Последний ледниковый период привел к появлению шерстистого мамонта и огромному росту площади ледников. Но он был только одним из многих, которые охлаждали Землю на протяжении всех 4,5 миллиардов лет ее истории.
Итак, как часто планету охватывают ледниковые периоды и когда стоит ожидать следующего?
Ответ на первый вопрос зависит от того, имеете вы в виду большие оледенения или маленькие, которые происходят во время этих продолжительных периодов. На протяжении всей истории Земля пережила пять больших периодов оледенения, причем некоторые из них длились на протяжении сотен миллионов лет. На самом деле даже сейчас Земля переживает большой период оледенения, и это объясняет, почему она имеет полярные льды.
Пять основных ледниковых периодов - это Гуронский (2,4-2,1 миллиарда лет назад), оледенение Криогения (720-635 миллионов лет назад), Андско-Сахарское (450-420 миллионов лет назад), оледенение позднего палеозоя (335-260 миллионов лет назад) и Четвертичное (2,7 млн лет назад до настоящего времени).
Эти крупные периоды оледенения могут чередовать в себе меньшие ледниковые периоды и теплые периоды (межледниковье). В начале Четвертичного оледенения (2,7-1 млн лет назад) эти холодные ледниковые периоды происходили каждую 41 тысячу лет. Тем не менее в последние 800 тысяч лет существенные ледниковые периоды появлялись реже - примерно каждые 100 тысяч лет.
Ледяные щиты растут в течение приблизительно 90 тысяч лет, а затем начинают таять в течение 10 тысяч лет теплого периода. Затем процесс повторяется.
Учитывая, что последний ледниковый период закончился около 11 700 лет назад, возможно, пришло время для начала еще одного?
Ученые считают, что мы должны были бы переживать очередной ледниковый период прямо сейчас. Однако существуют два фактора, связанных с орбитой Земли, которые влияют на формирование теплых и холодных периодов. Учитывая еще и то, как много углекислого газа мы выбрасываем в атмосферу, следующий ледниковый период не начнется еще по крайней мере 100 тысяч лет.
Гипотеза, выдвинутая сербским астрономом Милютином Миланковичем, объясняет, почему на Земле существуют циклы ледниковых и межледниковых периодов.
Поскольку планета вращается вокруг Солнца, на количество света, который она от него получает, влияют три фактора: ее наклон (который находится в диапазоне от 24,5 до 22,1 градусов по циклу 41 000 лет), ее эксцентриситет (изменение формы орбиты вокруг Солнца, которая колеблется от ближней окружности до овальной формы) и ее раскачивание (одно полное раскачивание происходит каждые 19-23 тысячи лет).
В 1976 году знаковый документ в журнале Science представил доказательства того, что эти три орбитальных параметра объясняют ледниковые циклы планеты.
Теория Миланковича заключается в том, что орбитальные циклы являются предсказуемыми и очень последовательными в истории планеты. Если Земля переживает ледниковый период, то она будет покрыта большим или меньшим количеством льда, в зависимости от этих орбитальных циклов. Но если на Земле слишком тепло, никаких изменений не произойдет, по крайней мере в отношении растущего количества льда.
Первым на ум приходит газ, такой как диоксид углерода. За последние 800 тысяч лет уровни двуокиси углерода колебались от 170 до 280 частей на миллион (имеется в виду, что из 1 миллиона молекул воздуха 280 являются молекулами двуокиси углерода). Казалось бы незначительное различие в 100 частей на миллион приводит к появлению ледниковых и межледниковых периодов. Но уровень углекислого газа сегодня значительно выше, по сравнению с прошлыми периодами колебаний. В мае 2016 года уровень углекислого газа над Антарктидой достиг 400 частей на миллион.
Земля так сильно нагревалась и раньше. К примеру, во времена динозавров температура воздуха была даже выше, чем сейчас. Но проблема в том, что в современном мире она растет рекордными темпами, так как мы выбросили в атмосферу слишком много углекислого газа за короткое время. Кроме того, учитывая, что темпы выбросов на сегодняшний день не сокращаются, можно сделать заключение, что ситуация вряд ли изменится в ближайшее время.
