так, например, мы уже указывали, что, когда высокие и умеренные широты испытывали похолодания, низкие широты оставались практи­чески столь же теплыми, как и сей­час. Количество осадков в эквато­риальных и тропических зонах тог­да сокращалось, что приводило к деградации влажных экваториаль­ных лесов, например сельвы бас­сейнов Амазонки и Конго, к усыханию речных и озерных бассей­нов, регрессии и сокращению замкнутых водоемов, подобных афри­канскому озеру Чад и южноазиат­ским озерам Мундафан и Раджаст­хан.

Зато в субтропиках и внеледниковых районах умеренных широт климат становился более влажным. Причиной этого было смещение в сторону экватора зон западных ат­мосферных течений («западного переноса») и уменьшение потерь влаги на испарение. Так что оледе­нениям там соответствовали так называемые плювиалы, что бук­вально означает «периоды дож­дей». Об их реальности говорят следы высоких береговых линий древних озер в ныне сухих или полусухих котловинах названных областей, которые, по геологиче­ским данным, надежно синхрони­зируются с разрастаниями ледни­ков в соседних горах. Такие бере­говые линии известны в ныне арид­ных впадинах Большого Бассейна и Долины Смерти в Северной Аме­рике, в Котловине Больших озер Монголии, в депрессии Мертвого моря и в ряде других районов.

Таким образом, климат леднико­вых эпох далеко не везде был по-настоящему ледниковым. И все же его конкретные особенности всю­ду на Земле определялись — если не прямо, то косвенно — разви­тием ледников, снежного покрова и морских льдов в полярных и уме­ренных широтах. Ведь это их раз­растание влекло за собой рост межширотных температурных кон­трастов, которые и были первопри­чиной изменений в глобальной кар­тине океанской и атмосферной циркуляции.

Однако вернемся к вопросу о собственно ледниковом климате. Мы уже подчеркивали, что в типич­ном случае он был холодным и сравнительно влажным, точнее многоснежным, и что из этого пра­вила были исключения. Ведь влаго­несущие ветры могли снабжать сне­гом только те районы ледниковых областей, которые были открыты для вторжений океанических воз­душных масс. В таком положении оказывались, например, южные края Евразийского и Лаврентьев­ского ледниковых покровов и при­мыкавшие к ним участки суши. Что же касается недоступных для таких вторжений районов, то в них фор­мировалась особая разновидность ледникового климата, которую можно назвать берингийской. Для этого климата была характерна ис­ключительная континентальность: крайняя степень сухости, чрезвы­чайно низкие температуры зим и довольно значительное прогрева­ние в летние сезоны. Именно та­ким был климат Берингии — без­ледной суши, которая периодиче­ски возникала на стыке Евразии с Северной Америкой и включала, наряду с приморскими низменно­стями Якутии и Аляски, осушав­шиеся шельфы морей Бофорта, Берингова и Чукотского. По неко­торым оценкам средние темпера­туры января здесь были ниже —40°, средние температуры июля поднимались до +10°, годовое ко­личество осадков едва достигало 150 мм, из которых в зимние сезо­ны выпадало не более 20—25 мм. Чтобы понять причины столь спе­цифических условий Берингии, до­статочно найти ее на нашей карте (рис. 5): эта область была оазисом, окруженным большими леднико­выми щитами и оледенелыми гор­ными хребтами и, следовательно, наглухо изолированным от влияний океана.

Берингия уже давно привлекла внимание исследователей — па­леогеографов, археологов, биогеографов. Однако для большинства из них эта суша — лишь межконти­нентальный мост, с помощью ко­торого удается объяснить несколь­ко этапов обмена фауной и флорой между Азией и Америкой в плейс­тоцене, указать возможные пути миграций древнего человека. Наш же интерес к Берингии связан с ее уникальным климатом. Кстати, его специфичность понята уж давно, гораздо раньше, чем ее причины. Этому способствовали многочис­ленные находки остатков расти­тельности и животных, образую­щих неповторимый берингийский комплекс. В нем явно доминиро­вали травоядные животные, суще­ствовавшие в условиях безлесных ландшафтов «тундро-степного» облика, в условиях холодного, рез­ко континентального климата. На Аляске, например, в позднем плейстоцене обитали млекопитаю­щие 31 вида, среди которых были и типичные представители «лед­никовой» фауны — мамонт, север­ный олень, лемминг, овцебык, би­зон и другие, и животные-ксерофи­лы — верблюд, як, антилопа-сайга.

comments powered by HyperComments