Изменения климата в плейстоцене.

Плейстоцен –эпоха (отдел) в четвертичном периоде (продолжительность 1,5 ± 0,5 млн лет) в течение долгого времени был синонимом названия «ледниковый период», поскольку считалось, что оледенение в Северном полушарии началось только в плейстоцене. Однако, как мы видели выше, постепенное похолодание в кайнозойской эре привело к обширным оледенениям в Северном полушарии, по крайней мере, в плиоцене, а в Южном полушарии оледенение Антарктиды началось еще раньше, в миоцене. Таким образом, в плейстоцен Земля уже вступила в фазе оледенения. Характерным для плейстоцена является последовательная смена ледниковых периодов и более теплых межледниковий. Однако классические представления, заключающиеся в том, что плейстоцен состоит из четырех ледниковых периодов (гюнц, миндель, рисс и вюрм) и трех межледниковий, оказались слишком упрощенными в свете накопленных к настоящему времени фактов. Применение изотопных, геохимических, биохронологических методов к анализу колонок бурения морского дна и ледниковых щитов Гренландии и Антарктиды дало более подробную информацию об изменениях температуры. Таким образом, разрозненные свидетельства похолоданий и потеплений, морских трансгрессий и регрессий, которые были установлены на континентах, удалось выстроить в их временной последовательности. Каждый из упомянутых выше классических ледниковых периодов и каждое межледниковье имели сложный ход изменений температуры, отражающий изменения климата. Самое важное открытие состоит в том, что возникновение обширных покровных оледенений может происходить за время порядка 10 тыс. лет, а время их разрушения может быть еще меньше. При этом в период максимального развития лед занимал около 9% (по другим оценкам, 14%) поверхности Земли, а его объем достигал 45 • 106 км3, понижение уровня Мирового океана составляло величину порядка 100 м, а понижение средней глобальной температуры — порядка 10°С. Чередование ледниковых периодов и межледниковий в плейстоцене с разной степенью детальности изучено в Альпах, Западной Европе, европейской части России, Западной Сибири и Северной Америке. Было сделано заключение, что наступление ледниковых периодов и межледниковий происходило синхронно на всем Северном полушарии. При этом на развитие ледникового покрова затрачивалось больше времени, чем на его исчезновение. Плейстоцен начинается классическим оледенением Гюнц (Небраска) 1,2-1,0 млн лет назад. Южная граница гюнцского оледенения в Европе достигала 56°с.ш., в Европейской части России— верховьев Оки, Волги и Дона. В Северной Америке развивалось небрасское оледенение, которое продвинулось южнее, до 40-41° с.ш. На северо-востоке Азии в это время появляются типичные тундровые растения и животные, а в Казахстане обитали лесной слон, дикий осел, верблюд гигантский и другие млекопитающие степных ландшафтов. Гюнцское похолодание закончилось гюнц-миндельским потеплением (1,0-0,76 млн лет назад), во время которого отмечалась трансгрессия в Средиземном, Черном и Беринговом морях. В Северо-Западной Европе во время этого межледниковья были распространены широколиственные леса. Далее наступило классическое оледенение Альп — миндель (примерно 790-580 тыс. лет назад). Миндельское оледенение носило более сложный, чем представлялось ранее, характер: на протяжении этого похолодания происходили три следующих друг за другом оледенения, которые разделялись несколькими потеплениями. По мнению многих специалистов, последний ледниковый надвиг, называемый Эльстер II, был самым максимальным за весь плейстоцен. В Западной Европе скандинавский ледовый щит распространялся далеко на юг, захватив Англию. На севере Западной Сибири летом температура воздуха во время Миндельского оледенения понижалась на 7-8°С по сравнению с современной, и тундра продвигалась до 50° с.ш. Затем последовало Миндель-Рисское межледниковье (585-350 тыс. лет назад), продолжавшееся 235 тыс. лет. Это межледниковье состоит из двух крупных потеплений, разделенных небольшим похолоданием. Из них наиболее известны Лихвинское в Европейской России, Голштинское в Северо-Западной Европе и Ярмутское в Северной Америке. Во время Голштинского межледниковья виноград распространился на Британские острова, Многочисленные геологические и палеоботанические данные свидетельствуют, что миндель-рисское межледниковье и особенно два его оптимума отличаются значительно большим увлажнением по сравнению с современными условиями во всей внетропической зоне Северного полушария. Улучшение условий увлажнения способствовало повсеместному расширению площади, занятой лесами, и увеличению многообразия их состава. Таким образом, миндель-рисское межледниковье является одним из наиболее теплых, а возможно, и самым теплым временем плейстоцена. Вслед за этим межледниковьем наступило новое похолодание, называемое Рисский ледниковый период (350-170 тыс. лет назад). Это похолодание характеризуется тремя надвигами ледниковых щитов, из которых максимальным был средний. В это время южный край Скандинавского ледникового щита в Западной Европе почти достиг границы предыдущего миндель-эльстерского оледенения, а на европейской части России и на Украине продвижение ледника на юг было максимальным: его язык в долине Днепра достигал 48° с.