Потепление, вызванное наличием этого углекислого газа, будет иметь большие последствия, потому что даже небольшое увеличение средней температуры Земли может привести к резким изменениям. Например, Земля была в среднем всего лишь на 5 градусов по Цельсию холоднее в течение последнего ледникового периода, чем сегодня, однако это привело к существенному изменению региональной температуры, исчезновению огромной части флоры и фауны и к появлению новых видов.
Если глобальное потепление приведет к таянию всех ледниковых покровов Гренландии и Антарктиды, уровень океанов вырастет на 60 метров, по сравнению с сегодняшними показателями.
Факторы, которые вызвали длительные периоды оледенений, таких как Четвертичное, не так хорошо изучены учеными. Но одна из идей состоит в том, что массовое падение уровня углекислого газа может привести к более низким температурам.
Так, например, в соответствии с гипотезой поднятия и выветривания, когда тектоника плит приводит к росту горных хребтов, на поверхности появляется новая незащищенная порода. Она легко поддается выветриванию и распадается, попадая в океаны. Морские организмы используют эти породы для создания своих раковин. Со временем камни и раковины забирают углекислый газ из атмосферы и его уровень существенно понижается, что и приводит к периоду оледенения.
Автор
: М. Гросвальд
Источник
: альманах «Науки о Земле», 10/1989.
Публикуется в незначительном сокращении.
Полный вариант в формате PDF (5Mb)
Ледниковой теории 150 лет. За полтора века, прошедшие с первых трактатов ученых-гляциалистов, эта теория далеко ушла от представлений своих основателей, она бесконечно расширила свою фактическую базу, приобрела арсенал собственных методов, обогатилась новыми обобщениями, освободилась от заблуждений. Ее прогрессу способствовал труд десятков выдающихся исследователей из многих стран, среди которых почетное место принадлежит нашим соотечественникам Г. Е. Щуровскому, Ф. Б. Шмидту, П. А. Кропоткину, А. П. Павлову, большому отряду более молодых геоморфологов и геологов.
Освещение истории ледниковой теории в нашу задачу не входит, а тем, кто ею интересуется, могу рекомендовать книгу Дж. Имбри и К. П. Имбри «Тайны ледниковых эпох». Для наших же целей важно подчеркнуть главное: заметные успехи русской науки в познании оледенений территории страны ясно обозначились уже в 50- 70-е годы XIX века, т. е. одновременно со становлением ледниковой теории на Западе.
Последующие десятилетия были отмечены развертыванием картирования следов оледенения на северных равнинах России и в ее горном обрамлении. А в 30-х годах появились первые крупные сводные работы и среди них - «Геология Сибири» В. А. Обручева и «Ледниковый период на территории СССР» И. П. Герасимова и К. К. Маркова. На основе последней был создан учебник для университетов и пединститутов «Четвертичная геология» (1939). Идеи книг Герасимова и Маркова оказали влияние на несколько поколений советских палеогеографов, не утратили они своей роли и сегодня.
Суть этих идей можно свести к следующим положениям. Последнее оледенение Европы, да и всей Евразии было представлено одним большим ледниковым щитом - Скандинавским. Его юго-восточная окраина покрывала Прибалтику, Карелию и Кольский полуостров, так что интенсивное покровное оледенение испытал только северо-запад европейской части СССР. Следы этого оледенения - системы параллельных конечно-моренных поясов, маркирующих его максимальную стадию и несколько стадий убывания, - имеют ясно выраженное северо-восточное простирание и оканчиваются на берегу моря у устья Мезени и полуострова Канин.
Существование небольших ледниковых покровов допускалось также на Северном и Полярном Урале, на плато Путорана и в горах Бырранга на Таймыре. Признавалось и оледенение горных областей - Кавказа, Памира, Тянь-Шаня, Алтая, Саян, гор Забайкалья и Северо-Востока СССР, но оно считалось горнодолинным, т. е. частичным, а не сплошным. Развивая идеи некоторых предшественников, К. К. Марков выдвинул гипотезу метахронности оледенений Европы и Сибири, предполагавшую их неодновременность, даже контрафазность.
И. П. Герасимов и К. К. Марков, считали, что ни северо-восток Русской равнины, ни север Западной Сибири и Якутии в позднем плейстоцене оледенению не подвергались. А раз так-все крупные северные реки могли свободно стекать в Северный Ледовитый океан, льды их не подпруживали, приледниковых озер не создавали. О них и писать-то было нечего: в трех томах «Четвертичного периода» у Маркова с соавторами проблеме этих озер уделена лишь одна страница. Да и там речь идет о Балтийском ледниковом озере, детище Скандинавского щита.
