Геология четвертичных отложений / КУРС ЛЕКЦИЙ / QUARTER LAST

Рис. 8. Термическая кривая для мезо-кайнозоя Русской равнины [3].

Вмиоцене возникают первые горные ледники северного полушария –

вгорном обрамлении залива Аляска, то есть там, где и сегодня представлены величайшие горные и предгорные ледники. Среди современных ледников Аляски, как указывают Л. Д. Долгушин и Г. В. Осипова [8], своими

габаритами выделяются: в горах Святого Ильи – ледник Хаббард (длиной 115 км и площадью 20 000 км2) и ледниковый комплекс СьюардМаласпина (длиной 113 км и площадью 4 500 км2); в горах Чугач – ледник Беринга (длиной 203 км и площадью 5 800 км2). Деятельность аляскинских ледников привела к тому, что на дне морском накопилась грандиозная ледниково-морская свита Якатага. Ее суммарная мощность сегодня превышает 3 км, причем на осадки миоцена приходится 1,5 км [28].

Климат миоцена изменялся одновременно в сторону похолодания и нарастания континентальности. Если в середине миоцена на территории

43

современных субтропиков среднегодовые температуры составляли 20 °С, то к концу эпохи они понизились до 15 °С. В итоге из субтропических лесов исчезли вечнозеленые тропические растения, затем теплолюбивые хвойные, и, наконец, даже многие широколиственные. Сильнее всего похолодание проявилось в высоких и умеренных широтах, что, в частности, выразилось в разрастании ледника Антарктиды. Около 5 млн. лет назад, на границе миоцена и плиоцена, наступило непродолжительное потепление, вызвавшее отступление ледников на юге и морскую трансгрессию.

В плиоцене площадь оледенения продолжала возрастать, особенно в северном полушарии – распространившись на горный запад Америки и Европы, Гренландию, а также Каракорум и Гималаи. Около 4,5 млн. лет назад возникли первые льды в акватории Северного Ледовитого океана, а примерно 3,5 млн. лет назад глетчеры сковали поверхность Гренландии и Исландии. Под натиском холода сузились климатические пояса низких широт, и впервые в истории Земли сформировались зоны тундры, лесотундры и тайги.

Массированное продвижение покровных ледников по равнинам северных материков началось в четвертичном периоде, когда температуры в заполярье упали на 10–15 °С. Снегопады, обрушившиеся на прибрежные горы, вызвали к жизни гигантские ледники. Чтобы судить о масштабах оледенения, нужно представить себе следующее. Границы распространения плейстоценовых ледовых покровов достигали в среднем 57° с.ш., а морские льды сдвигались к тропикам на 10° в южном полушарии, и на 15°

всеверном. Подо льдами было погребено до 40 млн. км2 – почти 30 % территории суши. Добавим к этой величине 27 млн. км2, скованных многолетней мерзлотой (20 % суши), и получим 50 % площади суши, находившейся

вплену мерзлотных процессов. Картину усугубляет тот факт, что более 40 % акватории Мирового океана находилось под шельфовыми, припайными, паковыми и плавучими льдами.

Существуют отличия в распространении ледников современных и плейстоценовых. Если в настоящее время лишь 8 % объема глетчеров концентрируется в северном полушарии, то в плейстоцене на его долю приходилось не менее 60 %. Древние покровные ледники занимали 25 % площади Евразии и 60 % Северной Америки [15]. Наибольшего размаха в покровное оледенение достигало в Северной Америке – здесь существовало три центра оледенения: Кордильерский, Иннуитский (островов Канадского арктического архипелага) и Лаврентийский (рис. 9). Сползавшие с них глетчеры сливались на просторах Центральных и Великих равнин, и опус-

44

кались до 38° с. ш. (рис. 10). Кроме того, нельзя забывать и о существовании близко расположенного Гренландского ледникового покрова.

