Мы во власти осени, и становится все холоднее. Не движемся ли мы к ледниковому периоду, интересуется один из читателей.
Быстротечное датское лето позади. Листья опадают с деревьев, птицы улетают на юг, становится темнее и, конечно, холоднее тоже.
Наш читатель Ларс Петерсен (Lars Petersen) из Копенгагена начал готовиться к холодным дням. И он хочет знать, насколько серьезно ему нужно подготовиться.
«Когда начинается следующий ледниковый период? Я узнал, что ледниковые и межледниковые периоды сменяют друг друга регулярно. Так как мы живем в межледниковье, логично предположить, что впереди нас ждет следующий ледниковый период, не так ли?» — пишет он в письме в раздел «Спроси науку» (Spørg Videnskaben).
Мы в редакции вздрагиваем при мысли о холодной зиме, которая подстерегает нас на том конце осени. Мы тоже с удовольствием узнали бы, не на пороге ли мы ледникового периода.
До следующего ледникового периода еще далеко
Поэтому мы адресовали преподавателю Центра фундаментальных исследований льда и климата при Копенгагенском университете Суне Расмуссену (Sune Olander Rasmussen).
Суне Расмуссен изучает холод и получает информацию о погоде прошлого, буря гренландские ледники и айсберги. Кроме того, он может использовать свои знания для того, чтобы исполнять роль «предсказателя ледниковых периодов».
«Для того, чтобы наступил ледниковый период, должно совпасть несколько условий. Мы не можем точно предсказать, когда начнется ледниковый период, но даже если бы человечество не влияло дальше на климат, наш прогноз таков, что условия для него сложатся в лучшем случае через 40 — 50 тысяч лет», — успокаивает нас Суне Расмуссен.
Раз уж мы все равно разговариваем с «предсказателем ледникового периода», мы можем получить и еще кое-какую информацию, о каких это «условиях» идет речь, чтобы немного больше разобраться в том, что же такое на самом деле ледниковый период.
Вот что такое ледниковый период
Суне Расмуссен рассказывает, что во время последнего ледникового периода средняя температура на земле была на несколько градусов ниже, чем сегодня, и что климат на более высоких широтах был холоднее.
Большая часть северного полушария была покрыта массивными ледяными покровами. Например, Скандинавия, Канада и некоторые другие части Северной Америки были покрыты трехкилометровым ледяным панцирем.
Огромный вес ледяного покрова вдавил земную кору на километр внутрь Земли.
Ледниковые периоды дольше, чем межледниковье
Однако 19 тысяч лет назад начали происходить изменения в климате.
Это значило, что Земля постепенно становилась все теплее, и в течение следующих 7 000 лет освободилась от холодной хватки ледникового периода. После этого началось межледниковье, в котором мы сейчас и находимся.
Контекст
Новый ледниковый период? Не скоро
The New York Times 10.06.2004Ледниковый период
Українська правда 25.12.2006 В Гренландии последние остатки панциря сошли очень резко 11 700 лет назад или если быть точным 11 715 лет назад. Об этом свидетельствуют исследования Суне Расмуссена и его коллег.Значит, с момента последнего ледникового периода прошло 11 715 лет, и это совершенно нормальная длина межледниковья.
«Забавно, что мы обычно рассматриваем именно ледниковый период как "событие", хотя на самом деле все как раз наоборот. Средний ледниковый период длится 100 тысяч лет, тогда как межледниковье продолжается от 10 до 30 тысяч лет. То есть, Земля чаще находится в ледниковом периоде, чем наоборот».
«Пара последних межледниковых периодов длилась всего примерно по 10 тысяч лет, что объясняет широко распространенное, но ошибочное мнение, что наш нынешний межледниковый период приближается к концу», — говорит Суне Расмуссен.
Три фактора влияют на возможность начала ледникового периода
То, что Земля погрузится в новый ледниковый период через 40-50 тысяч лет, зависит от того, что у орбиты вращения Земли вокруг Солнца есть небольшие вариации. Вариации определяют, какое количество солнечного света на какие широты попадает, и тем самым влияет на то, насколько там тепло или холодно.
Это открытие сделал сербский геофизик Милутин Миланкович почти 100 лет назад, и поэтому оно известно под названием Циклы Миланковича.
