ТЕОРИЯ МИЛАНКОВИЧА: ЗА И ПРОТИВ

Смотрите также:

ДРЕВНЕЕ ОЛЕДЕНЕНИЕ И ЖИЗНЬ

Великое оледенение

Как часто были ледниковые эпохи в истории Земли...

Люди эпохи великого оледенения - Рисское

Климатические условия ледниковых эпох

Где были ледники на территории России

Сколько длилась ледниковая эпоха

Ледниковые периоды. Причины оледенений

История оледенений Евразии ...

Климаты Четвертичного периода, плейстоцена

Уже первая заметная публикация Миланковича, появившаяся в 1924 году, вызвала новую вспышку интереса ученых мира к проблеме древних оледенений. Вновь-причем еще сильнее, чем после 1837 года, когда Агассис впервые заявил о своей ледниковой теории, внимание мировой науки сфокусировалось на этой проблеме, и вновь вопросы геологической истории Земли и ее климата спали предметом споров, которые по своему накалу и широте были сравнимы лишь с памятным диспутом между Агассисом и Баклен- дом.

В основе всех л их споров лежали противоречивые факты, которые были накоплены геологической наукой за шестьдесят лег, прошедших с того времени, когда Джеймс Гейки смог решить проблему происхождения дрифта. Выше говорилось, что работы Гейки вдохновили два поколения геологов, которые провели беспрецедентный по своему размаху и целеустремленности поиск, облазив и перекопав самые удаленные уголки суши для сбора данных, способных пролить свет на древние климаты Земли. В итоге было накоплено колоссальное количество фактов. Но теперь геологи особенно остро ощутили отсутствие теории, которая могла бы обобщить все л и факты и дать исчерпывающее объяснение причин ледниковых эпох. Миланкович как раз и предложил такую теорию.

Самая ценная особенность теории Миланковича- это ее пригодность для прогнозирования климатов прошлого, поддающегося геологической проверке. В частности, теория предсказала, какое количество ледниковых горизонтов будет вскрыто будущими исследованиями и на каких хронологических «этажах» 650000-летнего периода окажутся эти горизонты.

Главным инструментом этого прогноза стали те самые три-почти идентичные по форме -инсоляционные кривые Миланковича, которые были построены для демонстрации колебаний поступления радиационного тепла в летние сезоны на 55°, 60° и 65 ; северной широты (см. рис. 24). В теории каждому крупному инсоляционному минимуму отвечала особая ледниковая эпоха. Всего же на тех кривых можно видеть девять минимумов, выраженных в виде узких зубцов с концами, спускающимися значительно ниже среднего уровня инсоляции. Кёппен и Вегенер обратили особое внимание на факт, что распределение этих минимумов было не равномерным, а каким-то неправильно «гнездовым». Одно из таких гнезд объединяло последние три минимума, которые образовали характерный трезубец с остриями, соответствующими хронологическим уровням около 25 ООО, 72000 и 115 ООО лет назад. Остальные шесть минимумов были собраны в три пары. Сам Миланкович обратил внимание на необычайно длительный интервал высокой инсоляции, выявившийся в средних частях всех трех графиков. По его предположению, в геологических разрезах этот интервал должен соответствовать межледниковой эпохе особенно большой длительности.

Естественно, что геологи, знакомые со стратиграфией ледниковых отложений, сразу предприняли попытки проверить эту теорию путем подсчета известных горизонтов морены и определения времени их формирования. Однако обе эти задачи оказались трудно разрешимыми. Каждое наступание ледников, как правило, уничтожало отложения, связанные с предыдущими оледенениями, благодаря чему «наборы» моренных горизонтов в большинстве древнеледниковых районов отличаются неполнотой. Кроме того, в распоряжении геологов не было и методов, пригодных для достаточно точного датирования таких горизонтов. Лучшее, что они могли сделать,-это предложить приблизительные оценки длительности ледниковых эпох и меж- ледниковий, базирующиеся на сведениях о толщине и площадях соответствующих слоев морены и межледниковых почв.

