Текст книги "Ледяные лишаи"

Автор книги: Евгений Гернет

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 10 страниц)

Проект уничтожения Гренландского ледяного покрова(см. гл. VI, с. 88–92). Исходные положения проекта Гернета представляются обоснованными. Ежегодная уборка выпавшего за зиму на поверхность Гренландии снега обеспечит постепенное, все убыстряющееся с годами таяние льда Гренландского щита, и через две – три тысячи лет он перестанет существовать. Постепенно будет становиться теплее климат Северной полярной области. Северный Ледовитый океан освободится от многолетнего льда и станет одной из акваторий с наиболее оживленным судоходством.

Как выполнить этот проект, не ясно, и об этом мы не будем говорить. Более важно, однако, оценить побочные и отдаленные последствия его осуществления, которые необходимо предвидеть. О вероятных сроках предстоящего распространения ледников на равнины Северной Америки и Северо-Восточной Европы можно судить по продолжительности ледниково-межледниковых циклов в прошлом. Следующая ледниковая эпоха, «грядущий ужас», по выражению Гернета, может начаться лишь через несколько тысячелетий. С осуществлением любых проектов, имеющих целью предотвращение наступания ледников, можно, по-видимому, не спешить.

Основные же возражения против проекта уничтожения Гренландского ледяного покрова сводятся к следующим. Во-первых, подъем уровня Мирового океана потребует огромных затрат на ограждение дамбами обширных и густонаселенных территорий (или на переселение людей и перенос строений на более высокие места, которым не грозит затопление). Во-вторых, вместе с потеплением климата Северной полярной области произойдут климатические изменения и в умеренных широтах. И в высоких и в умеренных широтах изменения климата могут стать не только благоприятными для жизни и деятельности человека, но и неблагоприятными. С потеплением Арктики будет деградировать вечная мерзлота, распространенная на огромных территориях Сибири, Дальнего Востока, Аляски и Канады. С ее деградацией будут связаны термокарст, просадки грунтов, образование мелких озер, заболачивание. Чтобы превратить эти пространства в хлебопроизводящие районы, нужны будут грандиозные мелиоративные и культурно-технические работы. В умеренных широтах возможно расширение к северу засушливой зоны, степная зона Евразии станет полупустыней. Насколько потепление Арктики компенсирует засушливость в умеренных широтах, еще нужно оценить.

Значение теории Гернета состоит не в обосновании его проекта, а в выяснении причин колебаний климата и оледенения.

Современное состояние ледниковой теории

Максимум последнего оледенения по современным данным. Наши знания о гляциоклиматических событиях истории Земли за последние десятилетия несомненно обогатились и продолжают обогащаться. Обобщение и сопоставление имеющихся данных позволяет установить границы ледников и морских льдов. Наиболее надежно это может быть сделано по следам последнего оледенения с максимумом около 18 тыс. лет назад [30]30
  Флинт Р. Ф.Ледники и палеогеография плейстоцена. М.: Изд-во иностр. лит., 1963.


[Закрыть].

Участники международной программы CLIMAP (Climatic Longterm Investigations, Mapping and Prediction – климатические долгопериодные исследования, картирование и предвидение) составили по новейшим данным ряд карт, показывающих климатические условия и общую природную обстановку на поверхности Земли, какой она была 18 тыс. лет назад [31]31
  CLIMAP project members. The surface of Ice Age Earth. – Science, 1976, vol. 191, N 4232, p. 1131–1137.


[Закрыть]. Интересна реконструкция максимальных размеров последнего оледенения, отличающаяся от ранее выполненных представлением о «панарктическом» ледяном щите, занимавшем всю Северную полярную область, включая и Северный Ледовитый океан, что напоминает «Великий Гренландский ледяной лишай» Гернета. Мелкие шельфовые моря вместе с архипелагами островов были заняты материково-морскими покровными ледниками, подобными современной Западной Антарктиде, а над глубокими акваториями лежали шельфовые ледники, такие, как шельфовый ледник Росса в Антарктике и др. [32]32
  Hughes Т., Denton G. H., Grosswald M. G.Was there a late Wurm Arctic Ice Sheet? – Nature, 1977, v. 266, N 5603, p. 596–602; см. также: Материалы гляциологических исследований МГГ: Хроника, обсуждения. М., 1978, вып. 32, с. 170–184.


