2 месяца назад
Нету коментариев

Представление о палео-ЭАЗО как мощных поставщиках осадков в ледниковые области помогает преодолеть противоречие между снижением влагоемкости воздуха при похолоданиях и формирова­нием огромных ледников за сравнительно короткие интервалы времени. Отрицательные эффекты похолоданий с лихвой компенси­ровались усилением взаимодей­ствий атмосферы с океаном в ЭАЗО, ускорением ветров, пере­носивших влагу с океанов на ма­терики. Нет оснований сомневаться в том, что было достаточно не­многих тысячелетий, чтобы ледни­ковые покровы приобрели форму массивных выпуклых щитов с уста­новившимся, или «равновесным», режимом. Последнее означает, что расход их льда, связанный с откалыванием айсбергов и тая­нием на краях, примерно компен­сировался притоком льда из хо­лодных внутренних районов, где шло непрерывное накопление и преобразование снега. Иными словами, ледниковые покровы до­стигали предельных размеров, ко­торые уже почти не менялись от года к году.

Теперь рассмотрим причины и механику уже упоминавшихся тер­минаций. Как кончались оледене­ния и каким был климат этих эта­пов? В последнее время этот во­прос стал вызывать много споров, хотя еще недавно казалось, что с ним все просто: на смену холодному климату приходили по­тепления, и ледники таяли. А о причинах самих потеплений либо не думали, либо связывали их с изменениями в поступлении сол­нечного тепла. В частности, ко­нец последнего оледенения мно­гие объясняли влиянием инсоляционного максимума, который на­чался около 20 тыс. лет и кульми­нировал 11 тыс. лет назад.

Однако наблюдения и расчеты показывают, что эти представле­ния неверны или верны лишь частично. Во-первых, выяснилось, что ликвидация ледниковых по­кровов произошла чрезвычайно быстро, не более чем за 10 тыс. лет, о чем мы уже говорили, рассмат­ривая гляциоэвстатический график. И стало ясно, что если бы таяние этих покровов шло лишь за счет тепла атмосферы и солнечной радиации, то оно заняло бы не 10, а целых 100 тыс. лет. Под­считано, например, что убывание массы льда со скоростями, кото­рые установлены геологами для некоторых секторов Лаврентьев­ского ледникового щита Северной Америки, требовало ежегодных затрат энергии в 1500 кДж/см2, тогда как даже сейчас соответ­ствующие районы получают через атмосферу в среднем не более 130 кДж/см2. Таким образом, мо­жет возникнуть вопрос: где же был главный источник энергии, которая расходовалась на таяние плей­стоценовых ледниковых покро­вов?

Во-вторых, гораздо менее понят­ной оказывается и природа тех «толчков», которые служили непо­средственной причиной тер ми на­ций. Из рис. 7 следует, что по­следняя из них (как, впрочем, и предпоследняя и ряд более древ­них) совпала с последним макси­мумом летней инсоляции, что вроде бы хорошо согласуется с известной гипотезой югославского астронома М. Миланковича. Одна­ко тот же рисунок делает оче­видным и другое: этот максимум не был за последние 100 тыс. лет ни единственным, ни самым боль­шим. Ему предшествовали два других инсоляционных пика, имев­ших возраст около 50 и 90—100 тыс., лет, которые терминаций не вызвали. Поэтому возникает и вто­рой вопрос, который созвучен во­просу о причинах различий в глу­бине межледниковых и меж­стадиальных потеплений: если причина ритмических чередований оледенений и межледниковийдействительно состоит в изменени­ях летней инсоляции, то почему за одними ее максимумами сле­довала ликвидация оледенения, а за другими, ничуть не менее значительными, лишь некоторое сокращение массы льда? И почему длительность ледниково-межлед­никовых циклонов плейстоцена была близка к 100 тыс. лет, тогда как в вариациях инсоляции, ощутимых в высоких и умеренных широтах, выявляется лишь 20- и 40-тысячелетняя периодичность?

Как ни интригующе звучат все эти вопросы, ответы на них уже получены, и они довольно просты. Причем главный из этих отве­тов, служащий основой для всех остальных, состоит в следующем. Климат со всеми его характе­ристиками, включая температуры воздуха и воды океана, атмосфер­ные осадки и морские течения, распределение и размеры ледни­ков и др., формируется и изме­няется работой «климатической машины» Земли, т. е. взаимодей­ствиями в системе «океан — ат­мосфера — материки — оледе­нение», внутри которой существу­ют прямые и обратные связи, в том числе механизмы усиления (или ослабления) внешних по от­ношению к системе сигналов.

Одним из примеров этих ме­ханизмов может служить уже опи­санный нами процесс образова­ния атмосферных осадков в эпохи роста ледниковых покровов. Взаи­модействие холодных материков, ледников и ледовитых субполяр­ных морей с субтропическими вод­ными массами создавалоэнер­гоактивные зоны океана, усилива­ло циркуляцию атмосферы, а взаи­модействие последней с этими зонами способствовало быстрому насыщению воздуха влагой, ко­торая затем и питала ледники.