Несмотря на все эти трудности, американские геологи во главе с Томасом Чемберленом из Чикагского университета и Френком Ливереттом из Геологической службы смогли сделать вывод, что Северная Америка испытала четыре крупных оледенения. Каждое из них, а также соответствующие моренные горизонты получили названия штатов, в которых они были изучены с наибольшей полнотой. Вот их последовательность (снизу вверх): небраска (самое древнее), канзасское, иллинойское и висконсинское (самое молодое). Еще несколько географических названий были использованы для обозначения межледниковий ().

Вооружившись внушительным арсеналом фактических данных и терминов, геологи разделились на группы сторонников и противников теории Миланковича. Первым казалось, что четыре моренных горизонта Северной Америки прекрасно увязываются с четырьмя инсоляционными минимумами - одним тройным и тремя двойными,-которые следовали из теории. А ее противники подчеркивали, что возрасг этих горизонтов пока известен настолько приблизительно, что никак не может говорить о действительном совпадении хотя бы одного из упомянутых минимумов с ледниковой эпохой. А это значит, что такого рода проверка ледниковой теории не могла быть убедительной.

Совершенно иной подход к расшифровке хронологии древних оледенений был предложен в 1880 году Альбрехтом Пенком -немецким геоморфологом, изучавшим речные долины северного склона Альп. Пенк установил, что днища нижних участков этих долин представляют собой плоские поверхности галечной аккумуляции, в которые врезаны современные русла. А на бортах долин он обнаружил по три яруса террас-плоских разновысотных ступеней, отделенных друг от друга обрывистыми участками склонов и выстланных такими же галечниками, что и днища долин. Пенк рассудил, что каждый галечный слой должен был образоваться в условиях ледникового климата, когда интенсивное морозное выветривание и отсутствие растительности создали условия для ускорения эрозии. А когда климат становился более теплым, накопление гальки прекращалось, реки начинали блуждать из стороны в сторону и вырабатывать широкие плоские поверхности днищ. Таким образом, по Пенку, террасовые площади-это участки таких днищ, образовавшиеся в прежние межледниковые эпохи, и чем эти площадки выше, тем древнее возраст соответствующих им эпох. Что же касается галечных толщ, то в каждой из них Пенк видел остаток более мощного и обширного слоя, сформированного в одну из ледниковых эпох.

Если все это верно, то комплекс галечных толщ, изученных Пенком в долинах северного склона Альп, мог дать науке то, чего нельзя ждать от моренных разрезов,-лишенную пропусков «летопись» ледниковых событий Европы. И раз там отмечено четыре галечных слоя, то таким же должно быть и количество древних оледенений. Причем многие геологи на этом не остановились; не дожидаясь появления доказательств, они стали утверждать, что четыре ледниковых эпохи, выявленные по моренным горизонтам Северной Америки, представляют собой трансатлантические эквиваленты аналогичных событий Европы.

Ледниковые эпохи Европы получили названия речных долин, в которых изучались их следы.

Для удобства геологов, которые уже начинали путаться в непрерывно множащихся терминах, эти названия были расположены в порядке латинского алфавита - гюнц, миндель, рисс и вюрм. Следы древнейшего оледенения, гюнцского, были представлены галечниками самых высоких террас, а следы самого молодого оледенения, вюрмс- кого,- галечниками долин, в которые врезались современные реки. Этим терминам - понц, миндель, рисс и вюрм,- вычеканенным Пенком и Брюкнером, было суждено долго звучать в аудиториях университетов и глубоко запасть в память поколений и поколений студентов-геологов.

Кроме того, Пенк и Брюкнер дали оценку времени, прошедшего с момента дегляциации Швейцарии. С этой целью они, во-первых, собрали сведения о толщине послеледниковых осадков, накопившихся в швейцарских озерах, и, во-вторых, определили приблизительные скорости наслаивания этих осадков. Разделив толщину этих осадков на скорость их накопления, они пришли к выводу, что длительность послеледникового этапа Швейцарии была близка к 20000 лет.

Затем, приняв послеледниковое время равным 20000 лет, Пенк и Брюкнер сделали смелую попытку определить длительность и более древних межледниковий, для чего они провели сравнение глубин эрозионных врезов, которые образовались за послеледниковье и за каждый из более ранних теплых интервалов. Из их расчетов следовало, что межледниковье, предшествовавшее последнему (вюрмскому) оледенению, длилось около 60000 лет, а еще одна теплая эпоха, которая разделяла рисское и миндельское оледенения и получила название Великого межледниковья, растянулась на целые 240 000 лет. Продолжительность же всего плейстоцена, по их оценке, составила 650000 лет.