Рис. 9. Схема максимального развития оледенения Северного полушария 18 тыс. лет назад [9]:

1 – области, покрытые льдом; 2 – шельфовые ледники; 3 – приледниковые озера. Лед- никовые покровы: Баренцевоморский (Б), Британский (Бр), Восточно-Сибирский (ВС), Гренландский (Г), Иннуитский (ИН), Исландский (И), Карскоморский (К), Кордильерский (КО), Лаврентийский (Л), Ньюфаундлендский (Н), Путоранский (П), Скандинавский (С).

45

Рис. 10. Границы ледниковых покровов центральной части США (по К. И. Лукашеву, 1971):

1 – оледенения висконсин; 2 – оледенений иллинойс и канзас (предполагаемая граница показана пунктиром); 3 – оледенения небраска.

Второе место по площади оледенения занимала Европа – сюда ледники надвигались со Скандинавских гор и Кольского полуострова. На северовостоке оказывал влияние Уральско-Новоземельский центр. Немалую лепту вносили глетчеры гор Южной Европы, захватывавшие подножья и, возможно, сливавшиеся с покровными ледниками. Предельная граница распространения ледников достигала 48°40´ с. ш. (устье реки Орель, недалеко от Днепропетровска).

Третье место принадлежало Западной Сибири – ледники двигались с северо-запада (с Уральско-Новоземельского центра) и с северо-востока (с гор Бырранга и плато Путорана), и накрывали ее север и центр, останавливаясь в междуречье Оби и Иртыша на 60° с. ш. [29].

На территории Восточной Сибири, где климат отличался исключительной континентальностью, а значит и сухостью, условий для развития крупных ледников не было – глетчеры располагались изолированными массивами, захватывая горные вершины и самые высокие плоскогорья. Подобная же ситуация имела место и на Дальнем Востоке (рис. 11).

46

Рис. 11. Площадь современного и древнего оледенения северного полушария (по К. И. Лукашеву, 1971):

1 – область современных плавучих льдов; 2 – область древних плавучих льдов; 3 – область современного оледенения; 4 – область максимального оледенения;

5 – область современной многолетней мерзлоты.

Похолодание плейстоцена сказалось и в низких широтах. Так, в горах Кения и Килиманджаро снеговая граница понизилась на 2 700 м относительно современной. В горах Атласа и Австралийских Альп она проходила на высоте 1 000 м. Даже в экваториальном поясе Африки снеговая граница лежала на 500 м ниже современной [15].

Анализ истории климата Земли свидетельствует о многократности глобальных похолоданий и развития покровных ледников. Холодные этапы развития чередовались с теплыми, охватывая десятки и сотни миллионов лет. Внутри холодных мегаэтапов климат был непостоянным: похолодания сменялись потеплениями, что обусловило чередование ледниковых и межледниковых отложений. Точно также и во время каждого оледенения происходили кратковременные потепления, после которых вновь холодало. По мнению Н. М. Чумакова, “неоднократное повторение сходных ледниковых событий на протяжении последних 2,5 млрд. лет указывает на то, что оледенения – это закономерный этап развития внешних оболочек Земли, начиная по крайней мере с раннего протерозоя” [28].

47

Контрольные вопросы

§Перечислите временные этапы развития древних ледниковых покровов и предполагаемые области их распространения.

§Где и когда начался кайнозойский ледниковый этап?

§Перечислите главные центры покровных оледенений плейстоцена.

3.3. Гипотезы о причинах оледенений

Учеными предложено большое количества гипотез, объясняющих причины глобальных похолоданий. С известной долей условности все эти гипотезы можно объединить в несколько групп: астрономические, тектонические, изменения Мирового океана и атмосферы, и др. Среди астрономических выделяются две теории: колебаний солнечной активности и гипотеза Миланковича.