Усилением в этой системе объ­ясняется и фактический размах похолоданий Земли. Напомним, что среднее снижение глобаль­ных температур в ледниковые эпохи составляло 6—7°, тогда как прямым следствием периодиче­ских уменьшений инсоляции могли быть лишь похолодания, не превы­шавшие 2°. Что же усиливало тот импульс, который давало падение инсоляции? Сейчас можно назвать несколько механизмов такого уси­ления. Главный из них — возра­стание отражательной способности (альбедо) суши и океана, свя­занное с ростом площадей ледни­ков, снежного покрова и морских льдов, с усилением опустынива­ния материков. Выполненные на­ми расчеты, учитывающие разра­ботки советского климатолога М. И. Будыко, показали, что только благодаря росту альбедо температуры воздуха ледниковых эпох должны были дополнитель­но снижаться не менее чем на 3°.

Еще один механизм усиления похолодания состоит в выхолажи­вающем влиянии ледниковых по­кровов на воздушные массы. При­ходя в контакт со снежно-ледни­ковыми поверхностями, эти массы передают им свои запасы тепла, которое затем излучается в кос­мическое пространство.Интен­сивность указанного процесса обеспечивается тем, что по своей способности излучать энергию, как уже было сказано, снег и лед близки к абсолютно черному телу, а само это излучение может идти без помех, поскольку небо над ледниковыми покровами почти всегда безоблачно. Такое выхола­живание также дает эффекты, ощутимые в масштабах всей Земли. Возможно, что в леднико­вые эпохи этот процесс служил дополнительным усилителем того сигнала к похолоданию, который поступал в виде минимумов лет­ней инсоляции.

Так объясняется размах плейсто­ценовых колебаний температур. Те же механизмы позволяют по­нять и природу различий в глубине межстадиальных и межледнико­вых потеплений. Очевидно — и это подтверждается графиками А и Б на рис. 7, — что первые происходили в условиях, когда на Земле существовали сравни­тельно крупные ледниковые по­кровы, а связанные с ними потери энергии были велики. А вторые имели место в условиях, когда оледенение резко сокращалось и потери тепла за счет альбедо и ледникового выхолаживания становились близкими к современ­ным. Именно в этом проявляли себя прямые и обратные связи между температурами и оледе­нением: не только похолодания способствовали Нарастанию снеж­но-ледяных масс, но и масштабы оледенения оказывали опреде­ляющее влияние на температурное состояние Земли. Причем причины и следствия здесь часто менялись местами. Сравнение графиков А и Б, т. е. палеотемпературной и гляциоэвстатической кривых, приводит к заключению, что изме­нения оледенения и температур далеко не строго следовали друг за другом. Правда, температурные минимумы последней ледниковой эпохи довольно строго совпадали с интервалами ускоренного роста ледниковых покровов, а темпера­турные максимумы — с этапами их сокращения. Однако если сни­жения температур во время трех климатических минимумов этой эпохи были практически одина­ковыми, то количество льда в каж­дый из них было различным, последовательно нарастая от нача­ла эпохи к ее концу. Судя по все­му, межстадиальные потепления, имевшие место внутри леднико­вой эпохи, были и слишком слабы­ми, и слишком короткими, чтобы уничтожить весь лед, накопив­шийся к их началу. А новые по­холодания с лихвой компенсиро­вали межстадиальные потери. Важ­но также, что ледники, успевшие вырасти до этих потеплений, были целиком наземными или по­лярными, а потому весьма устой­чивыми по отношению к внешним воздействиям.

Зато дальнейший рост оледе­нения, приближавший его к макси­муму, был связан и с распростра­нением льда в более низкие ши­роты, и с его экспансией на при­морские низменности и континен­тальные шельфы. Судя по дан­ным теоретических и эксперимен­тальных исследований гляциоло­гов, ледниковые покровы таких низменностей и шельфов в опре­деленных условиях теряли устой­чивость, чему способствовали рост массы льда и прогибание земной коры под его нагрузкой. А до­стигнув критического уровня неус­тойчивости, они могли катастро­фически быстро разрушаться, причем не путем наземного тая­ния, а за счет резкого ускорения движения и сброса льда в океан («айсбергового стока»).

Катастрофическое разрушение неустойчивых ледников могло на­чинаться в ответ на сравнительно слабые внешние воздействия, в том числе на некоторое усиление таяния, вызванное очередным ин­соляционным максимумом. А пос­ле этого включалась своеобраз­ная цепная реакция взаимодей­ствий: интенсивный айсберговый сток вел к повышению уровня океана, а это повышение вызывало новые сбросы льда.

