Ледниковый период история. Как часто на Земле наступает ледниковый период? (19 фото) Ледниковый период когда он был
В истории Земли существовали длительные периоды, когда вся планета была теплой - от экватора до полюсов. Но были и настолько холодные времена, что оледенения достигали тех регионов, которые в настоящее время относятся к умеренным зонам. Скорее всего, смена этих периодов была цикличной. В теплые времена льда могло быть относительно мало, и находился он только в полярных регионах или на вершинах гор. Важная черта ледниковых периодов заключается в том, что они меняют характер земной поверхности: каждое оледенение влияет на внешний вид Земли. Сами по себе эти изменения могут быть маленькими и незначительными, но они носят постоянный характер.
История ледниковых периодов
Мы не знаем точно, сколько ледниковых периодов было на протяжении истории Земли. Нам известно как минимум о пяти, возможно, семи ледниковых периодах, начиная с докембрийского, в частности: 700 миллионов лет назад, 450 миллионов лет назад (ордовикский период), 300 миллионов лет назад - пермо-карбоновое оледенение, один из крупнейших ледниковых периодов, затронувший южные континенты. Под южными континентами подразумевается так называемая Гондвана - древний суперконтинент, включавший в себя Антарктиду, Австралию, Южную Америку, Индию и Африку.
Самое недавнее оледенение относится к периоду, в котором мы живем. Четвертичный период кайнозойской эры начался около 2,5 миллионов лет назад, когда ледники Северного полушария достигли моря. Но первые признаки этого оледенения датируются 50 миллионами лет назад в Антарктике.
Структура каждого ледникового периода периодична: есть относительно короткие теплые эпохи, а есть более длинные периоды обледенения. Естественно, холодные периоды не являются следствием одного лишь оледенения. Оледенение - это наиболее наглядное следствие холодных периодов. Однако существуют достаточно длительные интервалы, которые являются очень холодными, несмотря на отсутствие оледенений. Сегодня примерами таких регионов являются Аляска или Сибирь, где бывает очень холодно зимой, но оледенений нет, так как недостаточно осадков, способных обеспечить достаточное количество воды для образования ледников.
Открытие ледниковых периодов
О том, что на Земле бывают ледниковые периоды, нам известно с середины XIX века. Среди множества имен, связанных с открытием этого феномена, первым обычно называют имя Луи Агассиса, швейцарского геолога, жившего в середине XIX века. Он изучал ледники Альп и осознал, что когда-то они были гораздо более обширными, чем сегодня. Это заметил не только он. В частности, Жан де Шарпантье, еще один швейцарец, также отметил этот факт.
Неудивительно, что эти открытия были сделаны в основном в Швейцарии, так как в Альпах до сих пор существуют ледники, хоть они и достаточно быстро тают. Легко заметить, что когда-то ледники были значительно больше - достаточно посмотреть на швейцарский ландшафт, троги (ледниковые долины) и так далее. Однако именно Агассис первым выдвинул эту теорию в 1840 году, опубликовав ее в книге «Étude sur les glaciers», а позже, в 1844-м, он развил эту идею в книге «Système glaciare». Несмотря на первоначальный скептицизм, со временем люди стали понимать, что это действительно правда.
С появлением геологического картирования, особенно в Северной Европе, стало понятно, что раньше ледники имели огромный масштаб. Тогда шли обширные дискуссии на тему того, как эта информация соотносится с Всемирным потопом, потому что возник конфликт между геологическими доказательствами и библейскими учениями. Изначально ледниковые отложения называли делювиальными, потому что их считали доказательством Всемирного потопа. Только потом стало известно, что такое объяснение не подходит: эти отложения были доказательством холодного климата и обширных оледенений. К началу ХХ века стало понятно, что оледенений было множество, а не одно, и с того момента начала развиваться эта область науки.
Исследования ледниковых периодов
Известны геологические подтверждения ледниковых периодов. Основные доказательства оледенений происходят из характерных отложений, сформированных ледниками. Они сохраняются в геологическом срезе в форме толстых упорядоченных слоев особых наносов (седиментов) - диамиктона. Это просто ледниковые накопления, но они включают в себя не только отложения ледника, но и наносы талой воды, сформированные ее потоками, ледниковыми озерами или ледниками, двигающимися в море.
Существует несколько форм ледниковых озер. Их основное отличие заключается в том, что они представляют собой водное тело, огражденное льдом. Например, если у нас есть ледник, который поднимается в долину реки, то он блокирует долину, как пробка в бутылке. Естественно, когда лед блокирует долину, река все еще будет течь, а уровень воды будет повышаться до тех пор, пока не перельется через края. Таким образом, ледниковое озеро формируется через прямой контакт со льдом. Существуют определенные отложения, которые содержатся в таких озерах и которые мы можем выявить.