Циклы Миланковича это:
1. Орбита вращения Земли вокруг Солнца, которая изменяется циклически примерно раз в 100 000 лет. Орбита превращается из почти круглой в более эллиптическую, а затем обратно. Из-за этого расстояние до Солнца изменяется. Чем дальше Земля от Солнца, тем меньше солнечного излучения получает наша планета. Кроме того, когда меняется форма орбиты, меняется и длина времен года.
2. Наклон земной оси, который колеблется между 22 и 24,5 градусами по отношению к орбите вращения вокруг Солнца. Этот цикл охватывает примерно 41 000 лет. 22 или 24.5 градуса — кажется не такая уж существенная разница, но наклон оси очень сильно влияет на выраженность различных времен года. Чем больше Земля наклонена, тем больше разница между зимой и летом. В настоящий момент наклон земной оси составляет 23,5 и он уменьшается, что означает, что различия между зимой и летом будут в ближайшие тысячи лет снижаться.
3. Направление земной оси относительно пространства. Направление изменяется циклически с периодом в 26 тысяч лет.
«Комбинация этих трех факторов определяет, есть ли предпосылки к началу ледникового периода. Практически невозможно представить, как происходит взаимодействие этих трех факторов, но с помощью математических моделей мы можем рассчитать, сколько солнечного излучения получают определенные широты в определенное время года, а также получали в прошлом и будут получать в будущем», — говорит Суне Расмуссен.
Снег летом приводит к ледниковому периоду
В особенности важную роль в этом контексте играют температуры летом.
Миланкович понял, что, чтобы была предпосылка для начала ледникового периода, лето в северном полушарии должно быть холодным.
Если зимы снежные, и большая часть северного полушария покрыта снегом, то температуры и количество солнечных часов летом определяют, будет ли снегу позволено остаться на все лето.
«Если снег летом не тает, то в Землю проникает мало солнечного света. Остальное отражается обратно в космос белоснежным покрывалом. Это усугубляет охлаждение, которое началось из-за изменения орбиты вращения Земли вокруг Солнца», — рассказывает Суне Расмуссен.
«Дальнейшее же охлаждение приносит еще больше снега, который еще больше снижает количество абсорбированного тепла, и так далее, до тех пор, пока не начнется ледниковый период», — продолжает он.
Точно так же период с жаркими летами приводит к тому, что ледниковый период заканчивается. Тогда жаркое солнце растапливает лед достаточно для того, чтобы солнечный свет вновь мог попадать на темные поверхности, вроде почвы или моря, которые абсорбируют его и нагревают Землю.
Люди оттягивают следующий ледниковый период
Еще один фактор, который имеет значение для возможности начала ледникового периода — это количество углекислого газа в атмосфере.
Так же, как снег, отражающий свет, усиливает образование льда или ускоряет его таяние, повышение содержания углекислого газа в атмосфере от 180 ppm до 280 ppm (миллионных долей) способствовало выведению Земли из последнего ледникового периода.
Однако с того момента, как началась индустриализация, люди все время занимаются дальнейшим повышением доли углекислого газа, так что сейчас она почти 400 ppm.
«У природы ушло 7 000 лет, чтобы после окончания ледникового периода поднять долю углекислого газа на 100 ppm. Люди сумели сделать то же самое всего за 150 лет. Это имеет большое значение для того, сможет ли Земля вступить в новый ледниковый период. Это очень существенное влияние, которое означает не только то, что в настоящий момент не может начаться ледниковый период», — говорит Суне Расмуссен.
Мы благодарим Ларса Петерсена за хороший вопрос и посылаем по-зимнему серую футболку в Копенгаген. Также мы благодарим Суне Расмуссена за хороший ответ.
А еще мы призываем наших читателей присылать больше научных вопросов на [email protected].
А ты знал?
Ученые всегда говорят о ледниковом периоде лишь в северном полушарии планеты. Причина в том, что в южном полушарии слишком мало суши, на которой может лежать массивный слой снега и льда.
За вычетом Антарктиды, вся южная часть южного полушария покрыта водой, которая не обеспечивает хороших условий для возникновения толстого ледяного панциря.
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.
Экология
Ледниковые периоды, которые имели место не раз на нашей планете, всегда были покрыты массой загадок. Мы знаем, что они окутывали холодом целые континенты, превращая их в малообитаемые тундры.
Известно также около 11 таких периодов , причем, все они имели место с регулярным постоянством. Однако многое о них мы все еще не знаем. Предлагаем вам познакомиться с самыми интересными фактами о ледниковых периодах нашего прошлого.
