Текст книги "История Земли"

Автор книги: Ричард Фостер Флинт

сообщить о нарушении

Текущая страница: 21 (всего у книги 26 страниц)

Мало того, что этот процесс продолжался всего 9000 лет, но на начальных стадиях ход его несколько раз прерывался периодами, когда толщина льда увеличивалась и он снова наступал, а затем снова начиналось его сокращение. Такие периоды в Европе, Северной Америке и Новой Зеландии наступали примерно в одно время. Отсюда очевиден вывод, что существует другая причина климатических изменений, которая действует быстро и проявляется одновременно во всем мире и не зависит от горообразования и движения плит коры Земли.

Рис. 63. Схема таяния ледникол Северной Америки в конце последней ледниковой эпохи (главным образом по данным Геологической службы Канады). А. Северная Америка 20 000-15 000 лет назад

Рис. 63. Схема таяния ледникол Северной Америки в конце последней ледниковой эпохи (главным образом по данным Геологической службы Канады). Б. Около 12 000-10 000 лет назад

Рис. 63. Схема таяния ледникол Северной Америки в конце последней ледниковой эпохи (главным образом по данным Геологической службы Канады). В. Около 9000 лет назад

Рис. 63. Схема таяния ледникол Северной Америки в конце последней ледниковой эпохи (главным образом по данным Геологической службы Канады). Г. Около 7000 лет назад

Было сделано много попыток установить эту причину и предложено несколько гипотез, но ни одна из них не является общепринятой среди ученых, изучающих эту проблему. Нам придется довольствоваться одной гипотезой, которая объясняет факты, хотя сама еще не доказана. Эта теория предполагает, что количество тепловой энергии, которую Земля получает от Солнца, изменяется, медленно пульсируя, в результате чего температуры постоянно колеблются в небольших пределах. Идея достаточно проста, но мы еще не располагаем средствами доказать ее правильность или ошибочность. Приняв за неимением лучшей данную гипотезу, мы сможем утверждать, что во время преобладания низменностей и обширных морей (скажем, в меловой период) на Земле могли существовать лишь очень немногочисленцые ледники (или их совсем не было), и, следовательно, предполагаемые медленные пульсации тепловой энергии, поступающей на поверхность Земли, могли оказывать лишь слабое воздействие на климат. Но в то время (предположим, в кайнозойское), когда существовали возвышенности и многочисленные горные области, а значительная часть площади континентов находилась в довольно высоких широтах, на возвышенностях могло существовать много ледников. В таком случае пульсация, которая хотя бы немного понижала температуру, могла привести к катастрофическому увеличению площади ледников. И наоборот, небольшое увеличение температуры могло иметь противоположный, но в такой же степени катастрофический результат. Большего мы пока сказать не можем.

Воздействие ледников на поверхность Земли

Ледниковая эрозия. Составление карты древних ледников возможно главным образом потому, что движущийся лед оставляет заметные следы на поверхности, по которой он движется. Лед выскабливает, полирует и различными другими способами разрушает поверхность, а затем он отлагает продукты разрушения горных пород. В результате часто можно видеть, как на эродированной ледником поверхности, отделенные от нее резкой границей, залегают рыхлыe продукты-отложения ледника. Как скальная поверхность, так и залегающие на ней отложения несут отчетливые, в большинстве случаев легко распознаваемые следы прежнего присутствия ледника.

Обломки породы различного размера, подхваченные движущимся льдом, вмерзают в нижнюю поверхность льда и, как частицы песка на наждачной бумаге, скребут и царапают скальную поверхность, оставляя на ложе ледника множество прерывистых борозд и царапин (фото 51), которые совершенно не похожи на следы, оставленные водными потоками. Местами целые глыбы породы отделяются по трещинам от коренного ложа и уносятся ледником, увеличивая собой количество обломков, вмерзших в подошву ледника.