Из-за того, как тают ледники, что зависит от сезонных изменений температуры, происходит ежегодный сход льда. Это приводит к ежегодному приросту незначительных отложений, попадающих из-под льда в озеро. Если мы потом посмотрим в озеро, мы увидим там слоистость (ритмичные слоистые осадки), которые также известны под шведским названием «варвы» (varve), что означает «ежегодные накопления». Таким образом, мы действительно можем увидеть ежегодную слоистость в ледниковых озерах. Мы можем даже сосчитать эти варвы и узнать, как долго существовало это озеро. В целом при помощи этого материала мы можем получить очень много информации.
В Антарктике мы можем увидеть огромного размера шельфовые ледники, которые сходят с земли в море. И естественно, лед плавуч, поэтому он держится на воде. По мере того как он плывет, он несет с собой гальку и незначительные отложения. Из-за теплового воздействия воды лед тает и сбрасывает этот материал. Это приводит к формированию процесса так называемого рафтинга пород, которые уходят в океан. Когда мы видим ископаемые отложения этого периода, мы можем узнать, где был ледник, как далеко он протянулся и так далее.
Причины оледенений
Исследователи полагают, что ледниковые периоды возникают потому, что климат Земли зависит от неравномерного прогрева ее поверхности Солнцем. Так, например, экваториальные регионы, где Солнце находится практически вертикально над головой, являются самыми теплыми зонами, а полярные регионы, где оно находится под большим углом к поверхности, - самыми холодными. Это означает, что различие в обогреве разных участков поверхности Земли управляет океанно-атмосферной машиной, которая постоянно пытается перенести тепло с экваториальных регионов к полюсам.
Если бы Земля была обычным шаром, этот перенос был бы очень эффективным, а контраст между экватором и полюсами очень мал. Так было в прошлом. Но так как сейчас есть континенты, они становятся на пути этой циркуляции, и структура ее потоков становится очень сложной. Простые потоки сдерживаются и изменяются - во многом из-за гор, что приводит к тем схемам циркуляции, которые мы видим сегодня и которые управляют пассатами и океаническими течениями. Например, одна из теорий о том, почему ледниковый период начался 2,5 миллиона лет назад, связывает это явление с возникновением Гималайских гор. Гималаи все еще очень быстро растут, и оказывается, что существование этих гор в очень теплой части Земли управляет такими вещами, как система муссонов. Начало четвертичного ледникового периода также ассоциируется с закрытием Панамского перешейка, который соединяет север и юг Америки, что предотвратило перенос тепла с экваториальной зоны Тихого океана в Атлантический.
Если бы расположение континентов относительно друг друга и относительно экватора позволяло циркуляции эффективно работать, то на полюсах было бы тепло, а относительно теплые условия сохранялись бы по всей земной поверхности. Количество тепла, получаемого Землей, было бы постоянно и лишь немного варьировалось. Но так как наши континенты создают серьезные преграды циркуляции между севером и югом, мы имеем ярко выраженные климатические зоны. Это означает, что полюса относительно холодные, а экваториальные регионы - теплые. Когда все происходит так, как сейчас, Земля может меняться под влиянием вариаций в количестве солнечного тепла, которое она получает.
Эти вариации практически полностью постоянны. Причина этого состоит в том, что со временем земная ось меняется, как меняется и земная орбита. С учетом такого сложного климатического зонирования изменение орбиты может поспособствовать долгосрочным изменениям в климате, что приводит к колебанию климата. Из-за этого мы имеем не сплошное обледенение, а периоды обледенений, прерывающиеся теплыми периодами. Это происходит под влиянием орбитальных изменений. Последние орбитальные изменения рассматриваются как три отдельных явления: одно длиной в 20 тысяч лет, второе - в 40 тысяч лет, а третье - в 100 тысяч лет.
Это привело к отклонениям в схеме циклических изменений климата во время ледникового периода. Обледенение, скорее всего, возникло во время этого циклического периода в 100 тысяч лет. Последняя межледниковая эпоха, которая была такой же теплой, как нынешняя, длилась около 125 тысяч лет, а затем наступила длительная ледниковая эпоха, которая заняла около 100 тысяч лет. Сейчас мы живем в очередную межледниковую эпоху. Этот период не будет длиться вечно, поэтому в будущем нас ждет очередная ледниковая эпоха.
Почему завершаются ледниковые периоды
Орбитальные изменения меняют климат, и оказывается, что ледниковые периоды характеризуются чередованиями холодных периодов, которые могут длиться до 100 тысяч лет, и теплых периодов. Мы называем их ледниковой (гляциал) и межледниковой (интергляциал) эпохами. Межледниковая эпоха обычно характеризуется примерно такими же условиями, что мы наблюдаем и сегодня: высокий уровень моря, ограниченные территории обледенения и так далее. Естественно, и сейчас существуют оледенения в Антарктиде, Гренландии и других подобных местах. Но в целом климатические условия относительно теплые. В этом суть интергляциала: высокий уровень моря, теплые температурные условия и в целом достаточно ровный климат.