И 50 лет назад и значительно позже почти никто из специалистов не сомневался, что древние ледниковые покровы тяготели только к суше. Судя по палеогеографическим картам того времени, они неизменно оканчивались на границе с океанами, а на полярных архипелагах - Земле Франца-Иосифа, Новой Земле, Северной Земле - были изолированные ледниковые шапки. Их ледоразделы приходились на центры островов, а края лишь незначительно выдвигались на окружающий шельф. Основные же пространства и этого шельфа, и глубоководного Арктического бассейна несли только пленку дрейфующих паковых льдов.
Именно так думали Герасимов и Марков, и в этом нет ничего удивительного: их взгляды наилучшим образом объясняли известные в то время факты, наиболее полно соответствовали тогдашнему уровню ледниковой теории. Удивительно другое - что и сейчас, 50 лет спустя, их концепция безраздельно поддерживается очень многими. Хотя проведенные с тех пор исследования - геологические съемки, экспедиции Академии наук и университетов - доставили огромный объем совершенно новых знаний.
Так, изучение Антарктиды показало, что ее ледниковый покров налегает не только на поднятую выше уровня моря сушу, но и на обширные площади шельфов, погруженные много ниже этого уровня, и что большие участки периферии покрова, имеющие толщины в сотни метров, сейчас находятся на плаву. А исследование шельфов Арктики позволило доказать, что краевые мелководные моря Северной Евразии в прошлом подвергались оледенениям антарктического типа, из которых последнее имело место в позднем плейстоцене, в валдайскую эпоху похолодания.
Кроме того, теперь стало ясно, что и древнейшие оледенения Земли, пермо-карбоновое и докембрийские, охватывали не только сушу древних материков, но и сопредельные шельфы и глубокие моря. Так, что сложные ледниковые покровы, подобные Антарктическому, были не исключением из правила, а типичным феноменом всех холодных эпох последних полутора-двух миллиардов лет истории Земли.
Эти положения - фундаментальный вклад в ледниковую теорию, их принципиальное значение трудно переоценить. Однако чтобы составить представление о масштабах оледенения некоторой конкретной территории, необходимо и другое - совершенно конкретные данные о распространении ледниковых отложений и форм рельефа на равнинах и в горах, об их возрасте, следах ледниково-подпрудных озер и перестроек речной сети, индикаторах движения древнего льда, размахе снижения древней снеговой границы и многое другое.
В нашем случае, для Северной Евразии, надо было прежде всего знать географию границ последнего оледенения. Материалов на сей счет накоплено очень много, их собирали сотни исследователей. Однако они в основной своей массе остаются рассеяны по бесчисленным статьям, картам, объяснительным запискам, рукописным отчетам, многие из которых до недавнего времени носили гриф секретности. Все это надо было собрать, сопоставить, обсудить с авторами, очистить от домыслов, синтезировать в единую картину, лишенную внутренних противоречий. Надо ли говорить, что на это ушел не один десяток лет...
В настоящее время глобальный объем льда составляет более 20 миллионов кубических километров. По оценкам некоторых ученых, чтобы весь он растаял, необходимо более 5000 лет. Если человечество продолжит сжигать ископаемое топливо, очень вероятно, что в итоге мы получим свободную ото льда планету со средней температурой 26 °C вместо нынешних 14 °C.
Представленные карты показывают наш мир таким, как он выглядит сейчас, с одной лишь разницей: весь лед на Земле превратился в воду, что привело к повышению уровня моря на 65 метров и образованию новых береговых линий у континентов и внутренних морей.
Итак, посмотрим, каким же может быть «растаявший» мир.
Северная Америка
Исчезнет все Атлантическое побережье вдоль Флориды и Мексиканского залива. Холмы Сан-Франциско в Калифорнии станут скоплением островов, а Центральная долина — гигантским заливом. Калифорнийский залив будет простираться на север выше широты Сан-Диего.
Южная Америка
Бассейн Амазонки на севере и бассейн реки Парагвай на юге стали бы атлантическими заливами, стерев с лица Земли Буэнос-Айрес, прибрежные районы Уругвая и большую часть Парагвая. Горные участки уцелели ли бы вдоль побережья Карибского моря и в Центральной Америке.
