Краткая история планеты Земля. Горы, животные, огонь и лед

Магдугалл Дж. Д.

Рис. 12.2. Приподнятые над уровнем моря древние береговые линии и другие признаки указывают на то, что земная кора на территории Скандинавии значительно поднялась за счет таяния ледяного покрова после последнего ледового максимума. Изолинии показывают величину поднятия в метрах и ясно показывают области, где накопление льда было наибольшим. Приводится с изменениями по рисунку 19-30 из книги: Ф. Пресс и Р. Сивер. «Земля», 4-е изд. Изд-во «В. X. Фримэн и Компания», 1986.

Заслуживают упоминания еще два дополнительных следствия самого последнего оледенения, которые сформировали облик суши. Одним из них является широкое распространение лёсса — тонкозернистого, отложенного ветром осадка, который покрывает значительные части континентов, а вторым — странные ландшафты, указывающие на гигантские по масштабу наводнения.

Происхождение лёсса — задача сложная, но все отложения этого своеобразного осадка, которые были тщательно изучены, произошли, по-видимому,

в периоды наибольшего похолодания. Некоторые лёссы представляют собой просто переотложенную ветром каменную муку из пород, раздробленных ледниками, другие имеют иное происхождение. Во время оледенений внутренние части континентов, расположенные в средних и даже низких широтах, были холоднее и более безводны, чем сейчас, и во многих случаях беднее растительностью. Системы ветров также были, вероятно, более мощными. В результате мы имеем более сильную эрозию и перенос больших количеств тонкозернистого материала. Мы знаем, что увеличение содержания пыли в атмосфере по своей интенсивности носило глобальный характер, поскольку исследование керна скважин, пробуренных во льду в Антарктиде и Гренландии, показало, что слои, соответствующие ледниковым максимумам, являются более «пыльными», чем другие части разреза скважин. Самые знаменитые лёссовые отложения встречаются в Китае, где служащие жилищами людей пещеры были вырезаны в толще лёсса мощностью в несколько сот метров. Детали флуктуации тонкослоистой текстуры лёсса при ледниковом климате, очень похожие на текстуры глубоководных морских осадков, рассматриваются в следующем разделе.

По мере отступления ледяных щитов северного полушария после максимума Висконсинского оледенения вдоль их южных окраин образовались озера талой воды, как, например, озеро Агассиз. Их сток постоянно изменялся по мере отступления льда (а иногда на короткое время и возобновляющегося наступления) и компенсационного поднятия коры в ответ на исчезновение ледников и образования новых русел рек, прорезывающих барьеры из коренных пород. Время от времени глубокие озера прорывались через естественные плотины или другие препятствия, находя себе новые русла для стока, результатом чего были катастрофические наводнения. Одно из таких событий образовало ледниковое озеро на территории нынешней восточной части штата Вашингтон на западе Соединенных Штатов. Здесь в промежуток от 16 до 12 тысяч лет назад большое озеро Миссула прошло через несколько циклов наполнения, прорыва ледяного барьера и излияния огромных масс воды на запад через базальты Колумбийского плато и в реку Колумбия. Во время этих событий мощные потоки прорыли каньоны в коренных породах, вырезали огромные котловины и оставили после себя формы рельефа, похожие на гигантскую рябь с «волнами» высотой свыше 5 метров, разделенными промежутками в 100 метров. Этот район, подвергшийся воздействию ледниковых наводнений, получил название Ченнэлд-Скэйблэндз (Channeled Scablands), что приблизительно означает «земля, изрытая каналами и покрытая струпьями» — название, которое отражает уникальный характер рельефа. Его особенности долгое время ставили в тупик геологов, особенно тех, кто были до такой степени привержены идеям Хаттона об актуализме, что не были в состоянии понять периодически развивающиеся события катастрофического характера, формирующие ландшафт, но в конце концов их происхождение было разгадано. Впоследствии были открыты следы и других сверхнаводнений, связанных с отступлением ледовых шапок, как в Евразии, так и в Северной Америке. Вероятно, самое крупное из таких наводнений произошло около 8000 лет назад, когда озеро Агассиз, к тому времени соединившееся с другими озерами, располагавшимися вдоль края таявшего Канадского ледяного щита (рис. 12.3), внезапно прорвало ледяную преграду и вылилось на север в Гудзонов залив. Хотя скорость этого процесса неизвестна, объем вылившейся воды был огромен: по оценкам ученых, в результате этого наводнения уровень всего Мирового океана повысился на 20-40 сантиметров!

Рис. 12.3. Карта, показывающая расположение отступающего Севере-Американского ледяного щита (точечный узор), каким он был 8500 лет назад. Огромное сплошное озеро (темно-серый фон), включающее воды озера Агассиз и других более мелких озер, было подпружено вдоль южного края ледяного покрова. Около 8000 лет назад эти воды прорвали распадающийся ледник и влились в Северную Атлантику через Гудзонов залив. Расположение льдов и озера показаны на основе информации из книги А. Г. Даусона «Оледенение Земли». Изд. «Раутледж», 1992.