Но во время ледниковой эпохи среднегодовая температура значительно меняется, вегетативные пояса вынуждены сместиться на север или юг в зависимости от полушария. Регионы вроде Москвы или Кембриджа становятся необитаемыми, по крайней мере зимой. Хотя они могут быть обитаемыми летом из-за сильно выраженного контраста между сезонами. Но что на самом деле происходит: холодные зоны существенно расширяются, среднегодовая температура снижается, и общие климатические условия становятся очень холодными. В то время как самые большие ледниковые события относительно ограничены по времени (возможно, около 10 тысяч лет), весь длинный холодный период может длиться 100 тысяч лет или даже больше. Так выглядит ледниково-межледниковая цикличность.
Из-за длительности каждого периода трудно сказать, когда мы выйдем из текущей эпохи. Это обусловлено тектоникой плит, расположением континентов на поверхности Земли. В настоящее время Северный полюс и Южный полюс изолированы: Антарктика находится на Южном полюсе, а Северный Ледовитый океан на севере. Из-за этого существует проблема с циркуляцией тепла. До тех пор пока не изменится расположение континентов, этот ледниковый период будет продолжаться. В соответствии с долгосрочными тектоническими изменениями можно предположить, что это займет еще 50 миллионов лет в будущем, пока не произойдут существенные изменения, которые позволят Земле выйти из ледникового периода.
Геологические последствия
Это высвобождает огромные участки континентального шельфа, которые сегодня затоплены. Это будет означать, например, что однажды можно будет пройти пешком из Британии во Францию, из Новой Гвинеи в Юго-Восточную Азию. Одно из самых критических мест - это Берингов пролив, связывающий Аляску с Восточной Сибирью. Он достаточно мелкий, около 40 метров, так что если уровень моря опустится до ста метров, то этот участок станет сушей. Это важно также потому, что растения и животные смогут мигрировать через эти места и попадать в регионы, куда сегодня попасть не могут. Таким образом, колонизация Северной Америки зависит от так называемой Берингии.
Животные и ледниковый период
Важно помнить, что мы сами являемся «продуктами» ледникового периода: мы эволюционировали в течение него, поэтому мы можем его пережить. Однако дело не в отдельных индивидах - это вопрос всей популяции. Проблемой сегодня является то, что нас слишком много и наша деятельность существенно изменила естественные условия. В естественных условиях многие животные и растения, которых мы видим сегодня, имеют длинную историю и отлично переживают ледниковый период, хотя есть и те, что эволюционируют незначительно. Они мигрируют, адаптируются. Существуют зоны, в которых животные и растения пережили ледниковый период. Эти так называемые рефугиумы располагались дальше на север или юг от их сегодняшнего места распространения.
Но в результате человеческой деятельности часть видов погибла или вымерла. Это происходило на всех континентах, - возможно, за исключением Африки. Огромное количество больших позвоночных, а именно млекопитающих, а также сумчатых в Австралии, было истреблено человеком. Это было вызвано либо непосредственно нашей деятельностью, например охотой, либо косвенно - разрушением среды их обитания. Животные, обитающие в северных широтах сегодня, в прошлом жили в Средиземноморье. Мы разрушили этот регион настолько, что этим животным и растениям, скорее всего, будет очень сложно вновь его колонизировать.
Последствия глобального потепления
В нормальных условиях по геологическим меркам мы бы достаточно скоро вернулись в ледниковый период. Но из-за глобального потепления, которое является последствием человеческой активности, мы отсрочиваем его. Мы не сможем совсем его предотвратить, так как причины, вызвавшие его в прошлом, существуют и сейчас. Деятельность человека, непредусмотренный природой элемент, влияет на атмосферное потепление, которое уже, возможно, вызвало задержку следующего гляциала.
Сегодня изменения климата - это очень актуальный и волнующий вопрос. Если Гренландский ледяной щит растает, то уровень моря поднимется на шесть метров. В прошлом, во время предыдущей межледниковой эпохи, которая была примерно 125 тысяч лет назад, Гренландский ледяной щит обильно таял, а уровень моря стал на 4–6 метров выше сегодняшнего. Это, конечно, еще не конец света, но и не временная сложность. В конце концов, Земля оправлялась от катастроф и раньше, она сможет пережить и эту.
Долгосрочный прогноз для планеты неплох, но для людей это другой вопрос. Чем больше мы проводим исследований, чем лучше понимаем, как Земля меняется и к чему это ведет, тем лучше мы понимаем планету, на которой живем. Это важно, потому что люди наконец стали задумываться об изменении уровня моря, глобальном потеплении и влиянии всех этих вещей на сельское хозяйство и население. Многое из этого связано с изучением ледниковых периодов. При помощи этих исследований мы узнаем механизмы оледенений, и мы можем использовать это знание с упреждением, пытаясь смягчить некоторые из этих изменений, которые сами и вызываем. Это и есть один из основных результатов и одна из целей исследований ледниковых периодов.
