2.17 Древние оледенения
Изучение древних ледниковых отложений позволило установить, что в истории Земли неоднократно наблюдались периоды оледенения. Последние сменялись межледниковыми эпохами. Последние сменялись межледниковыми эпохами. Сейчас удалось установить семь периодов материковых оледенений (табл. 2.18). Из таблицы видно, что практически все континенты в разное время в значительной степени покрывались ледниками. В таблице сплошными линиями отмечены материки, где достоверно установлены ледниковые отложения, прерывистыми – материки, где имеются признаки существования древних оледенений.
Таблица – 2.18 Распределение оледенений в различные геологические эпохи(по М.Е. Раабен.)
Ледниковый период– периодически повторяющийся этап геологической истории Земли продолжительностью в несколько миллионов лет, в течение которого на фоне общего относительного похолодания климата происходят неоднократные резкие разрастания материковых ледниковых покровов – ледниковые эпохи. Эти эпохи, в свою очередь, чередуются с относительными потеплениями – эпохами сокращения оледенения (межледниковьями). Внутри отдельной ледниковой эпохи иногда выделяютсяинтерстадиалы – периоды более мягкого климата.
Периоды похолодания климата, сопровождающиеся формированием континентальных ледниковых покровов, являются повторяющимися событиями в истории Земли. Интервалы холодного климата, в течение которых образуются обширные материковые ледниковые покровы и отложения длительностью в сотни миллионов лет, именуются ледниковыми эрами; в ледниковых эрах выделяютсяледниковые периодыдлительностью в десятки миллионов лет, которые, в свою очередь, состоят из ледниковых эпох – оледенений (гляциалов), чередующихся с межледниковьями (интергляциалами).
В истории Земли выделяются следующие ледниковые эры:
- Раннепротерозойская — 2,5—2 млрд лет назад
- Позднепротерозойская — 900—630 млн лет назад
- Палеозойская — 460—230 млн лет назад
- Кайнозойская — 65 млн лет назад — настоящее время
За последние 65 млн лет климатическая кривая выглядит следующим образом:
•34 млн лет назад — зарождение Антарктического ледникового покрова;
•25 млн лет назад — его сокращение;
•13 млн лет назад — его повторное разрастание;
•около 3 млн лет назад — начало плейстоценового ледникового периода, многократное появление и исчезновение ледниковых покровов в северных областях Земли
Кайнозойская ледниковая эра (65 млн лет назад – настоящее время) – недавно (по геологическим масштабам) начавшаяся ледниковая эра.
Древние метаморфизованные морены называются тиллитами. Соотношение тиллитов с другими породами, наличие в их составе валунов с ледниковой штриховкой или галек, несущих следы характерной ледниковой обработки, несортированность и другие признаки позволяют отличать их от осадочных пород и выделят даже в древнейших толщах. Они представлены конгломератами, состоящими из неслоистого, плохо отсортированного материала, с галькой и исштрихованными валунами, подобно тем, которые встречаются в современных и четвертичных моренах. С тиллитами связаны тонкозернистые отложения озерного типа, часто характеризующиеся тонкой ленточной слоистостью.
Древние оледенения– оледенения, характеризующиеся развитием ледниковых покровов на обширных площадях материков в дочетвертичное время. Наиболее крупными являются:
1) архейское оледенение, установленное в Канаде и Южной Африке (система дамара);
2) раннепротерозойское (тимискаминское) оледенение в Северной Америке;
3) позднепротерозойское (гуронское) оледенение в Северной Америке;
4) оледенение на границе протерозоя и палеозоя - в Сибири, Северной Европе, Южной Африке, Китае, Австралии и Северной Америке;
5) позднепалеозойское (гондванское) оледенение в Индии, Южной Африке, Австралии и Бразилии (началось в верхнему карбону).
Докембрийские оледенения. По данным Б.М. Келлера (1970) следы оледенений обнаружены в ряде мест и в древнейших докембрийских отложениях. Особенно характерны они для самой верхней части докембрийского разреза (абсолютный возраст 570 — 680 млн.лет), выделяемой под названием венда (по древнему славянскому племени венды, или венеды). Тиллиты с исштрихованными валунами, соответствующие этому времени, обнаружены в Норвегии, на Северном Урале, вскрыты буровыми скважинами в Белоруссии. Они известны также на Шпицбергене, в Гренландии, во Франции (Бретань). Из приведенных данных следует, что в вендское время имело место огромное оледенение, захватившее почти всю Европу.