[Закрыть]Эта реконструкция кажется наиболее отвечающей всей совокупности современных представлений, хотя она и не общепризнана. Имеются, например, сторонники открытого полярного океана во время максимума последнего оледенения, замерзшего лишь в ходе его деградации с появлением благодаря таянию льдов поверхностного распресненного слоя, исчезавшего во время максимума оледенения [33]33
  Olausson Е., Jonasson U. С.The Arctic Ocean during the Wurm and early Flandrian. – Geologiska Foreningens i Stockholm Fornandlingar, 1969, v. 91, p. 185–200; Olausson E. Oceanographic aspects of Pleistocene of Scandinavia. – Geologiska Foreningens i Stockholm Fornandlingar, 1971, v. 93, p. 459–475.


[Закрыть].

Оледенение северного полушария во время последнего максимума 18 тыс. лет тому назад (по Р. Флинту)

1– распространение ледников; 2– современные ледники; 3– южная граница распространения морских льдов; 4– основные пути переноса воздушных масс; 5– теплые морские течения; 6– холодные течения. По последним реконструкциям теплое Северо-Атлантическое течение (Гольфстрим) поворачивало на юг даже значительно южнее, чем показывает Флинт, уже около 50° с. ш. В современных же условиях оно уходит в Северный Ледовитый океан вдоль берегов Сибири

Внешние причины колебаний оледенения и климата. Система «Земная поверхность – Атмосфера», помимо внутренних взаимодействий, подвержена и внешним влияниям. Основной внешней силой, определяющей динамику системы, является солнечная энергия. Ее суммарная величина определяется солнечной постоянной, равной 1,9 кал/см ²/мин (на поверхность, перпендикулярную солнечным лучам на верхней границе атмосферы). Часть этой энергии отражается в мировое пространство, часть поглощается атмосферой и лишь часть идет на нагревание поверхности Земли. На каждый участок земной поверхности в разное время года и суток падает разное количество солнечной энергии в зависимости от высоты солнца над горизонтом и состояния атмосферы. Падающая на земную поверхность солнечная энергия имеет суточный и годовой ход, определяющийся вращением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Суточные и сезонные колебания повторяются неизменно, и при постоянстве природных условий на Земле причин для изменения климата, связанных с деятельностью Солнца, нет. Об астрономических причинах колебаний климата будет сказано ниже.

Но история Земли свидетельствует о больших изменениях климата, происходивших в течение геологического времени. Наибольшее влияние оказывали изменения общего устройства поверхности Земли, ее глобальный рельеф – распределение моря и суши, поднятия и опускания гор и материков. Современный климат сложился в соответствии с современным рельефом, и климатические изменения первого порядка определялись изменениями глобального рельефа. Последняя грандиозная перестройка лика Земли под влиянием ее внутренних сил происходила в третичном периоде (70—1 млн. лет назад), когда образовались современные материки и горные системы. К началу четвертичного периода (около 1 млн. лет назад) земная поверхность приняла современный вид. Общее повышение суши и поднятие высоких горных цепей вызвали общее понижение температуры и создали условия для зарождения и распространения ледников. Таким образом, основной внешней (по отношению к системе «Земная поверхность – Атмосфера») причиной похолодания и появления ледников было поднятие суши (гор и материков) внутренними силами Земли.

Но многократные колебания климата и оледенения, чередование ледниковых и межледниковых эпох за последний миллион лет, когда существенных изменений рельефа Земли не происходило, нужно объяснять другими причинами. Ими могли бы быть колебания состава атмосферы и ее прозрачности из-за вулканических извержений, колебания солнечной радиации. Обе эти причины выдвигались для объяснения ледниково-межледниковых климатических колебаний. Усиление вулканизма могло повышать содержание в атмосфере углекислого газа (CO ₂) и понижать прозрачность атмосферы из-за увеличения запыленности. Первое увеличивает парниковый эффект и должно вести к потеплению, второе ослабляет солнечную радиацию и должно приводить к похолоданию. Эти влияния противоположны. Нет веских доказательств и о значительности возможных изменений климата из-за вулканических извержений. Главное же – нет никаких данных, свидетельствующих о циклических изменениях вулканической деятельности, соответствующих циклическим колебаниям климата.