Конечно, главное следствие ледникового периода - это огромные ледниковые щиты. Откуда берется вода? Конечно, из океанов. А что происходит во время ледниковых периодов? Ледники формируются как следствие осадков на суше. Из-за того, что вода не возвращается в океан, уровень моря падает. Во времена наиболее сильных оледенений уровень моря может упасть больше чем на сто метров.
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?
Ледовый каток величиной с мир
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.
Жизнь во время ледникового периода
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.
Массовое вымирание
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
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?
Основные периоды оледенения в истории планеты
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.
Как работает 100000-летний цикл?
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.
Что вызывает ледниковый период?
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.
Что может повлиять на нагревание планеты?
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.
Последствия потепления
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.
Что приводит к большим ледниковым периодам?
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.
За последний миллион лет ледниковый период на Земле наступал примерно каждые 100000 лет. Этот цикл существует на самом деле, и разные группы ученых в разное время пытались найти причину его существования. Правда, превалирующей точки зрения по этому вопросу пока нет.
Более миллиона лет назад цикл был другим. Ледниковый период сменялся потеплением климата примерно раз в 40 тыс. лет. Но затем периодичность наступления ледников сменилась с 40 тыс. лет до 100 тыс. Почему так случилось?
Эксперты из Кардиффского университета предложили собственное объяснение этому изменению. Результаты работы ученых были опубликованы в авторитетном издании Geology. По мнению специалистов, основная причина смены периодичности наступления ледниковых периодов - это океаны, вернее, их способность поглощать углекислый газ из атмосферы.
Изучая отложения, составляющие дно океанов, команда обнаружила, что концентрация СО 2 изменяется от слоя к слою отложений как раз с периодом в 100 тыс. лет. Вполне вероятно, говорят ученые, что излишки углекислого газа были извлечены из атмосферы поверхностью океана с дальнейшим связыванием этого газа. В результате среднегодовая температура постепенно понижается, и наступает очередной ледниковый период. И так получилось, что продолжительность ледникового периода более миллиона лет назад увеличилась, а цикл «тепло-холод» стал более длительным.
«Вероятно, океаны поглощают и выделяют углекислый газ, и когда льдов становится больше, океаны поглощают больше углекислого газа из атмосферы, делая планету холоднее. Когда льдов мало, океаны выделяют углекислый газ, так что климат становится теплее», - говорит профессор Кэрри Лиар (Carrie Lear). «Изучая концентрацию углекислого газа в останках крошечных существ (здесь имеются в виду осадочные породы, - прим.ред.), мы узнали о том, что в периоды, когда площадь ледников увеличивалась, океаны поглощали больше углекислого газа, так что можно предположить, что в атмосфере его становится меньше».
Морские водоросли, как утверждают специалисты, играли основную роль в поглощении CO 2 , поскольку углекислый газ является важнейшим компонентом процесса фотосинтеза.
Углекислый газ попадает из океана в атмосферу в результате апвеллинга. Апвеллинг (англ. upwelling) или подъём - это процесс, при котором глубинные воды океана поднимаются к поверхности. Наиболее часто наблюдается у западных границ материков, где перемещает более холодные, богатые биогенами воды с глубин океана к поверхности, замещая более тёплые, бедные биогенами поверхностные воды. Также может встречаться практически в любом районе мирового океана.
Слой льда на поверхности воды предотвращает попадание углекислого газа в атмосферу, так что, если замерзает значительная часть океана, это продлевает продолжительность ледникового периода. «Если мы считаем, что океаны выделяют и поглощают углекислый газ, то мы должны понимать, что большое количество льда предотвращают этот процесс. Это как крышка на поверхности океана», - говорит профессор Лиар.
При увеличении площади ледников на поверхности льда не только снижается концентрация «согревающего» CO 2 , но и увеличивается альбедо тех регионов, которые покрыты льдом. В результате планета получает меньше энергии, а значит, еще быстрее охлаждается.
Сейчас на Земле межледниковый, тёплый период. Последний ледниковый период закончился около 11000 лет назад. С тех пор среднегодовая температура и уровень моря постоянно повышаются, а количество льда на поверхности воды океанов снижается. В результате, как считают ученые, в атмосферу поступает большое количество CO 2 . Плюс ко всему, углекислый газ производит и человек, причем в огромных количествах.
Все это привело к тому, что в сентябре концентрация углекислого газа в атмосфере Земли повысилась до 400 частей на миллион. Этот показатель увеличился с 280 до 400 частей на миллион всего за 200 лет развития промышленности. Скорее всего, СО 2 в атмосфере в обозримом будущем не станет меньше. Все это должно повлечь за собой увеличение среднегодовой температуры на Земле примерено на +5°C в ближайшую тысячу лет.
Специалисты кафедры изучения климата в Потсдамской обсерватории недавно построили модель земного климата с учетом глобального цикла углерода. Как показала модель, даже при минимальных показателях выброса углекислого газа в атмосферу ледниковый щит Северного полушария не сможет увеличиваться. Это означает, что наступление следующего ледникового периода может сдвинуться вперед минимум на 50-100 тысяч лет. Так что впереди нас ждет очередное изменение цикла «ледники-потепление», на этот раз за это отвечает человек.