Тиллитоподобные образования в более древних отложениях, чем вендские, отмечаются также в некоторых местах Сибири, Северной Америки. Но чем древнее образования, тем они более изменены и метаморфизованы, и восстановить по ним истинную палеогеографическую картину становится все трудней и трудней.
В палеозое оледенениябыли очень широко развиты на территории современных тропиков. Верхнепалеозойские тиллиты известны в Южной Америке, Африке, Индии и Австралии. От этих оледенений кроме хорошо сохранившихся морен остались и другие следы деятельности ледников — ленточные глины, отполированные древними ледниками бараньи лбы и т. п.
В мезозоесколько-нибудь крупных ледниковых эпох неизвестно.
Оледенения достигли крупного масштаба лишь в четвертичном периоде, когда наступило общее похолодание климата. В это время один из центров оледенения находился на Скандинавском полуострове, откуда ледники распространялись на всю Европу. Другой крупный центр находился в Альпах. Альпийские ледники далеко заходили в окрестные равнины. В Азии Гималаи и другие горные системы были охвачены оледенениями, сравнимыми с оледенением Альп. В Африке ледники спускались с вулканов Кении и Килиманджаро много ниже, чем в настоящее время. В Южной Америке огромные ледники спускались с Анд в тропические равнины. Отложенные ими толщи морен тянутся вдоль хребта. В Северной Америке ледники спускались с трех центров — Лабрадорского, Киватинского и Кордильерского — значительно южнее Великих озер, но северная оконечность материка не подвергалась оледенению.
Ледник из Скандинавского центра перешел акваторию современного Северного моря и соединился с местными ледниками Великобритании, покрыл всю Северо-Германскую низменность, где его движение было остановлено возвышенностями Гарца и Исполиновых гор, на северных склонах которых норвежские валуны поднимаются до высоты 580 м. На Русской равнине ледник спускался до 50° с. ш. двумя мощными языками по долинам Днепра и Дона. Как и современные покровные ледники, Скандинавский ледник двигался мощным слоем, сминая и скручивая подстилающие его горные породы, надвигая их друг на друга. Судя по высоте распространения экзотических валунов, оставленных ледником в Исполиновых горах, мощность его льда на Скандинавском полуострове была не менее 2 тыс. м. На южном побережье Балтийского моря она достигала 1000 м. В Московской области мощность льда, как полагают, превышала 1000 м. Ледник наступал троекратно, оставляя покров донной морены — валунные суглинки и супеси с валунами из скандинавских, финляндских и местных пород.
Время самого древнего четвертичного оледенениябыло установлено в Альпах и названо по р. Миндельминделъским веком. Впоследствии миндельским было также названо время первого четвертичного оледенения в Русской равнине. Это оледенение охватило всю Северную Европу, Кавказ и другие горные области. В Европе миндельское оледенение распространялось до Карпат. В России ледник доходил до г. Мозыря на р. Припяти, среднего течения р. Оки и далее к Соликамску. Не все, однако, геологи разделяют мнение о наличии миндельского оледенения в России, указывая на отсутствие следов похолодания, отразившегося на изменении фауны и флоры. На юге Росии для этого времени характерны остатки южных животных (слонов, носорогов, лошадей, бизонов и др.) и теплолюбивых растений.
После отступания Миндельского (Лихвинского) ледника климат значительно потеплел и многие теплолюбивые растения (граб, самшит, рододендрон наряду с сосной, елью и др.) и животные (гиппопотамы, слоны, эласмотерии, верблюды, носороги, бизоны, лошади и другие) проникли далеко на север. Эта эпоха получила название миндельрисского межледниковья, так как в Альпах она отделяет миндельское оледенение от следующего рисского.
Рисское оледенениебыло наиболее крупным. Лед покрывал всю Северную Европу и распространялся южнее Лондона и Берлина. В Испании, Франции и Италии ледники с гор спускались глубоко в низины. В Украине ледник спускался по долинам Дона и Днепра южнее Киева, Харькова и Воронежа. Значительному оледенению подверглась и Азия: ледники покрывали Северный Урал, Северный Тянь-Шань, Памир, Алтай, Саяны, Верхоянский и другие хребты Сибири. В центральной части Якутии накапливались мощные неподвижные массы фирна. Ледники проникали на север Западно-Сибирской низменности, надвигаясь со стороны Урала, Новой Земли и Енисея. Рисский, или Днепровский, ледник очень быстро отступил, не оставив после себя конечной морены (только донную). Но похолодание, сопровождавшее это оледенение, отразилось на флоре и фауне. В Европе далеко на юг проникли многие холодолюбивые животные – мускусный овцебык, мамонт, шерстистый носорог, северный олень и др.