Фото 51. Ледниковые штрихи и царапины на поверхности песчаников. Обломки оставлены ледником, который двигался в направлении от фотокамеры

Ледниковая аккумуляция. Обломки пород, включенные в лед, разносятся им и отлагаются вдоль пути движения ледника, образуя слой отложений, который местами, ближе к краю ледника, может достигать значительной мощности. Так как лед – это твердое тело, отложение обломков льдом происходит совсем не так, как рекой. В реке отложение частиц происходит в соответствии с их размерами. Отложение же обломочного материала в основании ледника происходит в таком же порядке, как и при переносе, то есть без всякой сортировки, грубые частицы вперемешку с тонкими, валуны рядом с илистыми частицами (фото 52). Образовавшиеся отложения часто выглядят как груда грунта, которую сгреб бульдозер. Кроме того, в отличие от окатанных речных галек, которые поток переворачивает и окатывает, обломки породы в ледниковых отложениях сохраняют неправильную форму и имеют плоские грани, образующиеся при трении о скальную поверхность обломка, вмерзшего в основание ледника (фото 53).

Фото 52. Обломочные отложения времени последнего оледенения, состоящие из неокатанных обломков горных пород различного размера, несортированных и неслоистых. Эти признаки отличают их от водных отложений. Рукоятка ледоруба имеет длину 45 см. Северный склон горы Рейнир, штат Вашингтон

В некоторых местах вдоль внешнего края ледника и вблизи него отлагающиеся обломки перемещаются водой при таянии ледника. В таких местах этот материал теряет типично ледниковый характер и приобретает сортировку и слоистость в результате переработки текучими водами. При этом серии слоистых отложений беспорядочно перемежаются с толщами неслоистого материала.

Фото 53. Шесть галек, произвольно выбранных из ледниковых отложений на территории штата Нью-Йорк. У каждой гальки есть одна или несколько плоских граней, оглаженных ледником

Но независимо от того, есть ли в них слоистый материал или нет, в целом ледниковые отложения имеют тенденцию образовывать большие или малые гряды, расположенные вдоль края ледника. Такая гряда представляет собой конечную морену, характерную форму, создаваемую оледенением. В некоторых районах наблюдается несколько морен, расположенных одна за другой, каждая из которых фиксирует положение края ледника во время ее отложения.

Потоки талых вод, вытекающих из-под края ледника, отмеченного конечной мореной, отлагали в своих долинах гальку и песок, отсортированные и слоистые, как настоящие речные отложения. Некоторые из этих отложений достигают 30 метров мощности или даже больше, а в ширину распространяются на всю ширину долины. Ледниковое происхождение имеют многие пес-чано-галечные отложения вдоль долин рек Огайо или Миссисипи, прослеживающиеся по долине Миссисипи до самой дельты. И все же, несмотря на большой объем этих отложений, даже если мы прибавим к ним ледниковые отложения, распространенные в границах оледенения, далее к северу, общая мощность слоя продуктов выветривания и коренных пород, удаленных огромными ледниковыми покровами, покрывавшими когда-то Северную Америку и Европу, оказывается на удивление мала. Точно мы не знаем, но можем предполагать, что в среднем толщина этого слоя, вероятно, не более 7,5 метра.

Озерные впадины. Более явным результатом влияния ледника, и в частности великих ледниковых покровов, на рельеф было образование больших и малых впадин, многие из которых заполнились водой и стали озерами. На любой хорошей крупномасштабной карте Канады, Соединенных Штатов или Северной Европы можно видеть, что большинство озер сосредоточено в районах древнего оледенения. В одной только Северной Америке число озер исчисляется сотнями тысяч.

Впадины создаются ледником несколькими способами. Одни образуются в результате частичного удаления движущимся льдом трещиноватых коренных пород. Другие представляют собой понижения неровной поверхности ледниковых отложений. Третьи представляют собой речные долины, подпруженные ледниковыми отложениями. (Такое происхождение, по крайней мере частично, имеют Великие озера Америки.) Множество мелких впадин образовалось в результате вытаивания глыб льда размером от нескольких метров до десятков километров в поперечнике, которые были погребены под ледниковыми отложениями. Когда такая глыба вытаивает, образуется впадина, в которую проседают залегавшие ранее на льду отложения. Среди многих тысяч озер штата Миннесота многие именно такого происхождения.