Великое четвертичное оледенение
Всю геологическую историю Земли, которая длится уже несколько миллиардов лет, геологи разделили на эры и периоды. Последний из них, продолжающийся и сейчас, четвертичный период. Он начался почти миллион лет назад и ознаменовался обширным распространением ледников на земном шаре - Великим оледенением Земли.
Под мощными шапками льда оказались северная часть Северо-Американского континента, значительная часть Европы, а возможно, также и Сибирь (рис. 10). В южном полушарии подо льдом, как и сейчас, находился весь Антарктический материк. Льда на нем было больше - поверхность ледникового покрова поднималась на 300 м выше своего современного уровня. Однако по-прежнему Антарктида со всех сторон была окружена глубоководным океаном, и льды не могли продвигаться к северу. Море мешало расти антарктическому гиганту, а материковые ледники северного полушария расползались к югу, превращая цветущие пространства в ледяную пустыню.
Человек ровесник Великого четвертичного оледенения Земли. Первые его предки - обезьянолюди - появились в начале четвертичного периода. Поэтому некоторые геологи в частности русский геолог А. П. Павлов, предложили называть четвертичный период антропогеновым (по-гречески «антропос» - человек). Прошло несколько сот тысяч лет прежде чем человек принял свой современный облик Наступание ледников ухудшало климат и условия жизни древних людей которые должны были приспосабливаться к окружающей их суровой природе. Людям приходилось вести оседлый образ жизни, строить жилища, изобретать одежду, использовать огонь.
Достигнув наибольшего развития 250 тыс. лет назад, четвертичные ледники стали постепенно сокращаться. Ледниковый период не был единым на протяжении всего четвертичного времени. Многие ученые считают, что за это время ледники по крайней мере трижды совершенно исчезали, сменяясь эпохами межледниковья, когда климат был теплее современного. Однако на смену этим теплым эпохам вновь приходили похолодания, и ледники распространялись вновь. Сейчас мы живем, по-видимому, в конце четвертой стадии четвертичного оледенения. После освобождения Европы и Америки из-подо льда эти материки стали подниматься - так земная кора реагировала на исчезновение ледниковой нагрузки, давившей на нее многие тысячи лет.
Ледники «уходили», и вслед за ними к северу распространялась растительность, животные и, наконец, селились люди. Поскольку ледники в разных местах отступали неравномерно, так же неравномерно расселялось и человечество.
Отступая, ледники оставляли после себя сглаженные скалы - «бараньи лбы» и валуны, покрытые штриховкой. Эта штриховка образуется от движения льда по поверхности скал. По ней можно определить, в какую сторону двигался ледник. Классическая область проявления этих черт - Финляндия. Ледник отступил отсюда совсем недавно, менее десяти тысяч лет назад. Современная Финляндия - это край бесчисленного множества озер, лежащих в неглубоких впадинах, между которыми поднимаются невысокие «курчавые» скалы (рис. 11). Здесь все напоминает о былом величии ледников, об их движении и огромной разрушительной работе. Закроешь глаза- и сразу представляется, как медленно, год за годом, столетие за столетием, ползет здесь мощный ледник, как выпахивает он свое ложе, отламывает огромные глыбы гранита и несет их на юг, в сторону Русской равнины. Не случайно, именно находясь в Финляндии, П. А. Кропоткин задумался над проблемами оледенения, собрал множество разрозненных фактов и сумел заложить основы теории ледникового периода на Земле.
Подобные же уголки есть и на другом «конце» Земли - в Антарктиде; недалеко от поселка Мирного, например, расположен «оазис» Бангера - свободный ого льда участок суши площадью в 600 км2. Когда пролетаешь над ним, под крылом самолета поднимаются небольшие беспорядочные холмы, а между ними змеятся причудливой формы озера. Все так же, как в Финляндии и… совсем не похоже, потому что в «оазисе» Бангера нет главного - жизни. Ни одного деревца, ни одной травинки - только лишайники на скалах, да водоросли в озерах. Наверное, такими же, как этот «оазис», были когда-то все территории, недавно освободившиеся из-подо льда. С поверхности «оазиса» Бангера ледник ушел всего несколько тысяч лет назад.
Четвертичный ледник распространялся и на территорию Русской равнины. Здесь движение льда замедлялось, он начинал все больше таять, и где-то на месте современного Днепра и Дона из-под края ледника вытекали мощные потоки талых вод. Тут проходила граница его максимального распространения. Позже на Русской равнине находили много остатков распространения ледников и прежде всего - крупные валуны, вроде тех, что часто встречались на пути русских былинных богатырей. В раздумье останавливались у такого валуна герои старинных сказок и былин, прежде чем выбрать свою далекую дорогу: направо, налево или прямо пойти. Эти валуны издавна бередили воображение людей, которые не могли понять, как такие колоссы оказывались на равнине среди густого леса или бескрайних лугов. Придумывали различные сказочные причины, не обошлось и без «всемирного потопа», во время которого море будто бы принесло эти каменные глыбы. Но все объяснялось гораздо проще - огромному потоку льда мощностью в несколько сот метров ничего не стоило «подвинуть» эти валуны на тысячу километров.
