ПУЛЬС КЛИМАТА

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

Пока Брёккер и Мэтьюз занимались историей уровней океана, а Хейс и Опдайк создавали палеомагнитную шкалу времени, другой геолог, Джордж Кукла, работавший в Чехословакии, с великими усилиями подходил к решению той же проблемы с другого конца. Большой шурф, выкопанный им в карьере на Красном холме, расположенном в районе Брно, вскрыл прекрасный разрез мощной толщи древней эоловой пыли-лёсса, который издавна использовался в тех местах для производства кирпича.

Исследовав стенки этого шурфа, Кукла смог установить этапы образования как самих лёссовых слоев, так и разделяющих их горизонтов погребенных почв.

Интерес к лёссам появился у Куклы не случайно, он возник в результате его многолетних работ по изучению чехословацких пещер. В этих пещерах он видел тонкие слои лёсса, занесенного туда ветром во время оледенений, причем в ряде случаев лёссовые слои вмещали кости неандертальцев и представителей других человеческих рас, населявших Европу в палеолите. В свое время археологи провели сопоставление горизонтов пещерного лёсса с такими же, но более мощными слоями, покрывавшими склоны соседних холмов, и установили принадлежность включенных в них артефактов, то есть предметов древней материальной культуры, к ледниковым эпохам.

Ледниковые покровы, надвигавшиеся на Западную Европу из центров в Скандинавии и Альпах, ни разу не доходили до района Брно, однако их неоднократные вторжения не могли не отразиться на его климате: в истории этого климата должны были проявиться ряды резких, циклично повторявшихся похолоданий и потеплений. Положение внеледниковых областей Чехословакии и Австрии было идеальным для регистрации колебаний плейстоценового климата, на что Джордж Кукла и его коллега Войен Ложек указали еще в 1961 году. В самом деле, при наступаниях ледниковых покровов Центральная Европа становилась полярной пустыней-холодной, сухой и безлесной. Там должны были свирепствовать жестокие ветры, развеивавшие ледниковые отложения и отлагавшие толщи лёсса. А в межледниковые эпохи, когда климат становился более теплым и влажным, чем в настоящее время, большие площади здесь покрывались широколиственными лесами, на лёссовых равнинах формировались плодородные почвы, и охотники каменного века могли жить в очень благоприятных (умеренно теплых) условиях. В общем, по мере того как ледниковые покровы скандинавского и альпийского центров разрастались и сокращались, граница, отделяющая зону сухих степей от зоны лесов, неоднократно перемещалась взад и вперед по свободному от льдов коридору Центральной Европы.

Все это позволило чехословацким геологам убедительно доказать, что в поверхностных отложениях района Брно запечатлелось по меньшей мере десять повторяющихся циклов «лёсс-почва». Но, поскольку первые публикации по данной проблеме были сделаны задолго до появления палеомагнитной шкалы времени, определить длительность каждого такого цикла в то время представлялось невозможным. И только в 1968 году, когда Кукла и его коллеги по Академии наук Чехословакии вновь занялись своими лёссовыми карьерами и нашли в них следы пяти инверсий геомагнитного поля, им удалось рассчитать среднюю продолжительность плейстоценового цикла «лёсс - почва». Они установили, что главный пульс климата Земли постоянно бьется в ритме один цикл за сто тысяч лет.