Сплошной «панарктический» покровный ледник во время максимума последнего оледенения 18 тыс. лет назад (по М. Г. Гросвальду, Т. Хьюзу и Г. Дентону)

От вершин отдельных, слившихся между собой ледяных куполов (Лаврентьевского – Л, Кордильерского – К, Канадского Арктического или Иннуитского – Ин, Гренландского – Гр, Исландского – И, Британского – Б, Скандинавского – Ск, Баренцева – Ба, со Свальбаруским куполом – Св, Карского – Ка, Путоранского – П, Купола Толля над архипелагом Де-Лонга – Т) лед растекается во все стороны и занимает соседние акватории. Мелкие моря заполняются льдом, а на глубоких, включая Центральный Арктический бассейн, образуются плавучие шельфовые ледники. В гренландско-европейской части и с восточного берега Северной Америки лед стекает в Атлантический океан, а в противоположной аляскинско-сибирской – наползает на материковую отмель, с понижением уровня моря, осушавшуюся. У южного края ледник стаивал, образуя подпрудные приледниковые озера (особенно большие в Западной Сибири). 1– границы материковой отмели; 2– линии тока льда на суше; 3– линии тока шельфовых ледников

Высказывались предположения и о циклических колебаниях солнечной радиации. Основанная на этом гипотеза Дж. Симпсона получила широкую известность. Но нет достаточных доказательств циклических колебаний радиации Солнца. Влияние же на климат циклических колебаний солнечной активности дискуссионно [34]34
  См.: Хромов С. П.Солнечные циклы и климат. – Метеорол. и гидрол., 1973, № 9, с. 99—110.


[Закрыть].

Однако существуют колебания интенсивности облучения Земли Солнцем, или колебания инсоляции, вызываемые астрономическими причинами. Они заслуживают особого внимания. Их физическая природа очевидна, а продолжительность циклов колебаний близка по порядку величин к продолжительности циклов ледниково-межледниковых колебаний климата и оледенения. В 20-х годах XX в. Н. Миланкович рассчитал величины этих колебаний и предположил, что они и являются основной причиной чередования ледниковых и межледниковых эпох [35]35
  См.: Миланкович М.Математическая климатология и астрономическая теория колебания климата. М.; Д.: ГОНТИ, 1939. 207 с.


[Закрыть]. Колебания инсоляции связаны с периодическими изменениями параметров земной орбиты – ее эксцентриситетом, наклоном оси вращения Земли к плоскости орбиты и смещениями по орбите точки равноденствия, так называемым предварением равноденствия или прецессией. Накладываясь друг на друга, эти изменения параметров орбиты определяют наклон падающих на Землю солнечных лучей, а следовательно, и интенсивность нагревания ими земной поверхности. Колебания инсоляции могут быть рассчитаны для прошлого и будущего. Расчеты Миланковича неоднократно проверялись и уточнялись [36]36
  См.: Шараф Ш. Г., Будникова Н. А.Вековые изменения элементов орбиты Земли и астрономическая теория колебаний климата. – Труды Ин-та теоретической астрономии АН СССР, 1969, вып. 14, с. 48–57.


[Закрыть]. Сопоставление колебаний климата и оледенения и колебаний летней инсоляции на 65° с. ш. свидетельствует об их соответствии [37]37
  См.: Эмилиани Ч.Геохимический и палеонтологический анализ непрерывных стратиграфических разрезов и история плейстоцена. – В кн.: Второй междунар. океанограф, конгр.: Тезисы докладов. М.: Наука, 1966; см. также: Dansgaard W., Tauber Н.Glacier oxygen-18 content and Pleistocene ocean temperature. – Science, 1969, vol. 166, N 3904, p. 499–502.


[Закрыть].