ш., язык в междуречье Волги и Дона — 50° с.ш. Последняя стадия оледенения в Альпах была максимальной за весь плейстоцен, в то время как на европейской части России граница московского оледенения отступила на север и протягивалась от верховий Днепра к Верховьям Печоры. Последовавшее за Рисским ледниковым периодом рисс-вюрмское межледниковье (245-115 (117) тыс. лет назад) имело сложную структуру. Межледниковье состояло из двух периодов потеплений. Самое значительное потепление произошло в эем-микулинское межледниковье (125-115 тыс. лет назад). В эем-микулинское время климат Земли был значительно теплее современного. Наибольшее потепление наблюдалось в высоких широтах, а в тропиках температура была несколько ниже современной что, вероятно, связано со значительно большей облачностью и осадками в этих широтах. Повышение температуры и увеличение осадков привело к расширению зоны широколиственных лесов в умеренных широтах и распространению темнохвойных лесов в районы, занятые сейчас тундрой. Например, в районе С.-Петербурга в середине межледниковья росли теплолюбивые широколиственные леса, включавшие вяз, дуб, липу и даже граб. Особенно заметным потепление климата было на европейской части России и в Западной Сибири. Пик межледниковья был достигнут 125 тыс. лет назад. В это время уровень Мирового океана располагался на 5-8 м выше современного, что может быть связано с исчезновением западно-антарктического ледникового покрова. Последнее оледенение, названное на территории Западной Европы вюрм-висла, в нашей стране — валдайским и зырянским, а в Северной Америке — висконсинским, началось 115 тыс. лет назад. К этому моменту в Западном полушарии произошло разрастание Гренландского ледникового покрова, на полуострове Лабрадор развилось устойчивое ядро Лаврентийского ледника. В Евразии началось образование и накопление льда над Скандинавским нагорьем. Похолодание прогрессивно развивалось, и через 10 тыс, лет Скандинавский ледяной щит достиг максимального развития: его мощность составляла 2,5 км. Распространение ледникового покрова на Западную Европу привело к исчезновению лесов в Англии, Нидерландах, Германии и на северо-западе европейской части России. Уровень Мирового океана понизился примерно на 60 м ниже современного положения в течение нескольких тысяч лет. В интервале между 115 и 80 тыс. лет назад на фоне общего похолодания климата в раннем Вюрме выделятся два наиболее холодных ледниковых периода, которые разделялись двумя промежутками более мягкого климата. В целом ранний вюрм продолжался с 115 до 80 тыс. лет назад и характеризовался образованием мощных ледниковых покровов как в Западной и Восточной Европе, так и в Сибири и Северной Америке. Около 75 тыс. лет назад, в среднем вюрме, началась новая активная фаза оледенения, которое очень быстро достигло широкого распространения. В Европе Скандинавский ледниковый покров стал более мощным и распространился над горами Норвегии и Швеции. Уровень Мирового океана понизился примерно на 100 м ниже современного положения всего за несколько тысяч лет. Однако похолодание климата не было устойчивым, на его фоне происходили короткопериодные потепления. Эти потепления проявлялись также в европейской части России ив Северной Америке, где на смену тундре пришли березовые и сосновые леса с примесью дуба, ясеня и вяза. Уровень Мирового океана во время потеплений удерживался примерно на 50 м ниже современного положения. Около 75 тыс. лет назад, в среднем вюрме, началась новая активная фаза оледенения, которое очень быстро достигло широкого распространения. В Европе Скандинавский ледниковый покров стал более мощным и распространился над горами Норвегии и Швеции. Уровень Мирового океана понизился примерно на 100 м ниже современного положения всего за несколько тысяч лет. Однако похолодание климата не было устойчивым, на его фоне происходили короткопериодные потепления. Эти потепления проявлялись также в европейской части России ив Северной Америке, где на смену тундре пришли березовые и сосновые леса с примесью дуба, ясеня и вяза. Уровень Мирового океана во время потеплений удерживался примерно на 50 м ниже современного положения. В позднем