Еще в предшествующее десятилетие было выяснено, что цикличность осадконакопления в районе Брно состояла не в простом чередовании почв (слой 1) и лёссов (слой 2), дающем симметрию типа 1-2-1-2. На самом деле каждый цикл здесь оказался четырехчленным, представленным пачкой из трех типов почв (слоев 1, 2 и 3) и слоя лёсса (4), так что всю последовательность циклов можно было описывать асимметричным пилообразным графиком (1-2-3-4, 1-2-3-4). Первая почва каждого такого цикла - лесная, отражающая условия теплого и влажного климата. Второй почвенный слой идентичен чернозему, характерному для современных сравнительно влажных частей зоны степей Азии; он содержит окаменелости, которые свидетельствуют о несколько более сухом и прохладном климате, чем условия предшествующей лесной фазы. Наконец, третья почва, перекрывающая слои чернозема, имеет бурый цвет; она подобна современным почвам, преобладающим в относительно умеренных районах Арктики. Окаменелости из этого - третьего по счету-слоя показывают, что климат времени его отложения был суше и холоднее, чем климат степей. Но он был всё же более теплым и влажным, чем климат, в условиях которого образовался следующий слой пачки - венчающий ее лёссовый горизонт. Таким образом, горизонты лёсса-это самые верхние части рассматриваемых пачек - представляют собой следы заключительных, наиболее холодных и сухих фаз климатических циклов, повторявшихся в районе Брно не менее десяти раз.

Наблюдения в Чехословакии привели Куклу к важному выводу: фазы похолоданий в каждом климатическом цикле были значительно продолжительнее фаз потепления. Кроме того, он смог убедиться, что переходы от фаз полярной пустыни с характерным для них обилием пыли к фазам листопадных лесов столь резки, что их следы в стенках карьеров имеют вид очень четких границ. Эти границы, названные Куклой «маркирующими линиями», дают возможность легко отличать один седиментационный цикл от другого, а также проводить сопоставление таких циклов, выделенных в разных, иногда сильно удаленных друг от друга районах ().

Обнаружив биение пульса климата Центральной Европы и убедившись в его регулярности, Кукла обратился к вопросу о хронологии альпийских террас. Выше уже говорилось, что изучение этих террас привело Пенка и Брюкнера к выводу, что изменения плейстоценового климата происходили в неправильном ритме и что его холодные периоды были отмечены накоплением толщ террасовых галечников, получивших названия понцской, миндельской, рисской и вюрмской. Не сомневаясь в существовании альпийских террас, Кукла считал необходимым проверить правильность их климатической интерпретации, данной Пенком.

Пенк исходил из предположения, что галечниковые толщи формировались только в эпохи оледенений.

Однако Кукла довольно скоро обнаружил факты, могущие служить, по его собственным словам, «ярким подтверждением идеи о межледниковом возрасте галечниковых скоплений», которая за много лет до того была выдвинута немецким геологом Инго Шефером. Например, в галечнике нижней террасы Ульма, относимом, по Пенку, к эпохе вюрмского оледенения, были обнаружены древесные стволы, которые, согласно данным радиоуглеродного анализа, имели послеледниковый, или голоценовый, возраст. А в галечниках района Вены, тоже считавшихся вюрмскими, удалось найти кирпичи эпохи римлян. Но, как писал Кукла, «...авторитет Пенка был еще столь велик, что во всех находках межледниковых слоев, заключенных в толщах террасовых галечников, большинство исследователей видели лишь местные аномалии, а не доказательства того, что все альпийские террасы имеют частично межледниковый возраст... Так, например, галечники низкой террасы района Остравы издавна картировались как вюрмские, каковыми они фактически и являются. Однако стоило известному чешскому стратиграфу Тирачеку найти в их ненарушенной толще проржавевшие остатки велосипедного руля, как эти галечники целиком «перекрестили» в голоценовый аллювий... Но очевидный вывод, логически вытекающий из этих и подобных им данных, так и не был сделан: галечники нижней террасы определяются как вюрмские, и это положение не может быть изменено находками велосипедов или римских кирпичей».

Сейчас ясно, что ряд галечниковых толщ, относимых к вюрму, фактически сформировался в позднеледниковое время.

Уже к 1969 году стало очевидно, что основанная на альпийских террасах климатическая схема, которая была разработана Пенком и Брюкнером, усовершенствована Эберлем, а затем принята целым поколением геологов, являлась зданием, построенным на песке или, точнее, на сыпучем галечнике. А когда это здание наконец рухнуло, вместе с ним распалась и вся система доводов, использовавшаяся Кёппеном и Веге- нером для подтверждения теории Миланковича.