Гигантские животные
К тому времени, как наступил последний ледниковый период, в ходе эволюции уже появились млекопитающие . Животные, которые могли выжить в суровых климатических условиях, были довольно крупные, их тела были покрыты толстым слоем меха.
Ученые назвали этих существ "мегафауной" , которая была способна выживать при низких температурах в районах, покрытых льдом, например, в районе современного Тибета. Более мелкие животные не могли приспособиться к новым условиям оледенения и погибли.
Травоядные представители мегафауны научились находить себе пищу даже под слоями льда и смогли по-разному приспособиться к окружающей среде: например, носороги ледникового периода обладали лопатообразными рогами , с помощью которых раскапывали снежные заносы.
Хищные животные, например, саблезубые кошки, гигантские короткомордые медведи и ужасные волки , прекрасно выживали в новых условиях. Хотя их добыча иногда могла дать отпор в силу своих больших размеров, ее было в изобилии.
Люди ледникового периода
Несмотря на то, что современный человек Homo sapiens не мог похвастаться в то время большими размерами и шерстью, он смог выживать в условиях холодной тундры ледниковых периодов в течение многих тысячелетий.
Условия жизни были суровы, но люди были изобретательны. Например, 15 тысяч лет назад они жили племенами, которые занимались охотой и собирательством, строили оригинальные жилища из костей мамонтов, шили теплую одежду из шкур животных. Когда еды было в изобилии, они делали запасы в вечной мерзлоте - природной морозилке .
В основном для охоты использовались такие орудия труда, как каменные ножи и стрелы. Чтобы поймать и умертвить крупных животных ледникового периода, нужно было использовать специальные ловушки . Когда зверь попадался в такие ловушки, группа людей атаковала его и забивала насмерть.
Малый ледниковый период
Между крупными ледниковыми периодами иногда случались и малые периоды . Нельзя сказать, что они были разрушительными, однако также вызывали голод, болезни из-за неурожая и других проблем.
Самый последний из малых ледниковых периодов начался примерно в 12-14 веках . Самым тяжелым временем можно назвать период с 1500 по 1850 годы . В это время в Северном полушарии наблюдалась достаточно низкая температура.
В Европе было привычным делом, когда замерзали моря, а в гористых районах, например, на территории современной Швейцарии, снег не таял даже летом . Холодная погода оказывала влияние на каждый аспект жизни и культуры. Вероятно, Средние века остались в истории, как "смутное время" еще и потому, что на планете господствовал малый ледниковый период.
Периоды потепления
Некоторые ледниковые периоды на самом деле оказывались вполне теплыми . Несмотря на то, что поверхность земли была окутана льдами, погода устанавливалась сравнительно теплая.
Иногда в атмосфере планеты скапливалось достаточно большое количество углекислого газа, который является причиной появления парникового эффекта , когда тепло удерживается в атмосфере и нагревает планету. При этом лед продолжает образовываться и отражать солнечные лучи обратно в космос.
По мнению экспертов, такое явление приводило к образованию гигантской пустыни со льдом на поверхности , но довольно теплой погодой.
Когда наступит следующий ледниковый период?
Теория о том, что ледниковые периоды происходят на нашей планете через равные промежутки времени, идет в разрез с теориями о глобальном потеплении. Нет никаких сомнений в том, что сегодня наблюдается повсеместное потепление климата , которое, может помочь предотвратить следующий ледниковый период.
Деятельность человека приводит к выбросу углекислого газа, который большей частью виновен в проблеме глобального потепления. Однако у этого газа имеется еще один странный побочный эффект . Согласно исследователями из Университета Кембриджа , выброс CO2 может остановить следующий ледниковый период.
Согласно планетарному циклу нашей планеты, скоро должен наступить следующий ледниковый период, но он может иметь место только в том случае, если уровень углекислого газа в атмосфере будет сравнительно низок . Однако в настоящее время уровни CO2 настолько велики, что ни о каком ледниковом периоде в ближайшее время не может быть и речи.
Даже если человек резко прекратит выброс углекислого газа в атмосферу (что мало вероятно), существующего количества хватит, чтобы предотвращать наступление ледникового периода еще как минимум тысячу лет .
Растения ледникового периода
Легче всего в ледниковый период жилось хищникам : они всегда могли найти себе пищу. Но что же на самом деле ели травоядные?