Более слабые колебания климата

Климат после 1800 г. Данные измерений температур, производившихся правительственными учреждениями в большинстве стран, показывают изменения температур с начала XIX в. В самом общем виде эти изменения приведены на кривой рисунка 64. Она свидетельствует о том, что за последние сто лет средние годовые температуры увеличивались более чем на полградуса Цельсия, причем это увеличение шло неравномерно. Оно затронуло большую часть планеты, как тропические, так и высокие широты, как северное, так и южное полушарие. Затем, после 1940 г., начался период похолодания. Температуры понизились, и к 1970 г. достигли того уровня, который наблюдался около 1920 г. Таким образом, устанавливается тот факт, что климаты Земли не являются чем-то постоянным и неизменным, но подвергаются существенным изменениям. Теплые зимы и жаркие летние сезоны, отмечавшиеся в 30-х годах двадцатого века на западе США, представляются частью общего потепления климата, проявлявшегося в широких масштабах.

Не удивительно, что летопись колебаний размеров небольших ледников в горах Северной Америки и в Альпах обнаруживает сходство с температурной кривой (рис. 64). Измерения, проведенные на одних и тех же ледниках в течение ряда лет, показывают, что в промежутке между концом XIX в. и серединой XX в. многие ледники в целом сократились. Но приблизительно с 1950 г. некоторые ледники снова начали увеличиваться. Их режим отражает изменение тенденции, которое устанавливается по температурной кривой, но пока еще прошло слишком мало времени, чтобы можно было судить, изменилось ли направление развития ледников.

Рис. 64. Кривая колебаний температур (средних для периодов в пять лет)

Климат за последнюю 1000 лет. Измерения температур с помощью термометра начали производиться лишь незадолго до начала XVIII в., но общее представление о колебаниях температуры в широких масштабах в Европе, а также в Японии за последнюю тысячу лет можно получить, используя различные косвенные методы. Различные данные показывают, что приблизительно с XI по XIII в. климат был теплее, чем когда-либо с тех пор. Это был «период викингов» – время, когда лето было настолько теплым и сухим и когда северные моря были настолько свободны от плавучих льдов, что норвежцы могли повсюду плавать в небольших лодках. Они даже основали на юге Гренландии колонии с населением в 3000 человек или несколько больше, торговавшие с Европой продуктами сельского хозяйства. Однако приблизительно после 1500 г. торговля прекратилась и сообщение с Европой почти прервалось. Колонии оказались изолированными, и в XVIII в. прибывший туда корабль не обнаружил потомков поселенцев этой некогда процветавшей колонии.

Проведенные в XX в. археологические исследования ста погребений на кладбище одной из колоний помогли восстановить часть позднейшей истории колонии. Грунт в месте захоронений был мерзлым, как это наблюдается сейчас в большинстве арктических районов, хотя очевидно, что в то время, когда производилось погребение, он не был мерзлым. Останки принадлежали молодым людям, что указывает на малую продолжительность жизни, небольшого роста, что в сочетании с деформацией скелетов и необычно сильно разрушенными зубами предполагает плохое питание. Вполне вероятно, что эти люди умирали от болезней, голода и других причин, явившихся результатом длительного постепенного ухудшения климата.

После "периода викингов" и до XVII в. повсеместно в Европе ощущалось общее снижение температуры. В Норвегии и в Альпах жители горных селений были вынуждены отступить перед надвигавшимися ледниками. Снизилась постепенно и нижняя граница древесной растительности в Альпах, перестали давать урожаи и были заброшены виноградники в горах Германии. Зимы стали длиннее и холоднее. Каждый, кто внимательно рассматривал голландские пейзажи XVII в., помнит, что многие из них изображают зимние сцены, где люди катаются на коньках по замерзшим каналам. В наше время такое встретишь не часто.