Сам Миланкович сделал расчет колебаний приземной температуры, вызванных колебаниями инсоляции, и получил довольно большую амплитуду, порядка 5°. Но в своих вычислениях он не принял в расчет выравнивание температуры из-за циркуляции атмосферы, которое очень сильно уменьшает амплитуду возможных колебаний. Оценку влияния атмосферной циркуляции сделал Дж. Симпсон. Современные расчеты, выполненные более совершенными методами, подтвердили заключение Симпсона о незначительности колебаний температуры из-за колебаний инсоляции. Но реальность этих колебаний не вызывает сомнений. Возможность их точного расчета и близость продолжительности циклов колебаний инсоляции и ледниково-межледниковых колебаний не позволяют не принимать их в расчет, несмотря на доказанную незначительность вызываемых ими колебаний приземной температуры. Может быть, отклонение температуры к похолоданию (или потеплению) является импульсом, изменяющим направление взаимодействий в системе «Земная поверхность – Атмосфера». Несколько более холодная погода летом при смягчении зим и увеличении осадков приводит к большему распространению площади морских льдов и лучшему питанию ледников. Снег и лед, увеличивая альбедо, вызывают дополнительное охлаждение, большее, чем только из-за ослабления инсоляции. К такому объяснению пришли многие ученые [38]38
  См.: Broecker W. S.Absolute dating and the astronomical theory of glaciation. – Science, 1966, vol. 151, N 3708, p. 299–304; Будыко М. И., Васищева М. А. Влияние астрономических факторов на четвертичное оледенение. – Метеорол. и гидрол., 1971, № 6, с. 37–47.


[Закрыть]. Это подтверждается и тем, что колебания инсоляции, вызванные астрономическими причинами, наблюдались в течение всей истории Земли, но в безледные теплые периоды никаких существенных колебаний климата не вызывали. Колебания климата начались в плейстоцене, когда разрастались и сокращались обширные покровные ледники.

Палеоледниковая кривая Эмилиани – Дансгора (1) и кривая инсоляции на 65° с. ш. Миланковича (2)

Четные цифры – холодные ледниковые эпохи, нечетные – теплые межледниковые. Для кривой Эмилиани – Дансгора за единицу принята масса льда, растаявшего со времени максимума последнего оледенения, что соответствует 100—130-метровому слою воды Мирового океана (36–47 млн. км ³воды). Кривая 3 показывает колебания средней температуры летнего полугодия на 65° с. ш., зависящие от колебаний инсоляции по расчетам Д. Шоу и В. Донна (1968)

Из последних научных работ, относящихся к этому вопросу, заслуживают внимания результаты исследований участников программы CLIMAP, просмотревших большое число проб (колонок) глубоководных донных отложений, взятых в разных частях Мирового океана [39]39
  Hays J. D., Imbrie J., Shackleton N. J.Variations in the Earth’s orbit: pacemaker of the Ice Ages. – Science, 1976, vol. 194, p. 1121–1132.


[Закрыть]. Прослеженные в слоях осадков колебания климата указывают на продолжительность циклов приблизительно в 23, 42 и около 100 тыс. лет, т. е. такую, какую имеют периоды колебаний элементов земной коры орбиты, откуда авторы делают вывод о несомненной зависимости колебаний климата от колебаний инсоляции по астрономическим причинам.

Растекание и сокращение плейстоценовых покровных ледников. Как показывают современные исследования (полевые, лабораторные и теоретические), огромное значение в ходе ледниковых событий и связанных с ними изменений климата имеет растекание льда благодаря его пластичности. Возникающие в горах ледники заполняют понижения рельефа и стекают вниз по уклону. После заполнения межгорной котловины лед вытекает в долину, образует долинный ледник, как бы ледяную реку. Сужение долины, создавая подпор движению льда, способствует повышению поверхности льда выше сужения. Такое подпруживание ледников играет большую роль в развитии оледенения в условиях его разрастания – в ходе наступания ледников. Лед сглаживает неровности рельефа, заполняя понижения и перетекая через седловины, не покрытыми льдом остаются только вершины гор с крутыми склонами. При дальнейшем развитии лед покрывает страну сплошь, оставляя лишь отдельные высокие горные вершины у края, где покров льда утоньшается.

Поверхность такого покровного ледника очень полого поднимается от краев к середине, напоминая ковригу хлеба. Ее форма в слабой степени отражает неровности подледного ложа. Она определяется в основном растеканием льда от середины к краям. В средней части поверхность льда поднимается наиболее высоко независимо от высоты подледного ложа. Во внутренних районах Антарктиды, например, находятся подледные горы Гамбурцева. Толщина льда над ними около 1,5 км при средней толщине льда Антарктиды 2,5 км. В центре Гренландии подледное ложе опускается ниже уровня моря, а толщина льда здесь наибольшая, более 3,5 км при средней толщине льда Гренландского покрова 1,5 км. В разрезе поверхность льда покровных ледников имеет форму эллипса – ее уклон очень мал и становится круче только у краев.