Почти на полпути между Ленинградом и Москвой есть живописный холмисто-озерный край - Валдайская возвышенность. Здесь среди густых хвойных лесов и распаханных полей плещутся воды множества озер: Валдайского, Селигера, Ужино и других. Берега этих озер изрезаны, на них много островов, густо заросших лесами. Именно здесь проходила граница последнего распространения ледников на Русской равнине. Это ледники оставили после себя странные бесформенные холмы, понижения между ними заполнили своими талыми водами, и впоследствии растениям пришлось много поработать, чтобы создать себе хорошие условия для жизни.
О причинах великих оледенений
Итак, ледники на Земле были не всегда. Даже в Антарктиде найден каменный уголь - верный признак того, что здесь был теплый и влажный климат с богатой растительностью. Вместе с тем геологические данные свидетельствуют о том, что великие оледенения повторялась на Земле неоднократно через каждые 180-200 млн. лет. Наиболее характерные следы оледенений на Земле - особые породы - тиллиты, т. е. окаменевшие остатки древних ледниковых морен, состоящие из глинистой массы с включением крупных и мелких штрихованных валунов. Отдельные толщи тиллитов могут достигать десятков и даже сотен метров.
Причины таких крупных изменений климата и возникновение великих оледенений Земли до сих пор остаются загадкой. Высказано много гипотез, но ни одна из них не может пока претендовать на роль научной теории. Многие ученые искали причину похолодания вне Земли, выдвигая астрономические гипотезы. Одна из гипотез - что оледенение возникало, когда в связи с колебанием расстояния между Землей и Солнцем изменялось количество солнечного тепла, получаемого Землей. Это расстояние зависит от характера движения Земли по орбите вокруг Солнца. Предполагали, что оледенение наступало тогда, когда зима приходится на афелий, т. е. точку орбиты, наиболее далеко отстоящую от Солнца, при максимальной вытянутости земной орбиты.
Однако последние исследования астрономов показали, что только изменения количества солнечного излучения, попадающего на Землю, недостаточно, чтобы возник ледниковый период, хотя такое изменение и должно иметь свои последствия.
Развитие оледенения связывают и с колебаниями активности самого Солнца. Гелиофизики уже давно выяснили, что темные пятна, вспышки, протуберанцы появляются на Солнце периодически, и даже научились предсказывать их возникновение. Оказалось, что солнечная активность периодически изменяется; существуют периоды разной длительности: 2-3, 5-6, 11, 22 и около ста лет. Может так случиться, что кульминации нескольких периодов разной длительности совпадут, и солнечная активность будет особенно велика. Так, например, было в 1957 г. - как раз в период Международного геофизического года. Но может быть наоборот - совпадут несколько периодов пониженной солнечной активности. Это может вызвать развитие оледенения. Как мы увидим дальше, подобные изменения солнечной активности отражаются на деятельности ледников, но вряд ли они способны вызвать великое оледенение Земли.
Другую группу астрономических гипотез можно назвать космической. Это предположения, что на похолодание Земли влияют различные участки Вселенной, которые проходит Земля, двигаясь в космосе вместе со всей Галактикой. Одни считают, что похолодание происходит, когда Земля «проплывает» участки мирового пространства, заполненные газом. Другие-когда она проходит через облака космической пыли. Третьи утверждают, что «космическая зима» на Земле бывает, когда земной шар находится в апогалактии - точке, наиболее удаленной от той части нашей Галактики, где расположено больше всего звезд. На современном этапе развития науки нет возможности подкрепить фактами все эти гипотезы.
Наиболее плодотворны гипотезы, в которых причина изменения климата предполагается на самой Земле. По мнению многих исследователей, похолодание, вызывающее оледенение, может возникать в результате изменений в расположении суши и моря, под влиянием движения материков, из-за перемены направления морских течений (так, течение Гольфстрим ранее было отклонено выступом суши, простиравшимся от Ньюфаундленда к островам Зеленого мыса). Широко известна гипотеза, по которой во время эпох горообразования на Земле поднимавшиеся крупные массы континентов попадала в более высокие слои атмосферы, охлаждались и становились местами зарождения ледников. По этой гипотезе эпохи оледенения связаны с эпохами горообразования, более того, они обусловлены ими.
Климат может значительно меняться и в результате изменения наклона земной оси и перемещения полюсов, а также вследствие колебаний состава атмосферы: становится больше вулканической пыли либо меньше углекислого газа в атмосфере- и на Земле значительно холодает. В последнее время ученые стали связывать появление и развитие оледенения на Земле с перестройкой циркуляции атмосферы. Когда при одном и том же климатическом фоне земного шара в отдельные гористые районы попадает слишком много осадков, то там возникает оледенение.