Оказывается, и для этих животных вполне хватало пропитания. Во времена ледниковых периодов на планете росло немало растений , которые могли выжить в суровых условиях. Степная местность покрывалась кустарниками и травой, которыми питались мамонты и другие травоядные.
Более крупных растений также можно было встретить великое множество: например, в изобилии росли ели и сосны . В более теплых районах встречались березы и ивы . То есть климат по большому счету во многих современных южных районах напоминал тот, что сегодня имеется в Сибири.
Впрочем, растения ледникового периода несколько отличались от современных. Конечно, при наступлении холодов многие растения вымерли . Если растение не было способно адаптироваться к новому климату, у него было два выхода: либо переместиться в более южные зоны, либо погибнуть.
Например, на территории современного штата Виктория на юге Австралии имелось самое богатое разнообразие видов растений на планете, пока не наступил ледниковый период, в результате которого большая часть видов погибла .
Причина ледникового периода в Гималаях?
Оказывается, Гималаи, самая высокая горная система нашей планеты, напрямую связаны с наступлением ледникового периода.
40-50 миллионов лет назад массы суши, где сегодня располагаются Китай и Индия, столкнулись, образовав высочайшие горы. В результате столкновения обнажились огромные объемы "свежих" горных пород из недр Земли.
Эти горные породы подверглись эрозии , а в результате химических реакций из атмосферы стал вытесняться углекислый газ. Климат на планете стал становиться все холоднее, наступил ледниковый период.
Земля-снежок
Во времена разных ледниковых периодов наша планета в основном была окутана льдами и снегами только частично . Даже во время самого сурового ледникового периода лед покрывал только одну треть земного шара.
Однако существует гипотеза, что в определенные периоды Земля все же была полностью покрыта снегом , что сделало ее похожей на гигантский снежок. Жизни все же удалось выжить благодаря редким островкам с относительно малым количеством льда и с достаточным светом для фотосинтеза растений.
Согласно этой теории, наша планета превращалась в снежок по крайней мере однажды, точнее 716 миллионов лет назад .
Райский сад
Некоторые ученые убеждены, что Эдемский сад , описанный в Библии, существовал на самом деле. Предполагают, что он находился в Африке, и именно благодаря ему наши далекие предки смогли выжить во времена ледникового периода .
Примерно 200 тысяч лет назад наступил суровый ледниковый период, который положил конец многим формам жизни. К счастью, небольшая группа людей смогла пережить период сильных холодов. Эти люди переселились в район, где сегодня расположена Южная Африка.
Несмотря на то, что льдом покрылась почти вся планета, этот район оставался свободным ото льда. Тут обитало большое количество живых существ. Почвы этой местности были богаты питательными веществами, поэтому тут было изобилие растений . Созданные природой пещеры использовались людьми и животными в качестве укрытий. Для живых существ это был настоящий рай.
По мнению некоторых ученых, в "Райском саду" жило не более сотни людей , именно поэтому у человека не имеется такого генетического разнообразия, как у большинства других видов. Впрочем, эта теория не нашла научных доказательств.
В течение палеогена в северном полушарии был теплый и влажный климат, но в неогене (25 – 3 млн. лет назад) он стал значительно холоднее и суше. Изменения окружающей среды, связанные с похолоданием и появлением оледенений, являются особенностью четвертичного периода. Его за это иногда называют ледниковым периодом.
Ледниковые периоды случались в истории Земли неоднократно. Следы материковых оледенений обнаружены в слоях карбона и перми (300 – 250 млн. лет), венда (680 – 650 млн. лет), рифея (850 – 800 млн. лет). Самые древние ледниковые отложения, обнаруженные на Земле, имеют возраст более 2 млрд. лет.
Не найден какой-то единственный планетарный или космический фактор, вызывающий оледенение. Оледенения – результат сочетания нескольких событий, одни из которых играют основную роль, а другие – роль “спускового” механизма. Замечено, что все великие оледенения нашей планеты совпадали с крупнейшими горообразовательными эпохами, когда рельеф земной поверхности был наиболее контрастным. Площадь морей уменьшилась. В этих условиях колебания климата стали более резкими. Горы высотой до 2000 м, возникшие в Антарктиде, т.е. непосредственно на Южном полюсе Земли, стали первым очагом образования покровных ледников. Оледенение Антарктиды началось более 30 млн. лет назад. Возникновение там ледника сильно увеличило отражательную способность, что в свою очередь привело к понижению температуры. Постепенно ледник Антарктиды рос как по площади, так и в толщину, и его влияние на тепловой режим Земли все увеличивалось. Температура льда медленно снижалась. Антарктический материк стал огромнейшим аккумулятором холода на планете. В изменение климата Северного полушария большой вклад внесло формирование огромных плато в Тибете и в западной части Северо-Американского континента.