Пока в Европе Кукла пересматривал схему Пенка- Брюкнера, в США в Ламонтской обсерватории Ян ван Донк завершал работу по измерениям изотопного состава фораминифер из колонки VI2-122, поднятой со дна Карибского моря (). Работая вместе с Брёккером, ван Донк поставил перед собой цель уточнить геологическую шкалу времени. Однако колонка V12-122 не доходила до основания эпохи Брю- неса, поэтому он не мог прямо использовать палео- магнитную шкалу. Зато в ней присутствовала граница между зонами U и V Эриксона, возраст которой составлял 400000 лет. Последнюю цифру Эриксон получил путем интерполяции в длинных колонках, включавших в себя инверсию на границе Брюнес-Матуя- ма. Возрастной рубеж 400000 лет назад был определен Брёккером и ван Донком как среднее из нескольких довольно сильно различающихся дат, полученных урановым и ториевым методами, и стал краеугольным камнем их хронологии. В итоге эти исследователи сделали заключение, что главные климатические циклы плейстоцена, отразившиеся в изотопном составе изученных ими фораминифер, имеют 100000-летний период и описываются графиком асимметричной пилообразной формы: «периоды разрастания оледенений, длившиеся в среднем по 100000 лет, внезапно завершались быстрым распадом ледниковых покровов». Эпизоды быстрого потепления, завершавшие ледниковые эпохи, эти исследователи назвали «терминациями».

Вплоть до сентября 1969 года, когда Брёккер и Кукла встретились на международном научном конгрессе в Париже, ни тот ни другой не понимали, что непохожие пути, по которым каждый из них шел в своих исследованиях, привели их, по существу, к одним и тем же выводам: ледниковые эпохи плейстоцена имели примерно 100000-летнюю ритмичность, развивались медленно и заканчивались внезапно. Теперь стало ясно, что маркирующие линии в лёссовых карьерах Чехословакии соответствовали терминациям в грунтовых колонках со дна Карибского моря.

Пока Брёккер и Кукла обсуждали характер климатических циклов плейстоцена, а Имбри и Шеклтон обменивались опытом определения плейстоценовых температур, Уильям Раддимен и Эндрю Макинтайр из Ламонтской обсерватории упорно работали над новым методом изучения истории океана. Отобрав колонки глубоководных грунтов по меридиональному профилю в Северной Атлантике, изучив в них фауну планктонных фораминифер и распределение ее видов, чувствительных к изменениям температур, они смогли проследить историю смещения Гольфстрима на разных этапах плейстоцена. При этом выяснилось, что в межледниковые эпохи Гольфстрим пересекал Атлантический океан в «косом», северо-восточном направлении, следуя от мыса Хаттерас к Британским островам, а во время оледенений он поворачивал на восток, так что его воды двигались от названного мыса к Пиренейскому полуострову. Так что по мере того, как ледниковые покровы разрастались и сокращались, а границы евразийских лесов и степей сдвигались то к северу, то к югу, это течение колебалось взад и вперед подобно створке гигантских ворот, навешенной на столб у мыса Хаттерас. Определив число «взмахов» Гольфстрима и сопоставив их следы с палео- магнитной шкалой времени, Раддимен и Макинтайр установили, что палеомагнитная эпоха Брюнеса вместила в себя восемь климатических циклов. Тем самым было доказано, что не только размеры полярных ледниковых покровов и положение природных зон Евразии, но и ориентировка океанических течений испытывала изменения, подчинявшиеся 100000-летнему ритму.

К началу 1970-х годов достоверность и важность климатических циклов, имеющих 100000-летний период, стали совершенно очевидными. Однако причина их возникновения все еще оставалась неясной. Теория Миланковича предсказать эти циклы не могла: судя по расчетам, выполненным для 65° с. ш., летняя инсоляция испытывает циклические изменения с периодом не 100000, а около 40000 лет, то есть варьирует в соответствии с циклами колебаний наклона земной оси.