Эллиптическую форму поверхности, определяющуюся растеканием льда, приобретают все покровные ледники независимо от их размеров – от малых ледяных шапок на островах полярных областей до ледяных щитов материковых размеров, таких, как Гренландия и Антарктида. Горизонтальные размеры и площадь покровных ледников находятся в определенной зависимости от их толщины. Площадь S = kH ⁴,где k– постоянный коэффициент; H– толщина льда.

Эта зависимость может быть выведена математически из эллиптической формы поверхности и в то же время получается по фактическим данным. Если нанести на график по оси ординат толщину, а по оси абсцисс площадь современных покровных ледников, то окажется, что отклонения отдельных точек от общей зависимости большей частью невелики. Плейстоценовые покровные ледники, такие, как Скандинавский, Лаврентьевский и др., очевидно, также подчинялись этой зависимости: законы пластического течения льда, зависящие от его физических свойств, не могли быть иными. Тот факт, что площадь покровного ледника пропорциональна четвертой степени его толщины, показывает, что при увеличении толщины лед растекается очень широко. При увеличении толщины вдвое площадь увеличивается в 16 раз (линейные размеры, следовательно, в 4 раза, объем в 32 раза).

Все современные покровные ледники разделяются по их размерам на две неравные группы – группу сравнительно небольших ледяных шапок, с площадью не больше одного – двух десятков тысяч квадратных километров каждая, и группу ледяных щитов материковых размеров с площадью, измеряемой миллионами квадратных километров. Покровных ледников с площадью между 30 тыс. и 2 млн. км ²в наше межледниковое время не существует. Это свидетельствует о неустойчивости, краткости жизни плейстоценовых покровных ледников – Скандинавского, Лаврентьевского, достигавших размеров, близких к размерам современных Гренландского и Антарктического ледяных щитов. По сравнению с последними, время существования которых измеряется миллионами лет, плейстоценовые покровные ледники жили недолго – один – два десятка тысяч лет. Различие это впервые объяснил Гернет. Современные щиты – щиты «локализованные стационарные», их края обрываются в море, которое и ограничивает их разрастание. Достигая глубокого моря, лед обламывается айсбергами. Гренландский и Антарктический щиты – ледяные щиты материково-островного типа. Скандинавский и Лаврентьевский щиты были ледяными щитами собственно-материкового типа. Их передний край лежал на суше и их наступание ограничивалось стаиванием у края. Когда оно, все увеличиваясь по мере продвижения в низкие широты, сравнивалось со снегонакоплением, дальнейшее наступание прекращалось, а затем по мере уменьшения питания сменялось отступанием.

План и поперечные профили Гренландского ледяного покрова (по Б. Фриструпу, 1966)

Зависимость площади (S) покровных ледников от их толщины (H)

Слева приведена кривая в обычном ( I– для ледяных щитов, II– для малых ледяных шапок), справа – в логарифмическом масштабе (на шкале нанесены логарифмы величин). 1– Антарктический; 2– Гренландский; 3– Новоземельский покровные ледники; 4—17– меньшие ледяные шапки

Существовали щиты и третьего типа – материковоморского. Изучение их истории только начинается. Они образовывались на арктических островах и окружающей их материковой отмели (или материковом шельфе), а затем причлепялись к собственно материковым Скандинавскому и Лаврентьевскому ледяным щитам. Наиболее изучена история Баренцева щита, покрывавшего Баренцево море вместе с архипелагами о-вов Шпицбергена, Земли Франца-Иосифа, Новой Земли [40]40
  См.: Шютт В., Хоппе Г., Блейк В., Гросвальд М. Г.О распространении позднеплейстоценового оледенения в европейской Арктике. – Изв. АН СССР. Сер географ., 1968, № 5; Гросвальд М. Г.Последний Евразиатский ледниковый покров. – В кн.: Материалы гляциологических исследований МГГ: Хроника, обсуждения. М., 1977, вып. 30, с. 45–60.


[Закрыть]. Другой подобный щит – Карский – занимал Северную Землю и Карское море, надвигаясь с севера на п-ов Таймыр. Третий, так называемый Иннуитский, покрывал Канадский Арктический архипелаг и соединялся с Лаврентьевским ледяным щитом.