Становилось все холоднее и холоднее и примерно 3 млн. лет назад климат Земли в целом стал настолько холодным, что периодически стали наступать ледниковые эпохи, во время которых ледниковые покровы захватывали большую часть северного полушария. Горообразовательные процессы являются необходимым, но еще недостаточным условием возникновения оледенения. Средние высоты гор сейчас не ниже, а может быть, даже выше тех, какие были во время оледенения. Однако сейчас площадь ледников относительно невелика. Необходима какая-то дополнительная причина непосредственно вызывающая похолодание.
Следует подчеркнуть, что для возникновения крупного оледенения планеты не требуется сколько-нибудь значительного понижения температуры. Расчеты показывают, что общее среднегодовое понижение температуры на Земле на 2 – 4?С вызовет спонтанное развитие ледников, которые в свою очередь понизят температуру на Земле. В результате ледниковый панцирь покроет значительную часть площади Земли.
Огромную роль в регуляции температуры приповерхностных слоев воздуха играет углекислый газ. Углекислота свободно пропускает солнечные лучи к земной поверхности, но поглощает большую часть теплового излучения планеты. Она является колоссальным экраном, препятствующим охлаждению нашей планеты. Сейчас содержание в атмосфере углекислого газа не превышает 0,03%. Если эта цифра уменьшится вдвое, то среднегодовые температуры в средних широтах снизятся на 4–5?С, что может привести к началу ледникового периода. По некоторым данным концентрация СО2 в атмосфере была в ледниковые периоды примерно на треть меньше чем в межледниковья и морская вода содержала диоксида углерода в 60 раз больше чем атмосфера.
Уменьшение содержания СО2 в атмосфере может объясняться действием следующих механизмов. Если скорость спрединга (раздвижки) и соответственно субдукции значительно уменьшалась в какие-то периоды, то это должно было приводить к поступлению меньшего количества диоксида углерода в атмосферу. В действительности глобальные средние скорости спрединга обнаруживают за последние 40 млн. лет незначительные изменения. Если скорость возмещения СО2 была практически неизменной, то скорость его удаления из атмосферы за счет химического выветривания горных пород значительно возросла с появлением гигантских плато. В Тибете и Америке диоксид углерода соединяется с дождевой водой и грунтовыми водами, образуя углекислоту, которая вступает в реакцию с силикатными минералами горных пород. Образующиеся при этом бикарбонатные ионы переносятся в океаны, где они потребляются такими организмами, как планктон и кораллы, а затем откладываются на дне океана. Конечно эти осадки попадут в зону субдукции, расплавятся, и СО2 опять попадет в атмосферу в результате вулканической деятельности, но этот процесс требует длительного времени, от десятков до сотен миллионов лет.
Может показаться, что в результате вулканической деятельности будет повышаться содержание СО2 в атмосфере и следовательно будет теплее, но это не совсем так.
Изучение современной и древней вулканической деятельности позволило вулканологу И. В. Мелекесцеву связать похолодание и вызывающее его оледенение с увеличением интенсивности вулканизма. Хорошо известно, что вулканизм заметно влияет на земную атмосферу, изменяя ее газовый состав, температуру, а также загрязняя ее мелкораздробленным материалом вулканического пепла. Огромные массы пепла, измеряемые миллиардами тонн, выбрасываются вулканами в верхние слои атмосферы, а затем разносятся струйными течениями по всему земному шару. Через несколько суток после извержения в 1956 г. вулкана Безымянного его пепел был обнаружен в верхних слоях тропосферы над Лондоном, Пепловый материал, выброшенный во время извержения в 1963 г. вулкана Агупг на острове Бали (Индонезия), был найден на высоте около 20 км над Северной Америкой и Австралией. Загрязнение атмосферы вулканическим пеплом вызывает значительное уменьшение ее прозрачности и, следовательно, ослабление солнечной радиации на 10- 20% против нормы. Кроме того, частицы пепла служат ядрами конденсации, способствуя большому развитию облачности. Повышение облачности в свою очередь заметно уменьшает" количество солнечной радиации. По расчетам Брукса, увеличение облачности с 50 (характерно для настоящего времени) до 60% привело бы к понижению среднегодовой температуры на земном шаре на 2° С.