Гипотезы колебаний солнечной активности опираются на 11, 22 и 44-

летнюю периодичность излучения Солнца. Средняя величина солнечной радиации, поступающей на нашу планету (солнечная постоянная), колеблется в пределах 1 – 2 %. Вместе с тем предполагается, что для климатической перестройки достаточно длительного отклонения солнечной постоянной на 0,1 % (хотя ряд ученых утверждает, что для этого требуется не менее 5 %). Проблема заключается в том, что пока нет методов, позволяющих напрямую определить количество солнечной радиации, приходившей на Землю в прошлые геологические эпохи. Следовательно, сейчас невозможно связать ледниковые и межледниковые этапы с активностью Солнца. Интересно и то, что данные гипотезы предлагаются в двух, прямо противоположных вариантах. Первый из них очевиден: чем меньше тепла приходит к Земле, тем выше вероятность оледенения. Второй вариант предполагает существование обратной связи: прирост солнечной постоянной обуславливает увеличение испарения с океанов, следовательно, растет влажность на территории суши, снеговая граница в горах понижается, возникают покровные ледники. Дальнейший рост температур должен привести к таянию ледников.

Гипотеза Миланковича высказана сербским специалистом в области математической физики Милютином Миланковичем в двадцатых годах ХХ века, и в настоящее время пользуется наибольшей популярностью. Согласно гипотезе, количество тепла, получаемого Землей от Солнца, зависит от формы земной орбиты, угла наклона земной оси и, следовательно, расположения полюсов в пространстве. В кратком виде теорию можно сформулировать следующим образом.

48

1.Притяжение тел Солнечной системы ведет к периодическому изменению угла наклона земной оси к плоскости орбиты (амплитудой около 2,4°). В результате смещаются широты тропиков и полярных кругов, изменяется приток солнечной радиации в полярные районы и сезонная контрастность климата. Один цикл таких колебаний составляет примерно 41 000 лет.

2.Притяжение Луны и Солнца создает дополнительную пару сил, стремящуюся совместить три плоскости: земного экватора, эклиптики и лунной орбиты. Земная ось начинает описывать в пространстве конус – это явление называют прецессией, ее периодичность равна 20 700 лет. В результате прецессии по орбите смещаются даты равноденствий (сезоны года) – зимы становятся то длиннее, то короче, приток солнечной радиации колеблется на ±4 %.

3.Земная орбита имеет эллиптическую форму, Солнце в ней расположено эксцентрично, следовательно, в разные даты Земля находится на разном расстоянии от светила. Эксцентриситет земной орбиты испытывает колебания с периодом 91 800 лет – изменяются максимальное и минимальное расстояния между Землей и Солнцем, а значит, и приход солнечной энергии может варьировать на ±0,6 %.

Под воздействием всех этих процессов поступление солнечной энергии может отклоняться на ±5 %, что ведет к смене теплых этапов холодными. Амплитуду и периодичность таких изменений демонстрирует график температурной кривой, предложенный Миланковичем, и доработанный другими учеными (рис. 12).

Рис. 12. Кривая изменений солнечной радиации, поступавшей на поверхность Земли за последние 600 000 лет (для летних месяцев на 50° с. ш.) [9]

Существуют и другие астрономические гипотезы. Например, о влиянии на климат межзвездных пылевых шлейфов, солнечного ветра, вариаций гравитационного поля, колебаний скорости вращения Земли – всего комплекса астрономических факторов, изменяющихся в процессе вращения нашей галактики [9]. Кстати, время одного ее оборота составляет 200–

49

250 млн. лет – именно такую ритмичность холодных мегахронов и предлагают некоторые специалисты.

Приверженцы тектонических гипотез связывают климатические колебания с эндогенными процессами.

Гипотеза полярного расположения материков опирается на идеи тек-

тоники литосферных плит – ледниковый этап соответствует полярному размещению материков. Тогда нужно признать, что глетчеры существуют лишь до тех пор, пока материк не покинет приполярье. Однако доказано, что холодные мегациклы делялся на более короткие этапы (холодные и теплые) – для этого необходимо возвратно-поступательное движение литосферных плит. Признаков таких перемещений не выявлено. Следовательно, данная гипотеза не может объяснить причин многократных чередований стадиалов с интерстадиалами, а также кратковременных пульсаций ледниковых покровов.