Современным представителем ледяных щитов этого типа является ледяной покров Западной Антарктиды, причленившийся и слившийся с ледяным покровом Восточной Антарктиды в единый ледяной щит. Подледная Западная Антарктида представляет собой архипелаг островов с довольно глубокими морями между ними, более глубокими, чем Баренцево или Карское море, и тем не менее ныне до дна заполненными льдом. Основание льда Западной Антарктиды опускается местами до глубины 2500 м ниже уровня моря, т. е. в ходе своего образования лед вытеснил воду и заполнил глубокие проливы между островами. Многие ученые считают, что в отличие от большей части Антарктического ледника – ледяного щита Восточной Антарктиды, неизменно существующего многие миллионы лет, Западная Антарктида неоднократно разрушалась. Возможность ее деградации не исключена и в недалеком будущем, что повлечет за собой катастрофически быстрое повышение уровня Мирового океана на 5–7 м. Образование материково-морских ледяных щитов следовало за образованием собственно-материковых. Оно облегчалось понижением уровня моря, неизбежным в ходе разрастания оледенения, и растеканием ледяных шапок на островах на освобождающуюся вокруг них от воды часть материковой отмели. Отдельные ледяные шапки на островах разрастались и сливались вместе и за счет многолетнего припая, образовывавшегося на мелководных участках.

Возможность разрастания и сокращения покровных ледников в течение сравнительно короткого времени подтверждают расчеты. После максимального распространения Скандинавского ледника на равнины Восточной Европы, что было 18 тыс. лет назад, к 10 тыс. лет назад его край отступил в Южную Финляндию и Швецию, а к 7 тыс. лет назад сократился до размеров небольших разобщенных ледников в горах Скандинавии. За сравнительно короткое время (приблизительно в 20 тыс. лет) край ледника продвинулся на юг на 1200 км, а затем за 10 тыс. лет отступил на то же расстояние в обратном направлении. Расчеты показывают, что при вероятных (по современным наблюдениям на ледниках) величинах снегонакопления и стаивания такое наступание и последующее отступание за указанное время были вполне возможны. Были рассмотрены две возможности разрастания оледенения: растекание из орографического центра и постепенное накопление фирна и льда на равнине. Первый способ более вероятен по ряду соображений, однако и второй нельзя отвергать, тем более что он на первый взгляд легче объясняет быстрое оледенение огромных пространств. Но расчеты баланса льда по вероятным величинам зимнего накопления снега и летнего стаивания показывают невозможность непосредственного оледенения равнин. Наоборот, расчет растекания льда со Скандинавских гор, где зародились ледники, свидетельствует о реальности распространения и сокращения оледенения за сравнительно короткое время при вполне возможных величинах снегонакопления и таяния [41]41
  Сущность расчета была изложена В. Г. Ходаковым в статье, опубликованной в 1968 г. (Материалы гляциологических исследований МГГ: Хроника, обсуждения. М.; 1968, вып. 14, с. 180–189). Позже расчеты были уточнены. См.: Ходаков В. Г.Водноледовый баланс районов современного и древнего оледенения СССР. М.: Наука, 1978, с. 145–169.


[Закрыть].

Западная Антарктида – современный покровный ледник материково-морского типа (схема Дж. Мерсера, 1970)

1– лед на суше; 2– лед на плаву; 3– лед на морском дне

По достижении покровным ледником некоторой (сравнительно небольшой) величины – нижнего критического размера – благодаря каким-то изменениям климата, дальнейший рост ледника идет спонтанно (или самосильно, как писал Гернет); ледник растекается независимо от климата до достижения верхнего критического размера. В то же время он охлаждает климат и расширяет этим пределы своего саморазвития [42]42
  См.: Тронов М. В.Теоретические итоги ледниковых исследований на Алтае. – В кн.: Вопросы географии Сибири. Томск: ТГУ, 1951, сб. 2, с. 3—68; Тронов М. В.Ледники и климат. Л.: Гидрометеоиздат, 1966, с. 385–392.


[Закрыть]. Этот вывод подтверждается математическим анализом, вытекающим из механики движения льда [43]43
  См.: Weertman J.Stability of Ice Age ice sheets. – Journal of Geophysical Research, 1961, vol. 66, N 11, p. 3783–3792.