В 1909 году Пенк и Брюкнер опубликовали кривую, которая наглядно представляла историю плейстоценового климата (). Так что когда-спустя пятнадцать лет - Кёппен получил письмо с инфляционными кривыми Миланковича, он сразу понял, что лучшим способом проверки астрономической теории будет сравнение этих кривых со схемой Пенка и Брюкне- ра. В главе 8 уже указывалось, что Кёппен и Вегенер, проведя такое сравнение, в 1924 году пришли к выводу об удивительно хорошем соответствии теории и геологических фактов. Как на инсоляционных кривых Миланковича, так и на палеоклиматическом графике Пенка и Брюкнера ледниковые эпохи запечатлелись в виде коротких резких пульсаций, отделенных друг от друга длинными интервалами. И хотя в деталях совпадение хронологии ледниковых эпох и инсоляционных минимумов было далеко не полным, форма обоих графиков была в общем очень сходной. Особенно большое значение Кёппен и Вегенер придавали тому факту, что Великое межледниковье Пенка и Брюкнера занимало на графике палеоклиматов то же место, что и длительный теплый интервал, который был постулирован Миланковичем. Производил впечатление и факт, что дата 20000 лет назад, указанная Пенком и Брюкнером как время окончания последнего оледенения, достаточно хорошо согласовывалась с возрастом в 25000 лет, определенным для последнего инсоляционного минимума.

Убедившись, что астрономическая теория Миланковича находит подтверждение в независимых геологических данных, Кёппен, как мы помним, сообщил об этом ее автору, а затем и включил кривые инсоляции в свою книгу. В последующие пятнадцать лет немецкие геологи Бартель Эберль и Вольфганг Зёргель провели новые исследования северных предгорий Альп и выяснили, что террасы швейцарских рек, ранее исследовавшиеся Пенком и Брюкнером, представляют собой сложные образования; по их данным, каждая из этих террас образована не одним, а двумя-тре- мя галечными слоями. Тем не менее создавалось впечатление, что после уточнений, внесенных Эберлем и Зёргелем, палеоклиматический график Пенка и Брюк- нера стал лучше прежнего совпадать с кривыми инсоляции. Поэтому сам Миланкович счел нужным включить резюме работ этих геологов в свою сводку, опубликованную в 1941 году (рис. 30).

В 1930-х и 1940-х годах большинство европейских геологов стали сторонниками астрономической теории оледенения. Как с очевидным удовлетворением заметил сам Миланкович, «постоянно растущее число ученых взялось за классификацию... ледниковых отложений в соответствии с новым методом, стремясь сперва увязать их с инсоляционными кривыми, а затем и датировать на основе этих кривых». Шаг за шагом стали смещаться и акценты, и там, где еще недавно геологические данные использовались для проверки теории, теперь теория применялась для объяснения геологических разрезов. «Таким путем,- говорил Миланкович,- ледниковый период получил свой календарь». Одним из творцов этого календаря стал Фредерик Цейнер, профессор геохронологии Лондонского университета. Дважды-в 1946 и 1959 годах-он выпустил по книге, в которых календарь Миланковича использовался для датирования всех главных событий плейстоцена Земли.

Американские геологи, которым альпийские террасы казались и далекими и не очень понятными, относились к теории более скептически. Да и в самой Европе ее одобрение не было единодушным. Против нее, в частности, выступил немецкий геолог Инго Шефер. Основательно изучив террасы альпийских долин, Шефер пришел к выводу об ошибочности фундаментального принципа схемы Пенка и Брюкнера. В этом его убедили находки раковин теплолюбивых моллюсков в разрезах ряда галечных толщ, считавшихся, как мы помним, ледниковыми. Как же могло случиться, задал он вопрос, что отложения, включающие подобные раковины, сформировались в ледниковые эпохи? Этот неприятный вопрос грозил подорвать самую основу теории Миланковича. Однако европейские геологи в своем большинстве попросту игнорировали проблему, отмахнувшись от шеферовских моллюсков как от мелкого исключения из общего правила.