вюрме — с 25-23 тыс. лет до 10 тыс. лет назад — продолжалось начавшееся еще в конце среднего вюрма (примерно 35 тыс. лет назад) похолодание климата и наступление ледникового покрова, который достиг максимального за весь вюрмский период размера 21 тыс. лет назад. В среднем для земного шара температура воды на поверхности океана была ниже современной на 2,3°С. Расчеты показали, что климат эпохи оледенения в континентальных областях, не покрытых льдами, был существенно холоднее. Так, в Восточной Европе температура была на 10-15°С ниже современной, в среднем для Земли воздух у поверхности был примерно на 5°С холоднее, а климат суше. После максимального оледенения 21 тыс. лет назад в Евразии и Северной Америке началось постепенное отступание как Скандинавского, так и Северо-Американского ледниковых покровов. В течение плейстоцена на Земле ледниковые периоды сравнительно регулярно сменялись межледниковьями. Такие ледниковые и межледниковые циклы повторялись приблизительно каждые 100 000 лет. Для объяснения этих изменений было предложено считать, что основным фактором, вызывающим смену ледниковых периодов межледниковыми, являются изменения радиационного баланса Земли, которые происходят из- за изменения орбитальных параметров планеты. В доказательство указывается на то, что периодичность изменения основных орбитальных параметров (приблизительно 100 000, 41 000, 23 000) практически совпадает с изменениями параметров климата, которые следуют из анализа эмпирических данных, полученных по донным отложениям океана. Однако, несмотря на явное существование связи между изменениями параметров земной орбиты и изменениями климата, построенные сейчас математические модели не дают возможности воспроизвести климат ледниковий и межледниковий, если учитывать только орбитальные параметры. Это связано, по-видимому, с тем, что не учитывались различные обратные связи, существующие в климатической системе. В другой теории показано, что если климатическая система состоит из атмосферы, океана и суши, то изменение орбитальных параметров может привести к небольшим колебаниям климата, при которых амплитуда изменений температуры планеты менее 1 °С. Но как только на планете появляется оледенение, в климатической системе возникают собственные колебания, вызываемые воздействием изменения радиационного баланса Земли, происходящего из-за изменения орбитальных параметров. Из этой теории следует, что в теплую эпоху (межледниковье) интенсивность влагооборота максимальная. Вследствие этого идет увеличение размеров материкового оледенения. Оно сопровождается увеличением меридионального градиента экватор—полюс и интенсификацией атмосферной циркуляции, что усиливает воздухообмен. В результате значительной тепловой инерции океана и усиления воздухоообмена влагооборот остается еще некоторое время достаточно интенсивным и поддерживает рост ледников. Однако перекачка воды из океана на ледники понижает уровень океана, уменьшает площадь испарения с океана и увеличивает площадь суши. Это уменьшает влагооборот. Максимум материкового оледенения достигается тогда, когда приток влаги к ледникам станет меньше, чем их таяние. Это пик ледникового периода. После этого ледники начинают отступать. В первое время кругооборот остается ослабленным и отступание продолжается. Начинающееся потепление уменьшает контраст температуры экватор—полюс, что начинает ослаблять интенсивность циркуляции атмосферы и сохраняет влагооборот слабым. Таким образом, площадь покровного оледенения уменьшается, а следовательно, увеличивается объем и уровень Мирового океана, уменьшается площадь суши. Это приводит к постепенному возрастанию влагооборота. Усилившийся перенос влаги в конце концов приводит к тому, что накопление осадков над ледниками станет превышать их таяние и начнется новый ледниковый период. Таким образом, изменение климата в кайнозое и плейстоцене объясняется следующим образом: Постепенное уменьшение концентрации СО2 в олигоцене и миоцене, расположение Антарктиды в районе Южного полюса, увеличение поверхности суши и ее высоты дали начало постепенному похолоданию климата, которое привело сначала к оледенению Антарктиды, а затем и полярных районов Северного полушария. Как только оледенение достигло критической величины, климатическая система атмосфера - океан - ледники - суша становится неустойчивой и под воздействием изменения радиационного баланса, связанного с орбитальными параметрами Земли, возникают большие колебания климата плейстоцена. Оценки изменений температуры во время ледниковых периодов и межледниковий хорошо согласуются. Рассматривая плейстоцен (четвертичный период) в последовательности климатов, можно сказать, что это холодный период в истории Земли.