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.
История ледникового периода.
Причины возникновения ледниковых периодов - космические: изменение активности Солнца, изменение положения Земли относительно Солнца. Планетарные циклы: 1). 90 - 100 тысячелетние циклы изменения климата в результате изменения эксцентриситета земной орбиты; 2). 40 - 41 тысячелетние циклы изменения наклона земной оси от 21,5 град. до 24,5 град.; 3). 21 - 22 тысячелетние циклы изменения ориентации земной оси (прецессия). Значительное влияние оказывают результаты вулканической активности - затемнение земной атмосферы пылью и пеплом.
Древнейшее оледенение было 800 - 600 млн. лет назад в Лаврентийский период Докембрийской эры.
Около 300 млн. лет назад произошло Пермокарбоновое оледенение в конце Каменноугольного - начале Пермского периода Палеозойской эры. В это время на планете Земля был единственный суперконтинент Пангея. Центр континента находился в районе экватора, край достигал южного полюса. Ледниковые периоды сменялись потеплениями, а те - снова похолоданиями. Такие смены климата длились с 330 по 250 млн. лет назад. За это время Пангея сместилась к северу. Около 200 млн. лет назад на Земле надолго установился ровный тёплый климат.
Около 120 - 100 млн. лет назад в Меловой период Мезозойской эры от материка Пангея откололся материк Гондвана и остался в Южном полушарии.
В начале Кайнозойской эры, в раннем Палеогене в эпоху Палеоцен - ок. 55 млн. лет назад произошло общее тектоническое поднятие земной поверхности на 300 - 800 метров, начался раскол Пангеи и Гондваны на континенты и общепланетное похолодание. 49 - 48 млн. лет назад в начале эпохи Эоцен образовался пролив между Австралией и Антарктидой. Около 40 млн. лет назад начали образовываться горные материковые ледники в Западной Антарктиде. В течение всего Палеогенового периода происходило изменение конфигурации океанов, образовался Северный Ледовитый океан, Северо-Западный проход, моря Лабрадорское и Баффина, Норвежско-Гренландский бассейн. Вдоль северных берегов Атлантического и Тихого океанов поднялись высокие глыбовые горы, развился подводный Срединно-Атлантический хребет.
На границе Эоцена и Олигоцена - около 36 - 35 млн. лет назад Антарктида переместилась к южному полюсу, отделилась от Южной Америки и оказалась отрезана от тёплых экваториальных вод. 28 - 27 млн. лет назад в Антарктиде образовались сплошные покровы горных ледников и затем, на протяжении Олигоцена и Миоцена ледниковый щит постепенно заполнил всю Антарктиду. Материк Гондвана окончательно раскололся на континенты: Антарктида, Австралия, Африка, Мадагаскар, Индостан, Южная Америка.
15 млн. лет назад началось оледенение в Северном Ледовитом океане - плавающие льды, айсберги, временами сплошные ледяные поля.
10 млн. лет назад ледник в Южном полушарии вышел за пределы Антарктиды в океан и около 5 млн. лет назад достиг своего максимума, закрыв ледяным щитом океан до берегов Южной Америки, Африки, Австралии. Плавучие льды достигали тропиков. В это же время, в эпоху Плиоцен ледники стали появляться в горах материков Северного полушария (Скандинавские, Уральские, Памиро-Гималайские, Кордильеры) и 4 млн. лет назад заполнили острова Канадского Арктического архипелага и Гренландию. Северная Америка, Исландия, Европа, Северная Азия покрылись льдом 3 - 2,5 млн. лет назад. Максимума Позднекайнозойский ледниковый период достиг в эпоху Плейстоцен, около 700 тыс. лет назад. Этот же ледниковый период продолжается и в наши дни.
Итак, 2 - 1,7 млн. лет назад начался Верхний Кайнозой - Четвертичный период. Ледники в Северном полушарии на суше достигли средних широт, в Южном материковый лёд достиг края шельфа, айсберги до 40-50 град. ю. ш. В этот период наблюдалось около 40 стадий оледенения. Наиболее значительными были: Плестоценовое оледенение I - 930 тыс. лет назад; Плестоценовое оледенение II - 840 тыс. лет назад; Дунайское оледенение I - 760 тыс. лет назад; Дунайское оледенение II - 720 тыс. лет назад; Дунайское оледенение III - 680 тыс. лет назад.