Африка
По сравнению с другими континентами Африка потеряет меньше всего земли из-за повышения уровня моря, но рост глобальной температуры может сделать многие из ее территорий непригодными для проживания. В Египте Александрию и Каир затопит Средиземное море.
Европа
Лондон останется лишь воспоминанием, как и Венеция, поглощенная Адриатическим морем. Через тысячи лет, согласно этому катастрофическому сценарию, Нидерланды и большая часть Дании тоже уйдут под воду. Вместе с тем все сильнее будут разрастаться Черное и Каспийское моря, питаемые средиземными водами.
Азия
Земли, на которых сейчас проживают 600 миллионов китайцев, будут затоплены, равно как и Бангладеш с населением 160 миллионов человек, и большая часть прибрежной Индии. В Камбодже, в дельте реки Меконг, останутся лишь Кардамоновы горы в виде острова на отмели.
Австралия
В основном пустынный континент получил бы новое внутреннее море — но потерял бы большую часть узкой прибрежной полосы, где в настоящее время проживают четыре пятых населения.
Антарктика
Ледяной покров Восточной Антарктики настолько велик (на него приходится четыре пятых всего льда на Земле), что может показаться устойчивым. Он пережил прежние теплые периоды, оставшись невредимым. Но в последнее время из-за глобального потепления его утолщение совсем незначительно. Хотя чем теплее атмосфера, тем больше она содержит водяного пара, который падает на регион в виде снега. Но даже это «ледяное чудище» вряд ли выдержит возвращение климата эпохи эоцена.
Как и ледяной покров Гренландии, Западная Антарктика была, очевидно, намного меньше в более ранние периоды потепления. Эти регионы уязвимы, так как большая часть их территорий представляет собой скальную породу, расположенную ниже уровня моря. При потеплении океана ледниковый покров тает снизу, что способствует его разрушению. С 1992 года он убывал в среднем на 65 миллионов тонн льда в год.
Около двух миллионов лет назад, в конце неогена, вновь начали подниматься материки и по всей Земле ожили вулканы. Гигантское количество вулканического пепла и частиц почвы было выброшено в атмосферу и загрязнило ее верхние слои до такой степени, что лучи Солнца просто не могли пробиться к поверхности планеты. Климат стал намного холоднее, образовались огромные ледники, которые под действием собственной тяжести начали продвигаться с горных хребтов, плоскогорий и возвышенностей на равнины.
Один за другим, словно волны, на Европу и Северную Америку накатывались периоды оледенений. А ведь еще совсем недавно (в геологическом смысле) климат Европы был теплым, почти тропическим, и ее животное население составляли бегемоты, крокодилы, гепарды, антилопы - примерно такие же, каких мы видим сейчас в Африке. Четыре периода оледенений - гюнцский, миндельский, рисский и вюрмский - изгнали или уничтожили теплолюбивых животных и растения, и природа Европы стала в основном такой, какой мы ее видим сейчас.
Под натиском ледников гибли леса и луга, рушились скалы, исчезали реки и озера. Бешеные вьюги завывали над ледяными полями, а вместе со снегом на поверхность ледника выпадала атмосферная грязь и она постепенно начала очищаться.
Когда же ледник ненадолго отступал, на месте лесов оставались тундры с их вечной мерзлотой.
Величайшим периодом оледенения было рисское - оно произошло около 250 тысяч лет назад. Толщина ледникового панциря, сковавшего половину Европы и две трети Северной Америки, достигала трех километров. Подо льдом скрылись Алтай, Памир и Гималаи.
К югу от границы ледников теперь лежали холодные степи, покрытые скудной травянистой растительностью и рощицами карликовых берез. Еще южнее начиналась непроходимая тайга.
Постепенно ледник таял, отступал на север. Однако у побережья Балтийского моря он остановился. Возникло равновесие - атмосфера, насыщенная влагой, пропускала ровно столько солнечных лучей, чтобы ледник не рос и не растаял окончательно.
Великие оледенения неузнаваемо изменили рельеф Земли, ее климат, животный и растительный мир. Последствия их мы можем видеть до сих пор - ведь последнее, вюрмское оледенение началось всего 70 тысяч лет назад, а ледяные горы исчезли с северного побережья Балтийского моря 10-11 тысяч лет назад.