И тем не менее два исследователя, Кеннет Месолелла из Брауновского университета и Джорж Кукла из Чехословакии, все же сумели использовать теорию Миланковича для объяснения 100000-летних циклов. Они с самого начала верили, что между климатическими циклами такой длительности и изменениями эксцентриситета орбиты существует причинно-следственная связь, хотя, может быть, и не прямая, а лишь опосредствованная. Не случайно же основные колебания климата и формы орбиты имели одну и ту же периодичность. Кукла и Месолелла выдвинули, по существу, те же доводы, что и Джеймс Кролль на столетие раньше: мы знаем, говорили они, что интенсивность инсоляции в любой конкретный сезон почти целиком определяется циклом прецессии, но ведь последняя-то по своей амплитуде строго пропорциональна эксцентриситету орбиты! (). Они подчеркивали, что раз на периоды наибольшего удлинения орбиты приходятся этапы максимальных межсезонных контрастов, то есть этапы, когда температуры зим ниже, а температуры летних сезонов выше средних, и что раз главной причиной расрастания или сокращения ледниковых покровов служат температуры одного из сезонов, то 100000-летние циклы изменений эксцентриситета орбиты должны неизбежно отражаться на истории климата.

После этого, однако, точки зрения обоих теоретиков разошлись. Месолелла, как и Миланкович, считал, что критическое значение для развития оледенений имели температуры летних сезонов, а по мнению Куклы, их непосредственной причиной было снижение зимней инсоляции в высоких широтах Северного полушария. В 1967 году Кукла предсказывал: «Когда мы доживем до решения этой проблемы и поймем истинную палеоклиматическую роль зимы, нам станет ясно, что представление о главной роли летних сезонов- это самая серьезная ошибка, допущенная геологами- четвертичниками за все последние годы».

Что касается Брёккера и ван Донка, то они от каких-либо высказываний по поводу причин возникновения 100000-летних циклов воздерживались. Для них эти причины оставались неясными, поскольку по их данным терминации одной группы, объединяющей четыре последних, отчетливо совпадали со «вмятинами» на кривой изменений эксцентриситета, а для других, в частности для двух более древних терминаций, такого совпадения не выявлялось.

Итак, к 1969 году важность палеомагнитной шкалы времени как основы для изучения хронологии ледниковых эпох была доказана. Именно она позволила установить, что главная особенность пульса четвертичного климата состоит в 100 000-летнем ритме его биения. Однако на первых порах эта шкала слабо способствовала укреплению позиций астрономической теории оледенений. Скорее наоборот: к немалому своему смущению, сторонники идей Миланковича убедились, что основная периодичность изменений климата не следовала из сути его теории. И только после того, как все факты были выяснены и их сопоставления закончены, Месолелла и Кукла смогли указать тот способ модификации теории Миланковича, который позволял объяснить эту периодичность.

Во всех этих сложностях была и своя польза, так как они сделали очевидным: астрономическая теория лишь в том случае завоюет доверие большинства ученых, если будет ясно, что она успешно предсказывает климатические изменения, «наложенные» на 100000-летние циклы. В самом деле, если бы удалось доказать, что эта - «наложенная» - периодичность соответствует 41000-летним циклам изменений наклона земной оси и 22000-летним циклам прецессии, то теория Миланковича была бы подтверждена. Но установление такого соответствия, то есть демонстрация параллелизма в ходе астрономической и палеоклима- тической кривых, требовало высокоточных и детальных данных. Во всяком случае, указанные кривые должны были быть настолько детальными, чтобы 22000- и 41000-летние циклы получили бы на них достаточно ясное выражение. Таким образом, проблема астрономической теории ледниковых эпох вновь упиралась в необходимость повышения точности геологической шкалы времени.

К содержанию книги: Джон Имбри - Тайны ледниковых эпох