Несколько лет назад американские геологи Юинг и Донн выдвинули новую гипотезу. Они предположили, что Северный Ледовитый океан, сейчас покрытый льдом, временами оттаивал. В этом случае с поверхности арктического моря, свободного ото льда, происходило усиленное испарение, а потоки влажного воздуха направлялись к полярным областям Америки и Евразии. Здесь, над холодной поверхностью земли, из влажных воздушных масс выпадали обильные снега, не успевавшие растаять за лето. Так на материках возникли ледниковые покровы. Расползаясь, они спускались и к северу, окружая ледяным кольцом арктическое море. В результате превращения части влаги в лед уровень мирового океана понизился на 90 м, теплый Атлантический океан перестал сообщаться с Северным Ледовитым океаном, и тот постепенно замерз. Испарение с его поверхности прекратилось, снега на материках стало выпадать меньше, и питание ледников ухудшилось. Тогда ледниковые покровы стали оттаивать, уменьшаться в размерах, а уровень мирового океана повысился. Снова Северный Ледовитый океан стал сообщаться с Атлантическим океаном, воды его потеплели, и ледяной покров на его поверхности начал постепенно исчезать. Цикл развития оледенения начался сначала.
Эта гипотеза объясняет некоторые факты, в частности несколько наступаний ледников в течение четвертичного периода, но на главный вопрос: какова причина оледенений Земли,- она также не отвечает.
Итак, нам пока неизвестны причины великих оледенений Земли. С достаточной степенью достоверности можно говорить лишь о последнем оледенении. Обычно ледники сокращаются неравномерно. Бывают периоды, когда их отступание подолгу задерживается, а иногда они быстро продвигаются вперед. Подмечено, что подобные колебания ледников происходят периодически. Наиболее длительный период смены отступаний и наступаний продолжается многие столетия.
Некоторые ученые считают, что изменения климата на Земле, с которыми связано и развитие ледников, зависит от взаиморасположения Земли, Солнца и Луны. Когда три этих небесных тела находятся в одной плоскости и на одной прямой, резко возрастают приливы на Земле, изменяется циркуляция воды в океанах и движение воздушных масс в атмосфере. В конечном счете на земном шаре несколько возрастает количество выпадающих осадков и понижается температура, что приводит к росту ледников. Такое увеличение увлажненности земного шара повторяется через каждые 1800- 1900 лет. Последние два таких периода приходились на IV в. до н. э. и первую половину XV в. н. э. Наоборот, в промежутке между этими двумя максимумами условия для развития ледников должны быть менее благоприятны.
На том же основании можно предположить, что в современную нам эпоху ледники должны отступать. Посмотрим, как в действительности вели себя ледники в последнее тысячелетие.
Развитие оледенения в последнее тысячелетие
В X в. исландцы и норманны, плавая по северным морям, обнаружили южную оконечность необозримо большого острова, берега которого заросли густой травой и высоким кустарником. Это так поразило моряков, что они назвала остров Гренландия, что означает «Зеленая страна».
Почему же таким цветущим был в то время ныне самый оледенелый на земном шаре остров? Очевидно, особенности тогдашнего климата привели к отступанию ледников, таянию морского льда в северных морях. Норманны смогли на небольших судах свободно проходить от Европы до Гренландии. На берегу острова были основаны поселки, но просуществовали они недолго. Ледники вновь стали наступать, «ледовитость» северных морей возросла, и попытки в последующие века достичь Гренландии обычно кончались неудачей.
К концу первого тысячелетия нашей эры сильно отступили и горные ледники в Альпах, на Кавказе, в Скандинавии и Исландии. Стали проходимы некоторые перевалы, раньше занятые ледниками. Освободившиеся от ледников земли начали возделывать. Проф. Г. К. Тушинский недавно обследовал развалины поселений алан (предков осетин) на Западном Кавказе. Оказалось, что многие постройки, относящиеся к X в., находятся в местах, ныне совершенно не пригодных для жилья из-за частых и разрушительных сходов лавин. Значит, тысячу лет назад не только ледники «отодвигались» ближе к гребням гор, но и лавины здесь не сходили. Однако в дальнейшем зимы стали все более суровыми и снежными, лавины начали падать все ближе к жилым постройкам. Аланам пришлось строить специальные противолавинные дамбы, их остатки можно видеть и сейчас. В конце концов, жить в прежних селениях оказалось невозможно, и горцам пришлось селиться ниже по долинам.
