КАКОВА ЖЕ ОНА - ПРИРОДА ЛЕДНИКОВОГО ПЕРИОДА?

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

Обретя уверенность в реальности древних оледенений, геологи захотели узнать о них .как можно больше. Подобно сыщикам, обследующим место преступления, они искали улики, которые позволили бы распутать клубок событий, имевших место тысячелетия назад. Но если в детективных романах все действие ограничивалось рамками одной комнаты или в редких случаях провинциальным английским поместьем, то для разгадки захватывающей геологической тайны надо было собрать доказательства, рассеянные по лику всей планеты. Таким образом, предстоял всемирный розыск.

Сам того не подозревая, Агассис выбрал удачный исторический момент для выдвижения своей теории. То была эпоха королевы Виктории, время процветания Британской империи, когда богатство, накопленное в результате сложения достижений промышленной революции с огромными ресурсами империи, делало возможным организовывать экспедиции в любые, даже самые отдаленные уголки мира.

Геологи викторианской эпохи имели и теоретические и практические мотивы для упорного поиска подходов к решению загадки ледникового периода. У них, как и у всех ученых, была естественная жажда нового, желание заполнить пробелы в той загадочной и недорисованной картине, которую на их глазах набросал Агассис. Но были и другие-более материальные-мотивы. Ведь к тому времени в развитых странах уже были созданы специальные геологические службы, в число задач которых входила научная оцейка экономического потенциала малоосвоенных областей. Лучшим примером этого могут служить Соединенные Штаты, где в годы, последовавшие за Гражданской войной, геологи, вооруженные молотками и передвигавшиеся на лошадях, сумели исследовать и закарти- ровать весь Запад. Именно для этой цели специальным актом конгресса, принятым в 1879 году, там была учреждена Геологическая служба.

Чтобы понять механизмы геологической деятельности ледников, экспедиции направлялись в горы. Они вели наблюдения за современными гляциальными процессами и за следами, оставленными древними оледенениями, что позволило проникнуть во многие секреты этой деятельности, понять способы формирования морен. Было установлено, что ледники образуются из снега в местах, где он накапливается в таком количестве, которое превышает летнее таяние; выяснилось, что тридцатиметровой толщины скопления снега бывает достаточно, чтобы в его основании возникали слои чистого льда, и что дальнейшее увеличение толщины снежно-ледяных масс ведет к тому, что они начинают медленное движение. Движущийся лед способен захватывать свободно лежащие обломки и мелкозем, а также отрывать и ассимилировать целые глыбы коренных пород. А валуны, песок и щебень, вмороженные в придонные слои движущегося льда, выполняют роль огромного напильника, который сглаживает, шлифует, а часто и царапает каменные поверхности, служащие ледниковым дожем.

Другим достижением раннего периода интенсивных гляциологических исследований было открытие закона, контролирующего размеры и скорости движения ледников.

Это был закон баланса снега, или, точнее, твердых осадков, по которому для каждого типа климата могут быть характерны лишь вполне определенные, соответствующие ему размеры ледников. В самом деле, эти размеры зависят от количества ежегодно выпадающего снега и от того, какая его часть успевает растаять и испариться за теплые сезоны. По этому закону, изменения климата должны сопровождаться ростом или сокращением ледников-их изменениями, которые прекращаются с установлением нового баланса, или равновесия прихода и расхода льда.

Чего еще не понимали геологи того времени, так это того, что при фиксированном положении концов стационарных, или равновесных, ледников их лед отнюдь не прекращает своего движения вниз по склону. В верхних частях ледников, где приход снега превышает его расход на таяние, это движение ускоряется, а влекомый льдом обломочный материал не отлагается. В то же время в нижних частях, где таяние льда превышает приход снега, движение льда, наоборот, замедляется, и включенный в него материал постепенно вытаивает и накапливается на поверхности ложа. При этом подо льдом формируются своеобразные толщи валунных суглинков и песков, которые почти всегда отломаются высокой плотностью, связанной с воздействием ледниковой нагрузки; эти толщи называют основной, или донной, мореной.

Как мы уже говорили, при потеплении климата края ледников отступают на новые - равновесные - рубежи. В случае горных ледников такие рубежи располагаются выше прежних, в случае ледниковых щитов они лежат ближе к их центрам. Нижние части ледниковых языков испытывают стагнацию, или мертвеют; их лед перестает двигаться и постепенно стаивает. При этом значительная часть валунов, песка и прочего материала, включенных в мертвый лед, высвобождается, образуя слои так называемой абляциойной морены, которая в типичных случаях скапливается поверх основной, или донной. Другая часть обломочного материала выносится потоками талой воды, текущими по внутри- или приледниковым каналам, и отлагается в виде флювиогляциальных дельт и террас, или зандров.

Геологи викторианской эпохи уже умели определять пределы распространения древнеледниковых покровов, что они делали на основе данных о положении наиболее мощных скоплений морены. В этих скоплениях обычно представлены обе-основная и абляционная- фации моренных отложений, а сами они получили название конечных морен. Им также удалось выяснить, что в ряде случаев наносы, которые ранее именовались дрйфтом, фактически представляют собой флю- виогляциальные толщи, то есть продукты аккумулирующей деятельности потоков талых ледниковых вод.

Прошло немало времени, прежде чем геологи выяснили, что подобные потоки практически так же действовали и в глубине ледников, заполняя трещины, внутрилеДниковые туннели и каверны флювиогляциальным материалом, и что после стаивания ледниковых языков с пустотами, заполненными этим материалом, на земной поверхности остаются хаотические холмистые нагромождения неслоистых, а в ряде случаев и слоистых отложений. Не приходится удивляться, что в прошлом такие отложения ставили исследователей, включая и Бакленда, в тупик.