[Закрыть]. Растекание льда покровных ледников и изменение ими климата положил в основу своей теории автоколебаний климата и оледенения югославский географ Т. Шегота [44]44
  Segota T. Geografske osnove glacijacija. – Radovi Geografskog Instituta. Zagreb, 1963, Sv. 4; Чижов О. П.О теории развития оледенений югославского географа Т. Шеготы (Краткое изложение и критика). – В кн.: Материалы гляциологических исследований МГГ: Хроника, обсуждения. М., 1966, вып. 12, с. 309–315.


[Закрыть].

И. Вертман рассчитал растекание льда покровных ледников северного полушария, вызванное колебаниями инсоляции по астрономическим причинам [45]45
  Weertman J.Milankovitch solar radiation variations and Ice Age ice sheets sizes. – Nature, 1976, vol. 261, N 5555, p. 17–20.


[Закрыть]. При этом он не рассматривал колебания температуры у земной поверхности из-за колебаний инсоляции, а просто использовал тот факт, что с широтой инсоляция уменьшается. Ослабление– инсоляции равносильно увеличению широты или понижению климатической снеговой линии (точнее говоря, нижнего уровня хионосферы). Изменения инсоляции можно свести к изменению высоты снеговой линии. Его расчеты показывают, что повышение и понижение снеговой линии параллельно самой себе возможны в пределах от 500 м ниже уровня моря до 1300 м выше его (ее современная высота на 70–80° с. ш. – 200–300 м над уровнем моря). Уклон снеговой линии Вертман принимает равным 0,001, т. е. 100 м на 1° широты.

Пользуясь моделью растекания льда в покровном леднике как твердого тела совершенной пластичности, Вертман рассчитывает пределы растекания и сокращения ледника в соответствии с колебаниями инсоляции. Его расчетный ледник растекается на юг и на север. На северном крае он стекает в море, обламываясь айсбергами, а на южном стаивает. Стаивание на южном крае равно расходу на айсберги на северном.

Расчеты Вертмана по принятой им модели покровного ледника хотя и не настолько точны, чтобы прогнозировать будущее наступание ледников по предвычисленному ходу инсоляции, все же очень интересны. Они показывают, что колебания климата и оледенения, возникшие в определенных географических условиях, сложившихся к началу четвертичного периода, связаны с колебаниями инсоляции, но последние действуют не непосредственно, не сами по себе, а лишь через оледенение. Не будь ледников, климатическое влияние изменений инсоляции было бы малозаметным.

Системный анализ колебаний оледенения и климата. Ледниковая теория (или теория колебаний оледенения и климата) развивается также и в связи с успехами прикладной математики и вычислительной техники, с применением быстродействующих электронных вычислительных машин (ЭВМ). Методы теории систем управления позволили составить математическую модель динамики системы «Земная поверхность – Атмосфера», т. е. показать изменения в этой системе, вызванные взаимодействиями внутри нее.

На первых этапах исследования математическое моделирование подтвердило возможность автоколебаний в системе без какого-либо участия внешних воздействий, было так же показано, что последние лишь изменяют продолжительность циклов и амплитуду колебаний [46]46
  См.: Сергин С. Я., Сергин В. Я. Земная поверхность – Атмосфера как система автоматического регулирования. – Докл. АН СССР, 1966, т. 171, № 4; Они же.Как возникали оледенения Земли. – Природа, 1969, № 9.


[Закрыть]. В дальнейшем в ходе исследований, проводившихся в Тихоокеанском институте географии Дальневосточного научного центра АН СССР во Владивостоке, было проведено моделирование системы с учетом реально существующих внешних воздействий – колебаний инсоляции и повышения суши [47]47
  См.: Сергин В. Я., Сергин С. Я.Системный анализ проблемы больших колебаний климата и оледенения Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 279 с.


[Закрыть].

Рассматриваемая система – атмосфера с подстилающей ее земной поверхностью – включает ледники, морские льды, океан и сушу. Климатическое значение суши в этой системе относительно невелико из-за небольшой ее теплоемкости и средней величины альбедо. Наибольшим альбедо обладает снег, отражающий 80 % падающей солнечной энергии, а наименьшим – вода, альбедо которой не превышает 10 %. Поэтому снег и лед нагреваются солнечными лучами очень мало. Наибольшим аккумулятором тепла является океан. Альбедо суши – 20–30 %.