Близилось начало XV в. Условия жизни становились все суровее, и наши предки, не понимавшие причин такого похолодания, очень тревожились за свое будущее. Все чаще в летописях появляются записи о холодных и трудных годах. В Тверской летописи можно прочесть: «В лето 6916 (1408 г.)… бе же тогда зима тяжка и студено зело, снежна преизлишне», или «В лето 6920 (1412 г.) зима была бысть снежна вельми, и потому на весну бысть вода велика и сильна». В Новгородской летописи сказано: «В лето 7031 (1523 г.)… тое же весны, на Троицын день, пала туча снега велика, да лежал снег на земли 4 дни, да много мерзло живота, коней и коров, и птицы мерли в лесу». В Гренландии из-за наступившего похолодания к середине XIV в. перестали заниматься скотоводством и земледелием; связь между Скандинавией и Гренландией нарушилась из-за обилия морского льда в северных морях. В отдельные годы замерзало Балтийское и даже Адриатическое море. Начиная с XV и вплоть до XVII в. горные ледники наступали в Альпах и на Кавказе.
Последнее большое наступание ледников относится к середине прошлого столетия. Во многих горных странах они продвинулись довольно далеко. Путешествуя по Кавказу, Г. Абих в 1849 г. обнаружил следы быстрого наступания одного из ледников Эльбруса. Этот ледник вторгся в сосновый лес. Многие деревья были поломаны и лежали на поверхности льда или торчали сквозь тело ледника, а кроны их были совершенно зелеными. Сохранились документы, повествующие о частых ледяных обвалах с Казбека во второй половине XIX в. Иногда из-за этих обвалов нельзя было проехать по Военно-Грузинской дороге. Следы быстрых наступаний ледников в это время известны почти во всех обжитых горных странах: в Альпах, на западе Северной Америки, на Алтае, в Средней Азии, а также в Советской Арктике и в Гренландии.
С приходом XX столетия на земном шаре почти повсеместно начинается потепление климата. Оно связано с постепенным увеличением солнечной активности. Последний максимум солнечной активности был в 1957-1958 гг. В эти годы наблюдалось большое количество солнечных пятен и чрезвычайно сильных вспышек на Солнце. В середине нашего столетия совпали максимумы трех циклов солнечной активности- одиннадцатилетнего, векового и сверхвекового. Не следует думать, что усиление активности Солнца приводит к увеличению тепла на Земле. Нет, так называемая солнечная постоянная, т. е. величина, показывающая, сколько тепла приходит на каждый участок верхней границы атмосферы, остается неизменной. Но усиливается поток заряженных частиц от Солнца к Земле и общее воздействие Солнца на нашу планету, и интенсивность циркуляции атмосферы на всей Земле увеличивается. К полярным областям устремляются потоки теплого и влажного воздуха из тропических широт. А это приводит к довольно резкому потеплению. В полярных областях резко теплеет, а затем теплеет и на всей Земле.
В 20-30-х годах нашего столетия средняя годовая температура воздуха в Арктике возросла на 2-4°. Граница морских льдов отодвинулась к северу. Северный морской путь стал проходимее для морских судов, срок полярной навигации удлинился. Ледники Земли Франца-Иосифа, Новой Земли и других арктических островов за последние 30 лет быстро отступают. Именно в эти годы разрушился один из последних шельфовых ледников Арктики, находившийся на Земле Элсмира. В наше время ледники отступают и в подавляющем большинстве горных стран.
Еще несколько лет назад почти ничего нельзя было сказать о характере изменения температур в Антарктике: здесь было слишком мало метеорологических станций и почти совсем не было экспедиционных исследований. Но после подведения итогов Международного геофизического года стало ясно, что в Антарктике, как и в Арктике, в первой половине XX в. температура воздуха повышалась. Этому есть несколько интересных доказательств.
Старейшая антарктическая станция - Литл-Америка на шельфовом леднике Росса. Здесь с 1911 по 1957 г. средняя годовая температура повысилась более чем на 3°. На Земле Королевы Мери (в районе современных советских исследований) за период с 1912 г. (когда здесь проводила исследования Австралийская экспедиция под руководством Д. Моусона) по 1959 г. средняя годовая температура возросла на 3,6е.
Мы уже говорили, что на глубине 15-20 м в толще снега и фирна температура должна соответствовать средней годовой. Однако в действительности на некоторых внутриматериковых станциях температура на этих глубинах в скважинах оказалась на 1,3-1,8° ниже, чем средние годовые температуры за несколько лет. Интересно, что с углублением в эти скважины температура продолжала понижаться (вплоть до глубины 170 м), тогда как обычно с увеличением глубины температура горных пород становится выше. Такое необычное понижение температуры в толще ледникового покрова - отражение более холодного климата тех лет, когда происходило отложение снега, оказавшегося теперь на глубине нескольких десятков метров. Наконец, очень показательно, что крайняя граница распространения айсбергов в Южном океане сейчас располагается на 10-15° широты южнее по сравнению с 1888-1897 гг.
Казалось бы, такое существенное увеличение температуры за несколько десятилетий должно привести к отступанию антарктических ледников. Но тут-то и начинаются «сложности Антарктиды». Частично они связаны с тем, что мы еще слишком мало о ней знаем, а частично объясняются и большим своеобразием ледяного колосса, совершенно не похожего на привычные нам горные и арктические ледники. Попробуем все же разобраться в том, что происходит сейчас в Антарктиде, а для этого познакомимся с ней поближе.