Суммируя вышесказанное, можно отметить, что летопись изменений климата за последнюю тысячу лет включает как ранний "период викингов", который был теплее современного, так и позднейший холодный период, который был холоднее современного. Потепление, отмечавшееся в начале настоящего столетия, ознаменовало конец этого очень холодного периода. В целом приведенные данные подтверждают изменчивость климатов.

Последние 10 000 лет. В Швеции, Финляндии и других северных странах растительность распределена в виде ясно выраженных зон, которые в основном определяются температурой (вспомним рис. 35). Территория этих стран испещрена озерными впадинами, созданными великими ледниками прошлого, как было описано выше. Возраст почти всех впадин моложе 15 000 лет, а многих моложе 10 000 лет (рис. 63). Некоторые озера целиком заполнились отложениями, преимущественно остатками растений в виде торфа, и превратились в болота. Другие, хотя все еще остаются озерами, постепенно заполняются торфом. Отложения включают не только стебли и листья растений, но также большое количество пыльцы от растений, растущих вокруг озера.

Ученые предполагали, что, пробурив скважину в торфяных отложениях, заполняющих болото или озеро, и определив растения, встречающиеся в каждом слое, они смогут в деталях восстановить смену растительности, окружавшей озеро (рис. 65). Изменение состава растительности при переходе от одного слоя к другому должно было бы отражать изменение климата, начавшееся с таяния ледника. Они ожидали, что растительность будет меняться от тундровой в нижних горизонтах (представленной арктическими травами и кустарниками, произраставшими вблизи ледника) до современной древесной растительности в верхней части разреза.

Рис. 65. Болото, занимающее впадину в ледниковых отложениях, в котором ежегодно отлагается пыльца растений, произрастающих в окрестностях. Постепенно в нем накапливаются слои опавших листьев, стеблей и других растительных остатков, образующие торф

Проделав этот эксперимент, ученые обнаружили и определили ископаемые растения (главным образом по пыльце), но были удивлены изменением растительности снизу вверх. Растительность изменялась от тундровой к еловым и пихтовым лесам, затем к березовым и сосновым лесам и далее к дубу, буку, ольхе и орешнику, показывая, таким образом, постепенное потепление. Но выше, в верхних слоях, эти растения снова сменялись березой и сосной, которые главным образом и произрастают здесь в настоящее время. Дуб, бук и орешник сейчас растут гораздо южнее. Однако радиоуглеродная датировка слоя, содержащего дуб, бук и орешник, показывает, что этот слой образовался около 5000 лет назад.

В таком случае очевидно, что самый теплый климат был около 5000 лет назад (3000 лет до н. э.). В это время средние температуры были выше современных (в тех же точках) приблизительно на 1° С. Затем тенденция изменений климата сменилась на противоположную, климат стал влажнее и холод-неб, дубовые деревья, окружавшие болото, погибли и сменились березой и сосной. Таким образом, мы получили еще одно надежное свидетельство колебаний климата; вместо того чтобы становиться постепенно теплее со времени начала таяния ледников периода великого оледенения, климат 5000 лет назад стал более сухим и теплым, чем в настоящее время. В то время ледники в Альпах и Скалистых горах были менее многочисленны и меньше по размерам. Многие из современных ледников начали образовываться менее 5000 лет назад и, таким образом, представляют собой "современные" ледники, а не остатки ледников последней ледниковой эпохи (Изменения климата и размеров ледников происходят непрерывно. Похолодание и увеличение ледников были в XVIII – начале XIX вв. («малый ледниковый период»), в 40-60-х годах XIX в. (незначительное), потепление в 1920-1940-х годах, в 1970-х годах (незначительное). – Прим. ред).