Гипотеза горообразования связана с предыдущей и базируется на том, что оледенению способствуют рост высоты и площади суши. В результате горообразования обширные территории оказываются в нивальной зоне. Увеличение площади материков обусловит рост альбедо всей Земли – отражательная способность суши выше, чем океана. Чем крупнее материк, тем больше площадь областей континентального климата, тем суровее зимы в умеренных и высоких широтах. В результате понизится средняя температура воздуха и высокогорья покроются ледниками, что еще сильнее остудит воздух, и глетчеры спустятся к предгорьям. Временные связи эпох горообразования и оледенений показаны на рисунке 13. Если принять эту точку зрения, то придется доказать, что Полярный Урал, Скандинавские горы, плато Путорана и другие центры плейстоценовых оледенений еще недавно возносились на большую высоту. Еще труднее обосновать аналогичный подъем Лаврентийского плоскогорья. Кроме того, одно лишь полярное положение суши не гарантирует формирования покровного ледника – как нет их сейчас в сухих горах Бырранга, на сухом севере Гренландии и штата Аляска. Необходимо помнить и непрерывности процесса горообразования, тогда как ледниковые этапы приурочены к определенным временным отрезкам.

Как вариант гипотезы горообразования, можно рассматривать предположение об охлаждении климата Земли после формирования суперкон- тинентов. Однако, если оледенения позднего палеозоя еще можно связать с консолидацией Пангеи, то ледниковые эпохи кайнозоя и раннего палеозоя приурочены к распаду материков.

50

Рис. 13. Распределение периодов горообразования и ледниковых периодов за последние 600 млн. лет [9].

Близка предыдущей идея о продолжающемся расширении планеты: диаметр Земли возрастает, объем Мирового океана распределяется на большую площадь, океаны мелеют, размеры суши увеличиваются, и климат становится континентальным. Соответственно, необходимо доказать совпадение оледенений и морских регрессий в палеозое и докембрии – но достоверных свидетельств этому в геологической летописи нет.

Гипотеза изменений Мирового океана. Мировой океан служит акку-

мулятором тепла и поставщиком влаги. Следовательно, ледниковые этапы должны соответствовать морским регрессиям, а теплые этапы – морским трансгрессиям (рис. 14). Гипотеза хорошо согласуется с выявленной для кайнозоя последовательностью развития ледников. Вместе с тем, в геологической истории немало примеров того, что планетарные морские регрессии не вызывали распространения ледниковых покровов. Согласно этой гипотезе, кайнозойское оледенение развивалось следующим образом. В олигоцене океанами разделились Южная Америка, Антарктида и Австралия, воды южных частей океанов начали перемешиваться. Антарктида заняла полярное положение, над нею сформировался центр высокого атмо-

51

сферного давления, начали работать стоковые ветры. В результате сузилась зона господства западных ветров, и Антарктида отсеклась от теплых тропических вод двумя кольцами холодных океанических течений: Антарктическим и течением Западных ветров. Итогом стало развитие антарктических ледников, начавшееся около 30 млн. лет назад. Похолоданию в северном полушарии предшествовали отделение Средиземного моря от Индийского океана, а также формирование Малайского архипелага – водообмен между океанами в тропических широтах резко ослабел. Закрылся проход теплым водам из Тихого океана в Северный – холодные воды Арктики замкнулись. Скорость льдообразования возросла благодаря опреснению Северного океана, принимавшего воды рек Сибири и Северной Америки.

Рис. 14. Распределение ледниковых периодов и периодов морских регрессий за последние 600 млн. лет [9].

Сильное охлаждение северного полушария началось 3,5 млн. лет назад, когда возник Панамский перешеек. Разорвалась связь тропических вод Атлантики и Тихого океана, сформировались теплые течения Гольфстрим и Северо-Атлантическое. На севере Атлантики возросло испарение, и западные ветры обрушили на Евразию снегопады. Для подтверждения этой гипотезы нужно детально реконструировать не только палеоклиматы фа-

52