Но вскоре зазвучали и другие голоса, поднятые против теории Миланковича. Среди них - голоса метеорологов, заметивших, что данная теория рассматривает только радиационный баланс Земли и упускает из виду процессы переноса тепла, связанные с циркуляцией атмосферы и океана. Другие специалисты выявили несообразности в самих расчетах Миланковича. Судя по ним, летние температуры в ледниковые эпохи должны были падать на 6,7° С ниже современных, что выглядело достаточно правдоподобным. Однако зимние температуры, по тем же расчетам, были тогда в среднем на 0,7° С выше, чем в настоящее время, что многим ученым представлялось совершенно невероятным. Правда, самого Миланковича их критика нисколько не трогала. «В мои обязанности не входит ликвидация чьего-то невежества,-писал он не без высокомерия,-и я никого не принуждаю признавать мою теорию, к которой до сих пор никто не мог придраться».

И в самом деле, несмотря на возражения метеорологов и противоречащие данные, полученные Шефером, большинство ученых вплоть до 1950-х годов оставались сторонниками астрономической теории. Однако в начале этого десятилетия мы стали свидетелями драматического поворота-поворота буквально на 180 , так что уже к 1955 году теория потеряла практически всех своих сторонников! Виновником столь быстрого заката теории, которая еще совсем недавно пользовалась почти всеобщим признанием, стало развитие принципиально нового подхода к проблеме датирования органических остатков, извлекаемых из плейстоценовых отложений.

Новый подход стал возможным благодаря появлению радиоуглеродного метода абсолютной геохронологии, который был разработан в 1946-1949 годах Уил- лардом Лнббн из Чикагского университета. Либби установил, что одним из следствий воздействия космических лучей на атмосферу является постоянное образование небольших количеств радиоактивного углерода, или радиоуглерода. Атомы последнего поглощаются всеми живыми организмами - растениями и животными-и участвуют в строении их тел. Однако поглощение продолжается лишь до тех пор, пока организмы функционируют, и прекращается с их отмиранием. Затем атомы радиоуглерода, входящие в состав тканей организмов, постепенно распадаются (с образованием инертных атомов азота), причем скорость данного процесса поддается измерению. По идее Либби, именно эту скорость следует использовать для расчета времени, прошедшего с момента гибели организмов : нужно только измерить, какую часть углерода из датируемого органического материала еще составляет его радиоактивный изотоп. Широкая проверка метода радиуглеродного датирования показала, что он действует замечательно надежно. Правда, с его помощью удавалось достаточно точно рассчитывать возраст лишь образцов, которые были не старше 40000 лет.

Уже в 1951 году радиоуглеродный метод был взят на вооружение геологами, причем первым крупным проектом, осуществленным на его основе, стало выяснение геохронологии последней ледниковой эпохи, точнее, ее второй половины. Эти работы быстро приобрели глобальный размах, во многих учреждениях ряда стран появились радиоуглеродные лаборатории; особую известность приобрели лаборатории Йельского и Колумбийского университетов, Геологической службы США, Гронингенского и Упсальского университетов. Пионерами радиоуглеродного анализа стали геохимики Ханс Зюсс, Мейер Рубин, Хессел Де-Вриз и Ингрид Ульсен. Очень скоро на их лаборатории обрушилась лавина полевого материала. Образцы для датирования - древесина, торф, раковины и кости - отбирались из моренных и водно-ледниковых толщ, террасовых песков и галечников, из болотных и озерных разрезов во всех концах света. «Встретил органику-собирай и датируй»-таким был лозунг дня. Количество датировок стало расти столь быстро, что для их публикации пришлось создать специальное издание - ежегодник «Радиокарбон».

Одним из первых геологов, осознавших важность сбора и систематизации радиоуглеродных дат, стал профессор Йельского университета Ричард Флинт. Уже первая крупная партия образцов, собранных Флинтом из висконсинского дрифта восточных и центральных районов США и проанализированных Рубином, во многом обогатила науку. Было выяснено, что морены этих районов представляют собой отложения по меньшей мере двух, а возможно, и большего числа оледенений. Прежняя гипотеза, согласно которой они связывались с одним-единственным оледенением, оказалась ошибочной. Возраст нижней морены лежал за пределами возможностей радиоуглеродного метода, зато верхняя морена вполне поддавалась датированию. В итоге ее изучения Флинт и Рубин показали: последний ледниковый покров Северной Америки достигал своего максимального распространения 18000 лет назад, а около 10000 лет назад быстро деградировал.

