4 роки тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

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.