В эпоху Голоцен на Земле было четыре оледенения, получивших названия по долинам
швейцарских речек, где они были впервые изучены. Самое древнее - оледенение Гюнц (в Сев. Америке - Небраскское) 600 - 530 тыс. лет назад. Максимума Гюнц I достиг 590 тыс. лет назад, пик Гюнц II был 550 тыс. лет назад. Оледенение Миндель (Канзасское) 490 - 410 тыс. лет назад. Максимума Миндель I достиг 480 тыс. лет назад, пик Миндель II был 430 тыс. лет назад. Затем наступило Великое межледниковье, длившееся 170 тысяч лет. В этот период, казалось, вернулся мезозойский тёплый климат, а ледниковый период закончился навсегда. Но он вернулся.
Началось оледенение Рисс (Иллинойское, Заальское, Днепровское) 240 - 180 тыс. лет назад, наиболее мощное из всех четырёх. Максимума Рисс I достиг 230 тыс. лет назад, пик Рисс II был 190 тыс. лет назад. Толщина ледника в Гудзоновом заливе достигала 3,5 километра, край ледника в горах Сев. Америки доходил почти до Мексики, на равнине заполнил котловины Великих озёр и дошёл до р. Огайо, прошёл на юг по Аппалачам и вышел к океану в районе южной части о. Лонг-Айленд. В Европе ледник заполнил всю Ирландию, Бристольский залив, Ла-Манш по 49 град. с. ш., Северное море по 52 град. с. ш., проходил по Голландии, югу Германии, занял всю Польшу до Карпат, Северную Украину, спускался языками по Днепру до порогов, по Дону, по Волге до Ахтубы, по Уральским горам и далее шёл по Сибири к Чукотке.
Затем наступило новое межледниковье, продолжавшееся более 60 тысяч лет. Его максимум пришёлся на 125 тыс. лет назад. В Центральной Европе в это время были субтропики, росли влажные листопадные леса. Впоследствии они сменились хвойными лесами и сухими прериями.
115 тыс. лет назад наступило последнее историческое оледенение Вюрм (Висконсинское, Московское). Оно окончилось примерно 10 тыс. лет назад. Ранний Вюрм достиг максимума ок. 110 тыс. лет назад и окончился ок. 100 тыс. лет назад. Крупнейшие ледники покрыли Гренландию, Шпицберген, Канадский Арктический архипелаг. 100 - 70 тыс. лет назад на Земле царило межледниковье. Средний Вюрм - ок. 70 - 60 тыс. лет назад, был гораздо слабее Раннего и тем более Позднего. Последняя ледниковая эпоха - Поздний Вюрм была 30 - 10 тыс. лет назад. Максимум оледенения пришёлся на период 25 - 18 тыс. лет назад.
Стадия наибольшего оледенения в Европе называется Эгга I - 21-17 тыс. лет назад. За счёт накопления воды в ледниках уровень Мирового океана понизился на 120 - 100 метров ниже современного. 5% всей воды на Земле было в ледниках. Около 18 тыс. лет назад ледник в Сев. Америке дошёл до 40 град. с. ш. и о-ва Лонг-Айленд. В Европе ледник дошёл до линии: о. Исландия - о. Ирландия - Бристольский залив - Норфолк - Шлезвиг - Померания - Сев.Белоруссия - окрестности Москвы - Коми - Средний Урал по 60 град. с. ш. - Таймыр - плато Путорана - хребет Черского - Чукотка. Из-за понижения уровня моря суша в Азии находилась севернее Новосибирских о-вов и в северной части моря Беринга - "Берингия". Обе Америки соединил Панамский перешеек, перекрывший сообщение Атлантического океана с Тихим, в результата чего образовалось мощное течение Гольфстрим. В средней части Атлантического океана от Америки до Африки было множество островов и самый крупный среди них - о-в Атлантида. Северная оконечность этого острова была на широте г. Кадис (37 град.с.ш.). Архипелаги Азоры, Канары, Мадейра, Зелёного Мыса - затопленные вершины окраинных хребтов. Льды и полярные фронты с севера и юга максимально близко подошли к экватору. Вода в Средиземном море была на 4 град. С холоднее современной. Течение Гольфстрим, обогнув Атлантиду, оканчивалось у берегов Португалии. Температурный градиент был больше, ветры и течения сильнее. Кроме того, существовали обширные горные оледенения в Альпах, в Тропической Африке, горах Азии, в Аргентине и Тропической Юж.Америке, на Новой Гвинее, Гавайях, на Тасмании, в Новой Зеландии и даже в Пиренеях и горах сев.-зап. Испании. Климат в Европе был полярный и умеренный, растительность - тундра, лесотундра, холодные степи, тайга.