Сначала казалось, что результаты, полученные в ходе «радиоуглеродной революции», хорошо согласуются с теорией Миланковича. В самом деле, хотя возраст в 18000 лет, определенный для последнего ледникового максимума, был на 7000 лет моложе последнего инсоляционного минимума, отнесенного Миланко- вичем на 25000 лет назад, это несовпадение можно было легко объяснить: инертный лед не сразу реагировал на изменение радиационного баланса Земли. Известно, что Миланкович и сам предсказывал запаздывание данной реакции и даже определил, что его величина должна составлять около 5000 лет.

Однако очень скоро вера в теорию Миланковича была поколеблена, чему прежде всего способствовала находка в Фармдейле (Иллинойс) торфяного слоя с возрастом в 25000 лет. Такой торф мог образоваться только в условиях теплого климата. Насколько теплого-оставалось неясным, зато датировка соответствующего интервала вполне определенно совпадала с возрастом последнего инсоляционного минимума Миланковича. Когда же отложения того же возраста и такого же «теплого» типа были обнаружены и в других пунктах Среднего Запада США, восточной Канады и Европы, то создалось впечатление, что данные, идущие вразрез с астрономической теорией, преобладают над фактами, которые с ней согласуются.

С дальнейшими успехами радиоуглеродного метода все большее число геологов получало возможность для «привязки» данных, собранных при исследованиях плейстоценовых отложений, к абсолютной шкале времени. Среди прочего это позволило получить и датированную палеоклиматическую кривую, пригодную для прямого сопоставления с кривой инсоляции. Правда, для ее построения пришлось осуществить специальную программу, датировав десятки образцов из ледниковых (моренных) и приледниковых (лёссовых) отложений, которые были целенаправленно отобраны по ряду меридиональных профилей. Затем изменения в широтном положении границы между мореной и лёссами представлялись графически как функция времени, так что получались зигзагообразные линии, которые показывали изменения позиции южного края ледникового покрова в ходе его наступаний и отступаний по определенной долготе за период, охватывающий многие тысячелетия.

При этом мало кто устоял перед искушением использовать радиоуглеродные Даты не только в интервале надежного действия метода, то есть в пределах последних 40000 лет, но и за его пределами. В итоге к середине 1960-х годов появилось несколько графиков, демонстрирующих колебания южных краев ледниковых покровов Европы и Северной Америки за последние семьдесят или даже восемьдесят тысяч лет. Одна из самых детальных схем этого рода была составлена Ричардом Голдтвейтом, Алексисом Дрейманисом и их сотрудниками (). Она базировалась на данных датирования морен и лёссов на профиле, идущем от штата Индиана к провинции Квебек. Анализ этой, а также других схем того же рода показал, что отраженный на них ход климатических изменений почти во всех своих деталях расходится с астрономической теорией. По схеме, составленной для Северной Америки, например, 72 000 лет назад ледниковый край располагался в южной части Квебека, то есть значительно севернее, чем в максимум последнего оледенения, хотя это было время крупного инсоляционного минимума. И наоборот, крупномасштабные наступания ледниковых покровов происходили шестьдесят и сорок тысяч лет назад, то есть в интервалы времени, для которых никаких инсоляционных минимумов не предполагалось; лишь ледниковый максимум, пришедшийся на 18000 лет назад, оказался в согласии с астрономической теорией, о чем мы уже говорили выше.

И такие результаты получались практически всякий раз, когда геологи использовали радиоуглеродный метод для изучения древнеледниковых отложений. В общем получалось, что за последние 80 000 лет, или, лучше сказать, за интервал времени, который считали равным 80000 лет, выявлялось существенно большее число ледниковых наступайий, чем следовало из теории Миланковича. По этой и некоторым другим причинам к 1965 году астрономическая теория ледниковых эпох потеряла почти всех своих сторонников.

К содержанию книги: Джон Имбри - Тайны ледниковых эпох