Рисское оледенение сменилось очень коротким риссвюрмским межледниковьем(илимикулинским). Фауна межледниковья содержит некоторые теплолюбивые формы (сайга, дикая лошадь, тушканчик и др.).
.
Современное состояние климата Земли характеризуется принадлежностью к одной из межледниковых эпох голоцена– последней по времени эпохи начавшейся около 65 млн лет назад кайнозойской эры.
Настоящее время – голоцен, начавшийся ≈10 000 лет назад, характеризуется как относительно тёплый промежуток после плейстоценового ледникового периода, часто квалифицируемый как межледниковье. Ледниковые покровы существуют в высоких широтах северного (Гренландия) и южного (Антарктида) полушарий; при этом в северном полушарии покровное оледенение Гренландии простирается на юг до 60° северной широты (то есть, до широты Санкт-Петербурга), морские льды — до 46—43° северной широты (то есть до широты Крыма), а вечной мерзлоты до 52—47° северной широты.
В южном полушарии континентальная часть Антарктиды покрыта ледниковым щитом толщиной 2500—2800 м (до 4800 м в некоторых районах Восточной Антарктиды), при этом шельфовые ледники составляют ≈10 % от площади континента, возвышающейся над уровнем моря.
В кайнозойской ледниковой эре наиболее сильным является плейстоценовый ледниковый период: понижение температуры привело к оледенению Северного Ледовитого океана и северных областей Атлантики и Тихого океана, при этом граница оледенения проходила на 1500—1700 км южнее современной.
Последняя ледниковая эпоха закончилась между 15 000 и 10 000 годами до н. э. (подробнее см. поздний дриас и аллерёдское потепление).
Причины оледенений. Существование крупных и неоднократных оледенений в истории геологического развития Земли в настоящее время ни у кого не вызывает сомнения и они подтверждаются многочисленными фактами.
Существующие гипотезы о причинах оледенений можно разделить на две группы: 1) гипотезы, объясняющие возникновение оледенений космическими причинами; 2) гипотезы, рассматривающие оледенения как результат воздействия земных факторов связанных с общим ходом истории развития земной коры.
Сторонниками космогенических гипотез возникновения оледенений большое значение придается периодическому изменению солнечной радиации. Так, по данным Р.Ф. Флинта (1963), существуют периоды изменений (11-летние и более длительные), вызывающие ледниковые и неледниковые условия. Высокая солнечная активность расширяет систему антициклональных полярных ветров, а вместе с ней и ледники. слабая солнечная активность, наоборот, сокращает систему антициклонных полярных ветров.
Некоторые исследователи (Кеппен, Миланкович и др.) склонны считать, что изменения климата, распределения тепла на земной поверхности зависят от периодического и комбинированного изменения земной орбиты. К ним относятся: 1) наклон эклиптики – угол между осью Земли и плоскостью ее орбиты. Пределы колебаний угла наклона составляют от 21°51' до 24°36', а период изменений — около 40000 лет; 2) величина эксцентриситета земной орбиты – расстояние между центром эллипса (орбиты) и его фокусом, в котором находится Солнце. Регулярное изменение этой величины происходит в период 90800 лет; 3) периодическое смещение перигелия (греч. περι – около, λιος – Солнце) и, следовательно, изменение расстояния Земли от Солнца. Сезон, совпадающий с перигелием, когда Земля ближе всего к Солнцу, будет коротким и теплым, а сезон, совпадающий с афелием (греч. αηο – вдали), когда Земля наиболее удалена от Солнца – более продолжительным и холодным. Сезон, на который в данном полушарии приходится перигелий или афелий, изменяется. Период изменения равен примерно 21000 лет. Были математически вычислены результаты каждого из указанных изменений элементов земной орбиты для количества тепла, получаемого летом на том или ином пункте земной поверхности. Сочетание малых наклонов эклиптики с большим эксцентриситетом и положением того или иного полушария в афелии, по мнению авторов этой гипотезы, должно вызывать похолодание и являться наиболее благоприятным для возникновения оледенений.