Систему «Земная поверхность – Атмосфера» будем в дальнейшем называть, следуя Сергиным, системой «Ледники – Океан – Атмосфера». Первые два ее звена обладают большой тепловой инерцией, что оказывается очень важным для динамики всей системы. Вода имеет самую большую теплоемкость – 1 кал/г на 1 °C, она медленно нагревается и также медленно остывает. Ледники – холодильники планеты; на таяние 1 г льда нужно затратить 80 кал тепла, и пока лед не растаял, температура талой воды не поднимается выше 0 °C, а масса покровных ледников огромна (вспомним, что она равна 60—80-метровому слою воды, разлитому равномерно по поверхности Мирового океана, – 360 млн. км ²). Через атмосферу же происходит основной обмен теплом.

Пользуясь методами теории систем управления, была составлена функциональная схема системы «Ледники – Океан – Атмосфера». Эта схема дает понятие о замкнутой цепи взаимосвязей, возникающих под действием постоянного источника энергии вне системы – солнечного тепла. Она затем заменяется так называемой операторной схемой, в которой для каждой связи между величинами подбирается математическая зависимость. Их совокупность представляет собой систему дифференциальных уравнений, решение которой в численном виде производится на ЭВМ; Полученный результат показывает ход изменений во времени всех входящих в систему величин.

Функциональная схема системы «Ледники – Океан – Атмосфера» (по В. Я. и С. Я. Сергиным)

Схема показывает, как влияют друг на друга учитываемые ею величины. Например, испарение зависит от температуры и интенсивности атмосферной циркуляции. Испарение, в свою очередь, определяет осадки и облачность, которые, изменяясь, влияют на температуру через изменение притока к земной поверхности солнечной энергии, и т. д.

Операторные схемы были составлены отдельно для северного и южного полушарий, а затем соединены в общую схему для всего земного шара. Раздельный их анализ показал, что в то время как для северного полушария взаимодействия в системе приводят к автоколебаниям, для южного полушария устанавливается стационарный (или апериодический) режим. Рост покровного оледенения на полярном материке автоколебаний не вызывает (Антарктический ледяной лишай – лишай локализованный стационарный, по Гернету). Автоколебания в системе для Земли в целом обеспечиваются за счет северного полушария, где разрастались покровные ледники собственно-материкового типа. В глобальную операторную схему были включены и внешние воздействия – колебания инсоляции и повышение суши. В результате был получен ход колебаний во времени объема ледников в северном и южном полушариях, средней годовой температуры для полушарий и других величин, характеризующих изменения климата.

Смоделированный ход колебаний гляциоклиматических характеристик не претендует на близкое совпадение с действительным ходом соответствующих величин. Модель системы «Ледники – Океан – Атмосфера» пока еще несовершенна. Но все же полученные с ее помощью результаты весьма интересны. Из взаимодействующих между собой в природной системе сил и достоверно установленных внешних влияний ход изменений оказался в общих чертах подобным тому, каким он представляется (по доступным науке данным) за последние несколько сотен тысяч лет.

Продолжительность циклов (от максимума или минимума предыдущего оледенения до максимума или минимума последующего) в модели имеет тот же порядок (от 40 до 80 тыс. лет, чаще 50–70 тыс. лет), какой известен по палеогеографическим данным. Так же сходны по порядку величин амплитуды колебаний. Отклонения температуры в сторону похолодания (в ледниковья) больше, чем в сторону потепления. (Мы живем в одно из межледниковий, и современная температура лишь немногим ниже, чем она была в самые теплые стадии.) В северном полушарии амплитуда температуры в два с лишним раза больше, чем в южном (до 20° против 8°), в соответствии с большими здесь колебаниями объема льдов (от 2 до 20 и более млн. км ³, т. е. более чем в 10 раз, против 20–30 млн. км ³, т. е. менее чем в 2 раза, в южном полушарии). Колебания температуры в обоих полушариях синхронны и определяются главным образом событиями в северном полушарии. Синхронно с колебаниями объема льдов изменяется и разность значений температуры между экватором и полюсом: она увеличивается в ледниковья и уменьшается в межледниковья. Колебания уровня Мирового океана также соответствуют колебаниям оледенения в северном полушарии. Уровень моря показывает тенденцию к неуклонному понижению в связи с продолжающимся и в плейстоцене повышением суши.