Таким образом, основная масса плейстоценовых льдов таяла не на суше. Впрочем, не наземное таяние, а айсберговый сток состав­ляет главную статью расхода льда и у современных ледниковых по­кровов. Антарктида, например, и сейчас ежегодно теряет с этим стоком свыше 2000 км3льда, тогда как ее потери, связанные с наземным таянием, как поверх­ностным, так и подледным, не достигают и 100 км3. В эпохи же древних оледенений, когда темпе­ратура воздуха снижалась, а кон­такты ледников с океаном усили­вались, роль айсбергового стока еще более возрастала, особенно на этапах терминаций, когда за считанные тысячелетия в океан сбрасывались десятки миллионов кубокилометров льда. Реальность этих сбросов доказана позднелед­никовыми изменениями изотопно­го состава океана, которые говорят о быстром «облегчении» его воды за время терминаций. Очевидно, что это облегчение может быть только следствием возвращения в океан изотопно легкой воды (т. е. воды, обогащенной легким изотопом кислорода 16О), которая до того удерживалась в ледни­ках.

Теперь мы можем ответить и на все оставшиеся вопросы. Раз основная масса плейстоценового льда не таяла на суше, а сбрасы­валась в океан, то и энергия, по­требная для ее таяния, черпалась не из атмосферы, а в океане, где ее запасы в 1000 раз больше. И по­скольку катастрофические сбросы льда были следствием неустойчи­вости ледниковых покровов, они могли происходить лишь тогда, когда эта неустойчивость возника­ла, а именно, когда ледники рас­пространялись на шельфы и дости­гали «критической массы». Мы уже указывали, что толчком для начала терминаций служили повышения летней инсоляции, однако сейчас ясно, что такую роль могли играть не все ее повышения, а только те из них, которые приходились на время ледниковых максимумов. Наверное, мы не ошибемся, если скажем, что оледенения заверша­лись быстрыми и полными распа­дами только тогда, когда инсоля­ционные потепления воздейство­вали на ледниковые покровы, успевшие созреть для распада. И срок такого созревания в кон­кретных условиях четвертичного периода Земли, видимо, был бли­зок к 100 тыс. лет.

В завершающие фазы оледене­ний сток льда в океан становился глобальным климатообразующим фактором, поскольку он обуслов­ливал резкий рост тепловых потерь океана. Эти потери были связаны прежде всего с поглощением теп­ла при таянии айсбергов. Ведь из­вестно, что энергия, необходимая на таяние 1 млн. км3 льда, состав­ляет более 3-1014 МДж, что в 100 раз больше, чем теплосодер­жание воды, ежегодно поступаю­щей в Арктический бассейн с вет­вями Североатлантического тече­ния. А при деградации последнего оледенения в океан поступил не один, а не менее 60 млн. км3 льда. Причем этот механизм позднелед­никового охлаждения океана не был единственным. Талые ледни­ковые воды опресняли приповерх­ностный слой воды океана, что вы­зывало сильный рост его зимней ледовитости, айсберги и морские льды способствовали резкому по­вышению альбедо поверхности, сокращая поглощение радиацион­ного тепла.

Айсберговый сток на этапах де­градации оледенения не был по­степенным равномерным процес­сом. Наоборот, каждая терминация состояла из нескольких стадий ускоренного распада ледниковых покровов, во время которых в океан поступали огромные массы льда, и интервалов временной ста­билизации ледников, когда сток айсбергов замедлялся. Соответ­ственно менялся и климат. По рас­четам палеоклиматологов, наибо­лее крупные сбросы льда могли охлаждать климат целого полуша­рия на 5—10° на столетия. О том же говорят прямые палеогеогра­фические данные: позднеледни­ковое потепление действительно неоднократно прерывалось корот­кими похолоданиями, во время которых наступали горные ледни­ки, расширялись ареалы тундровой растительности, усиливались эоло­вые процессы. Причем уже давно предполагалось, а недавно уда­лось и доказать, что очаги этих похолоданий находились в океане.

Это доказательство было полу­чено следующим образом. Был избран сравнительно хорошо да­тированный интервал резкой тем­пературной осцилляции — пере­ход от теплого аллередского вре­мени к холодному позднему дриасу, имевший место около 11 тыс. лет назад, а затем собраны и пере­считаны на температуры все имеющиеся в мировой литературе дан­ные по изменениям в составе планктонных фораминифер дна Северной Атлантики и раститель­ности на сопредельных материках, которые произошли в это время. При этом выяснилось, что самое большое снижение температур происходило в океане, охватывая поверхностные слои воды в рай­онах наиболее интенсивного тая­ния айсбергов, и достигало 8—9° (относительно современных тем­ператур). А на суше похолодание этого времени сильнее всего про­явилось в тех областях Евразии и Северной Африки, которые нахо­дятся под влиянием атлантиче­ских воздушных масс, да и соста­вило оно лишь 4—5° и менее.

comments powered by HyperComments