Сторонники второй группы гипотез причину похолодания климата видят в изменении состава земной атмосферы, в частности в изменении содержания CO2. Так как атмосферный углекислый газ способен задерживать отраженные тепловые лучи, является мощным термозилятором. Изменение содержания СО2 влечет за собой похолодание или потепление. По С. Аррениусу, одним из источников поступления в атмосферу CO2 являются вулканы, и, следовательно, периодам интенсивной вулканической деятельности должен соответствовать мягкий субтропический климат. Обилие растительности и ослабление вулканической деятельности будут способствовать постепенному уменьшению содержания CO2 в атмосфере, понижению температуры, что может привести к оледенению.
Наибольшего внимания заслуживает гипотеза, в основу которой положена идея о влиянии на климат рельефа – возникновение горных сооружений, общие поднятия, увеличение площади материков и уменьшение – океанов (Брукс). В настоящее время средняя высота суши оценивается величиной 875 м над уровнем океана, в то время как в начале неогена она предполагается равной 300 м. Таким образом, средняя высота суши за неоген-четвертичное время (новейший этап геологического развития) увеличилась на 500 м. В тот же новейший этап проявились интенсивные тектонические горообразовательные движения (альпийские), в результате которых были созданы огромные горные сооружения, поднявшиеся на тысячи метров, такие как Альпы, Кавказ, Памир, Гималаи, Кордильеры, Анды и ряд других, резко изменившие существовавшие ранее соотношения суши и моря. Эти события, преобразовавшие лик Земли, вызвали перераспределение циркуляции влажных ветров, а возможно и океанических течений (предполагается частичное отклонение Гольфстрима), что оказывало соответствующее влияние на изменение климата. Известно, что на каждые 100 м увеличения высоты температура понижается на 0,6°С. Следовательно, повышение средней высоты суши на 500 м за новейший этап должно было вызвать охлаждение земной поверхности на 3°С. В пределах же молодых высоких горных сооружений температура должна была понизиться значительно больше и могли создаться благоприятные условия для накопления масс снега и льда. Появление ледников в горах влияло в последующем на охлаждение в других районах.
Связь оледенений с тектоническими движениями, изменяющими рельеф и соотношение площадей материков и океанов, может быть установлена не только для четвертичного, но и для более древних великих оледенений — верхнекаменноугольного и вендского. Каждое из них совпадает со временем интенсивных тектонических движений, процессов складчатости, горообразования, отступания морских бассейнов и значительного увеличения площади суши. Так, вендское оледенение связано с байкальской эпохой складчатости, верхнекаменноугольное — с герцинской. С этим же временем связаны и переломные моменты в развитии органической жизни — смена состава фауны и флоры. Такое совпадение, очевидно, не может быть случайным, а представляет собой явление закономерное.
Таким образом, общее направленное охлаждение климата поверхности Земли и возникновение ледников может быть объяснено значительным изменением рельефа и увеличением размеров суши, связанных с тектоническими движениями земной коры. Однако этим трудно объяснить периодичность и множественность оледенений плейстоцена. Возможно, что это связано с космическими факторами.
В заключение следует отметить, что существующие гипотезы рассматривают различные факторы, влияющие в той или иной степени на изменение климата, но не дают исчерпывающего ответа на причины и множественность оледенений. Вполне вероятно, что похолодания были обусловлены вулканической деятельностью, уменьшавшей за счет выброса колоссального количества пепла програчность атмосферы, и сокращавшей солнечную радиацию. Бурение многослойных ледовых панцирей Гренландии и Антарктиды показало, что наиболее низкие температуры отмечаются в тех слоях, где были выявлены самые мощные отложения вулканического пепла.
В современную эпоху все возрастающую роль в изменении климата Земли играет деятельность человека. Сжигание топлива, выброс в атмосферу газов и мелких частиц примышленными предприятиями приводит, с одной стороны к изменению газового состава воздушной оболочки Земли, а с другой – к увеличению содержания пыли в атмосфере. Увеличение содержания углекислоты в атмосфере не за счет «парникового эффекта» может привести к существенному потеплению климата и растоплению ледникового покрова Земли. Загрязнение атмосферы пылью, наоборот, снижает поступление солнечного тепла. Как считают климатологи, достаточно на 1% уменьшить освещенность Земли, чтобы вызвать на планете резкое похолодание или крупномасштабное оледенение. Отсюда становится понятным, насколько важно соблюдение рационального режима и поддержание установившегося природного равновесия в тепловом балансе планеты.