Стадия Эгга II была 16 - 14 тыс. лет назад. Началось медленное отступание ледника. При этом у его края образовывалась система ледниково-подпрудных озёр. Ледники толщиной до 2 - 3 километров своей массой придавили и опустили материки в магму и этим приподняли океаническое дно, образовались срединно-океанические хребты.
Около 15 - 12 тыс. лет назад возникла цивилизация "атлантов" на острове, обогреваемом течением Гольфстрим. "Атланты" создали государство, армию, имели владения в Сев.Африке до Египта.
Стадия Раннедриасовая (Лужская) 13,3 - 12,4 тыс. лет назад. Продолжалось медленное отступание ледников. Около 13 тыс. лет назад растаял ледник в Ирландии.
Стадия Тромсё-Люнген (Ра; Бёллинг) 12,3 - 10,2 тыс. лет назад. Около 11 тыс. лет назад
растаял ледник на Шетландских о-вах (последний в Великобритании), в Новой Шотландии и на о. Ньюфаундленд (Канада). 11 - 9 тыс. лет назад началось резкое поднятие уровня Мирового океана. При освобождении от нагрузки ледника началось поднятие суши и опускание дна океанов, тектонические изменения земной коры, землетрясения, извержения вулканов, наводнения. От этих катаклизмов погибла и Атлантида около 9570 г. до н.э. Погибли основные центры цивилизации, города, большинство населения. Оставшиеся "атланты" частью деградировали и одичали, частью вымерли. Возможными потомками "атлантов" было племя "гуанчи" на Канарских о-вах. Сведенья об Атлантиде сохранили египетские жрецы и рассказали о ней греческому аристократу и законодателю Солону ок. 570 г. до н.э. Повествование Солона переписал и донёс до потомков философ Платон ок. 350 г. до н.э.
Стадия Пребореальная 10,1 - 8,5 тыс. лет назад. Началось глобальное потепление климата. В Азово-Черноморском регионе произошла регрессия моря (уменьшение площади) и опреснение воды. 9,3 - 8,8 тыс. лет назад растаял ледник в Белом море и Карелии. Около 9 - 8 тыс. лет назад от льда освободились фьорды Баффиновой Земли, Гренландии, Норвегии, на 2 - 7 километров от берега отступил ледник на острове Исландия. 8,5 - 7,5 тыс. лет назад растаял ледник на Кольском и Скандинавском полуостровах. Но потепление шло неровно, в Позднем Голоцене было 5 похолоданий. Первое - 10,5 тыс. лет назад, второе - 8 тыс. лет назад.
7 - 6 тыс. лет назад ледники в полярных областях и горах приняли, в основном, современные очертания. 7 тыс. лет назад на Земле был климатический оптимум (наиболее высокая средняя температура). Современная средняя глобальная температура ниже на 2 град.С, и если она опустится ещё на 6 град.С наступит новый ледниковый период.
Около 6,5 тыс. лет назад локализовался ледник на п-ове Лабрадор в горах Торнгат. Примерно 6 тыс. лет назад окончательно затонула Берингия и исчез сухопутный "мост" между Чукоткой и Аляской. Третье похолодание в Голоцене случилось 5,3 тыс. лет назад.
Около 5 000 лет назад образовались цивилизации в долинах рек Нил, Тигр и Евфрат, Инд и начался современный исторический период на планете Земля. 4000 - 3500 лет назад уровень Мирового океана стал равен современному уровню. Четвертое похолодание в Голоцене было около 2800 лет назад. Пятое - "малый ледниковый период" в 1450 - 1850 гг. с минимумом ок. 1700 г. Глобальная средняя температура была ниже современной на 1 град.С. Стояли суровые зимы, холодное лето в Европе, Сев. Америке. Замерзал залив в Нью-Йорке. Сильно увеличились горные ледники в Альпах, на Кавказе, на Аляске, в Новой Зеландии, Лапландии и даже на Эфиопском нагорье.
В настоящее время на Земле продолжается межледниковый период, но планета продолжает свой космический путь и глобальные изменения и превращения климата неизбежны.