Теплолюбивые животные в поисках пищи отступали все южнее и южнее, а их место занимали такие, которые лучше переносили холод.
Ледники наступали не только из арктических областей, но и с горных массивов - Альп, Карпат, Пиренеев. Порой толщина льда достигала трех километров. Словно гигантский бульдозер ледник сглаживал неровности рельефа. После его отступления оставалась болотистая равнина, покрытая скудной растительностью.
Так, предположительно, выглядели полярные области нашей планеты в неогене и в эпоху Великого оледенения. Площадь постоянного снегового покрова выросла в десятки раз, а там, куда дотянулись языки ледников, десять месяцев в году стояли холода, как в Антарктиде.
Эпоха плейстоцена началась около 2,6 миллиона лет назад и закончилась 11 700 лет назад. В конце этой эпохи прошел последний на сегодняшний день ледниковый период, когда ледники покрывали огромные участки континентов Земли. С начала образования Земли 4,6 миллиарда лет назад на ней прошло не менее пяти задокументированных основных ледниковых периодов. Плейстоцен является первой эпохой, в которой эволюционировал Homo sapiens: к концу эпохи люди расселились почти по всей планете. Каким же был последний ледниковый период?
Именно в период плейстоцена континенты расположились на Земле так, как мы привыкли. В какой-то момент ледникового периода пласты льда покрывали всю Антарктиду, большую часть Европы, Северной и Южной Америки, а также небольшие районы Азии. В Северной Америке они простирались по Гренландии и Канаде и части северных Соединенных Штатов. Остатки ледников этого периода все еще можно увидеть в некоторых частях света, включая Гренландию и Антарктику. Но ледники не просто «стояли на месте». Ученые отмечают около 20 циклов, когда ледники продвигались и отступали, когда таяли и нарастали снова.
В целом климат тогда был намного холоднее и суше, чем сегодня. Поскольку большая часть воды на поверхности Земли заледенела, осадков было мало - примерно в два раза меньше, чем сегодня. В пиковые периоды, когда большая часть воды была заморожена, глобальные средние температуры составляли на 5 -10°С ниже сегодняшних температурных норм. Однако зима и лето все же сменяли друг друга. Правда, в те летние деньги позагорать бы вам не удалось.
В то время как Homo sapiens в тяжелой ситуации вечных холодных температур начал развивать мозг, чтобы выжить, многие позвоночные, особенно крупные млекопитающие, также мужественно переносили суровые климатические условия этого периода. Кроме всем известных шерстистых мамонтов, в этот период по Земле бродили саблезубые кошки, гигантские наземные ленивцы и мастодонты. Хотя многие позвоночные вымерли в течение этого периода, в те годы на Земле жили млекопитающие, которых можно встретить и сегодня: в том числе обезьяны, крупный рогатый скот, олени, кролики, кенгуру, медведи и члены семейства псовых и кошачьих.
Динозавров, кроме нескольких ранних птиц, в ледниковый период не было: они вымерли в конце мелового периода, более чем за 60 миллионов лет до начала эпохи плейстоцена. Зато сами птицы в тот период неплохо себя чувствовали, включая родственников уток, гусей, ястребов и орлов. Пернатым приходилось конкурировать с млекопитающими и другими существами за ограниченные запасы продовольствия и воды, поскольку значительная часть ее была заморожена. Также в период плейстоцена обитали крокодилы, ящерицы, черепахи, питоны и другие рептилии.
С растительностью было похуже: во многих областях трудно было найти густые леса. Чаще встречались отдельные хвойные деревья, такие как сосны, кипарис и тисы, а также некоторые широколистные деревья, вроде буков и дубов.
К сожалению, около 13 000 лет назад более трех четвертей крупных животных ледникового периода, в том числе шерстистые мамонты, мастодонты, саблезубые тигры и гигантские медведи, вымерли. Ученые много лет спорят о причинах их исчезновения. Есть две основные гипотезы: человеческая находчивость и изменение климата, но обе не могут объяснить вымирание в масштабах планеты.
Некоторые исследователи считают, что тут, как и с динозаврами, не обошлось без внеземного вмешательства: недавние исследования показывают, что внеземной объект, возможно, комета шириной около 3-4 километров, мог взорваться над южной Канадой, почти уничтожив древнюю культуру каменного века, а также мегафауну вроде мамонтов и мастодонтов.
По материалам Livescience.com