ХРОНИКИ ОЛЕДЕНЕНИЯ В ГЛУБОКОМ МОРЕ И В САМОЙ ТОЛЩЕ ЛЬДА

Как уже отмечалось выше, именно в океанах сохранилась наиболее непрерывная хроника изменений климата в ледниковый период. Даже в тропиках, вдали от прямого влияния полярных ледяных шапок, осадки обнаруживают особенности, которые тесно связаны с циклами наступления и отступления ледников. В сущности, только после того, как длинные керны морских осадков стали доступными для исследования, стало возможным расшифровать истинные подробности Великого

Ледяного века. Хотя в этих осадках заключено много указаний на изменения ледникового климата, пожалуй, наиболее ценным признаком является хроника кислородно-изотопного состава морской воды.

Живущие в океане организмы, строящие свои раковины из карбоната кальция, запечатлевают в изотопном составе кислорода особенности окружающей их морской воды, тем самым регистрируя сигнал, отражающий как температуру воды, так и количество воды, которое было связано ледниковыми льдами. Графики, подобные приведенному на рис. 11.4, показывают, что последние несколько миллионов лет были временем постоянного уменьшения как объема Мирового океана, так и его температуры. Но в то же время, как видно из графика на рис. 12.4, хроника событий оказывается гораздо более сложной, если горизонтальный масштаб растянуть, чтобы увидеть подробности последних нескольких сотен лет.

В этом рисунке есть несколько интересных особенностей. Первой из них является закономерность: содержание изотопов кислорода в воде в последние полмиллиона лет повторяется удивительно систематическим образом, отражая существование циклов наступания и отступания льдов. Здесь показано только пять ледниковых периодов, но если этот график продлить в прошлое до почти трех миллионов лет, то оказывается, что характер графика сохраняется. Он указывает на существование периодического чередования холодных и теплых периодов. Длина (продолжительность) циклов, показанных на рис. 12.4, составляет по грубой оценке 100 000 лет. Для более древних частей графика эти циклы оказываются несколько короче, но несмотря на это, очевидно, что какой-то фактор очень регулярно влияет на климат Земли. Есть определенный ритм в последовательности ледниковых периодов, который должен управляться влиянием какого-то фактора, который изменяется сходным образом. Насколько сейчас известно науке, единственное объяснение, которое кажется приемлемым, состоит в том, что эта причина находится вне Земли и, вероятно, связана с колебаниями количества энергии, получаемой Землей от Солнца.

Рис. 12.4. Регулярные изменения изотопного состава кислорода в раковинах донных организмов отражают изменения температуры океана и объема льда за последние 600 000 лет. Положительные значения на этом графике соответствуют холодным, ледниковым периодам, а отрицательные — межледниковым эпохам. Фактические данные, полученные из кернов глубоководных скважин, позволяют продлить график влево гораздо дальше, чем показано здесь, и свидетельствуют о существовании в прошлом многочисленных дополнительных ледниково-межледниковых флуктуации.

Второе важное наблюдение, которое можно сделать, рассматривая рис. 12.4, состоит в том, что последние пять похолодании были значительно длиннее по своей продолжительности, чем межледниковые эпохи, и что начало теплых периодов обычно очень резко следовало за временем наибольшего распространения льда. Если современный нам межледниковый промежуток следует закономерности последних нескольких таких интервалов, нам не придется долго ждать следующего ухудшения климата, несмотря на тот факт, что Висконсинский ледниковый максимум произошел всего лишь 20 000 лет назад. Причины внезапного начала и короткой продолжительности межледниковых эпох неизвестны.

Вплоть до этого момента в нашем обсуждении проблем чередования оледенений и потеплений принималось, что изменения содержания изотопов кислорода надежно документируют изменения средней мировой температуры и величины площади ледников. Но так ли это? Есть ли какой-нибудь способ независимой проверки этого утверждения? Один из самых убедительных примеров подтверждающих данных происходит из, казалось бы, невероятного источника — тропических кораллов. Коралловые рифы растут очень близко к поверхности моря. Если уровень моря поднимется на несколько метров, то кораллы умрут — но поверх них, ближе к поверхности воды, растут все новые и новые. Путем непрерывного нарастания все выше и выше рост рифов идет в ногу с подъемом уровня моря, поэтому кораллы являются хорошим индикатором прошлых уровней моря. В некоторых местах, например в Карибском море, такие коралловые рифы были разбурены скважинами и их керн изучен. С помощью радиоуглеродного и ряда других методов был определен возраст разных частей керна. Кораллы, жившие близ поверхности моря тысячи лет назад, сейчас находятся на глубине в десятки метров, погребенные в рифе под толщей своих потомков. Измеряя их возраст и глубину, на которой они сейчас находятся, можно построить график зависимости их возраста от глубины (рис. 12.5). Он показывает, что самый последний момент низкого уровня моря совпадает со временем ледникового максимума, определяемого по данным изотопно-кислородного анализа, что соответствует возрасту около 20 000 лет. Он также показывает, что за последние 20 000 лет было два или три раза, когда уровень моря поднимался очень резко, почти мгновенно в геологическом масштабе, вероятно, в ответ на особенно быстрое таяние ледяных щитов. За последние 20 000 лет океаны поднялись более чем на 110 метров, покрыв очень обширные области, бывшие сушей в периоды максимальных похолоданий.