Будущее

Ученым, которые занимаются вопросом истории климата, часто задают два вопроса. Первый из них: «Будет ли новое оледенение?», и второй: «Если будет, то когда?» Легче всего ответить на первый вопрос. Большинство ученых согласно с тем, чтобы сказать: «Да, вероятно», потому что за последние два миллиона лет произошло уже несколько оледенений, а главные условия, необходимые для возникновения оледенения, – поднятие суши, многочисленные горы и присутствие обширного ледяного щита на Южном полюсе – все еще существуют.

Гораздо менее ясен будет ответ на второй вопрос. Имеющаяся у нас информация о климатах все еще недостаточно точна, чтобы судить о том, существует ли четкая закономерность в повторяемости оледенений. Если бы мы знали, что такая закономерность существует, и могли бы измерить интервалы между оледенениями прошлого, тогда можно было бы предсказать, что сулит нам климат будущего. Может быть, такое предсказание и станет возможным в будущем, но в настоящее время оно невозможно.

Литература

Flint R. F. 1971, Glacial and Quaternary geology: John Wiley & Sons, New York. Есть русский перевод: Флинт РФ., Ледники и палеогеография плейстоцена, М., ИЛ, 1963.

Hovgaard William, 1925, The Norsemen in Greenland: "Georg. Rev.", v. 15, p. 605-616.

Lamb H. H., 1965, The early medieval warm epoch and its sequel: Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, v. 1, p. 13-37.

Pjst Austin, LaChapelle E. R., 1971, Glacier ice: The Mountaineers: University of Washington Press, Seattle.

Schwarzbach Martin, 1963, Climates of the past: D. Van Nostrand Company, Princeton, N. J. Есть русский перевод: Шварцбах М., Климаты прошлого, М., ИЛ, 1955.

Глава семнадцатая. Природные условия ледниковой эпохи

Перемещение животных и растений

Конечно, в ледниковые эпохи живые организмы испытывали большие трудности. Климат становился все холоднее, ледники возникали и распространялись, и растения и животные были вынуждены переселяться, продвигаясь в районы, где были более благоприятные жизненные условия, и ведя при этом активную борьбу за жизненное пространство. Все это напоминало медленное передвижение беженцев из зоны сражений в безопасные места. Однако в данном случае речь шла не о переселении отдельных особей в течение нескольких дней или недель. Вероятнее всего, лишь отдаленные потомки тех особей, которые начали переселяться, лишь через много поколений, через сотни или даже тысячи лет, достигли места, где они могли наконец обосноваться и не быть вынужденными переселяться еще дальше.

Растения и животные, обитавшие высоко в горах, понемногу спускались вниз по горным склонам, пока не достигали условий, подобных тем, в которых они жили до начала ледниковой эпохи. Те, которые жили на севере, должны были перемещаться на сотни километров к югу, уступая место ледникам. Края огромных ледниковых покровов быстро надвигались на поверхность суши; иногда скорость их продвижения превышала 30 метров в год. Как мы увидим, некоторые млекопитающие приспособились к ледниковым условиям; у них образовался волосяной покров и защитная прослойка жира, что позволило им жить и в холодных местах, но этот процесс происходил медленно, и для его завершения потребовалось две или три ледниковых эпохи.

Переместившись достаточно далеко, большинство организмов в конце концов находило территорию, на которой условия, по крайней мере были близки к тем условиям, в которых они обитали раньше, но она никогда не могла быть в точности той же, уже хотя бы потому, что на ней возникала конкурентная борьба между коренными обитателями, которые никуда не уходили, и пришельцами, которые посягали на их права. Если бы скорость эволюции не была слишком мала по сравнению с продолжительностью ледникового периода, то влияние этого переселения и борьбы за существование выразилось бы в образовании множества новых видов, а не ограничилось бы теми довольно скромными результатами, которые мы находим зафиксированными в палеонтологической летописи. Конечно, то, что мы знаем о природных условиях ледниковой эпохи, как и о более ранних этапах истории, мы узнали, изучая ископаемые остатки.