Получив в свое распоряжение всю эту новую информацию о ледниках и ледниковых процессах, геологи смогли сравнительно быстро выяснить географию ледниковых отложений и форм рельефа, а затем и составить карты древнеледниковых покровов. В частности, они установили, что в Северной Америке граница древнего оледенения маркирована конечноморен- ным валом с высотами до пятидесяти метров и протягивается от острова Лонг-Айленд на востоке до штата Вашингтон на западе (рис. 10). Они также выяснили, что к северу от этой границы ледниковые отложения представлены главным образом мореной, а к югу от нее-плащом флювиогляциальных галечников и песков.

Геологи научились также определять направления движения древних ледников по данным замера ориентировок шрамов и борозд, оставленных на поверхности ложа движущимся льдом. Эти ориентировки наносились на карты, которые-при достаточно большом числе замеров-могли дать полную и подробную картину движения древнеледниковых покровов на обширных площадях. Еще один способ достижения той же цели, разработанный в то время, состоял в восстановлении траекторий переноса эрратических валунов методом прослеживания их пути от пунктов, где они были найдены, назад к коренным выходам соответствующих пород. Глядя на такие карты, геолог мог легко «прочесть», по каким направлениям растекался лед древнеледниковых покровов.

Данная методика была применена не только в Северной Америке, но и в Европе, Азии, Южной Америке и Новой Зеландии. В результате этого уже в 1875 году появилась карта мира, отразившая историю великого оледенения на кульминационном этапе ледникового периода. Было выяснено, что общая площадь, на которую распространялись ледниковые покровы, составляла не менее сорока миллионов квадратных километров, то есть была примерно втрое больше их современной площади. Но древние оледенения по- настоящему ярко проявились только в Северном полушарии, поэтому подобные осредненные цифры несколько искажают масштабы происшедших изменений. Если же рассмотреть одно Северное полушарие, то в нем одном древние ледники занимали до двадцати шести миллионов квадратных километров, превосходя современное оледенение в тринадцать раз. В оледенении Южного полушария доминировал, как он доминирует и теперь, Антарктический ледниковый покров; его размеры также увеличивались, но не очень сильно, так как края этого покрова не могли выдвинуться за пределы континентального шельфа. В остальных областях Южного полушария появлялись лишь ледниковые шапки скромных размеров, они покрывали горные районы Южных Анд, юго-восточной Австралии, Тасмании и Южного острова Новой Зеландии.

К удивлению геологов, скоро стали известны факты, судя по которым великие ледниковые покровы Северного полушария имели не только южные, но и северные границы. Таким образом выяснилась ошибочность точки зрения Агассиса, по которой оледенение Северного полушария имело форму единого ледникового покрова, распространявшегося на все северные материки из центра, совпадавшего с Северным полюсом; Вместо него были реконструированы несколько отдельных ледниковых щитов, каждый из которых имел свой собственный центр растекания льда. Например^ центр Лаврентьевского ледникового щита, появив* шегося на палеогеографической карте Северной Америки, находился в районе Гудзонова залива, всего лишь на 60° с.ш. Из этого центра лед двигался не только на юг, восток и запад, но и на север, в сторону Северного Ледовитого океана. Последний же в ледни* ковый период покрывался сравнительно тонкой пленкой морского льда или, как доказывают некоторый гляциологи, плавучим шельфовым ледником, похожим на современный ледник Росса в Антарктиде.

Некоторые геологи очень рано поняли, что если теория Агассиса верна, то на формирование наземных ледниковых покровов должна была пойти огром| ная масса воды и что ее источником мог быть только Мировой океан. Еще в 1841 году вышла примеча! тельная работа шотландского геолога Чарлза Макла- рена, в которой он отметил: «В связи с теорией Агассиса возникает вопрос, которого сам он не коснулся. Если допустить, что вся огромная область между 35-й параллелью и Северным полюсом одевалась покровом льда, толщина которого позволял^ ему перекрыть горы Юры с их высотами до 5000 французских футов, или одной английской мили, ТО становится очевидным, что изъятие такого количества воды из океана не могло не оказать существенного влияния на его глубину». Опираясь на те скудные данные, которые тогда были доступны, Макларен подсчитал, что «...потери воды, вызванные формированием упомянутого покрова льда, должны были приводить к снижению океанского уровня на 800 футов».

Тогда этот вывод казался чистой фантазией, однако уже к 1868 году появилось достаточно данных, чтобы дать и сравнительно точную оценку «ледникового» падения уровня океана. Поскольку границы ледниковых покровов были ясно показаны на картах, то для ее получения не хватало лишь одного-надежных сведений о средней толщине ледниковых покровов. Чтобы эти сведения были, геологи начали сбор данных о следах покровного оледенения в горах. Их рассуждения были просты: если вершина горы покрывалась льдом, значит, толщина последнего здесь была как минимум равна высоте горы. Более точную информацию могли дать горы, которые, подобно горе Мо- наднок в штате Нью-Гэмпшир, затоплялись льдом лишь частично, так что их вершины оставались свободны от оледенения и выступали над поверхностью ледникового покрова, образуя скалистые острова в море льда. Сейчас, когда льда уже нет, его прежний уровень в таких местах можно определить по границе, на которой резко меняется облик горных склонов. Ниже этой границы все скальные выходы выровнены и сглажены, выше ее они имеют неровную, угловатую форму. Так что толщину древнего льда здесь можно восстановить просто по высоте указанной границы над окружающей местностью.

Использовав подобные расчеты, геологи смогли установить, что средняя толщина материковых ледниковых покровов Северного полушария была свыше полутора километров. Отсюда можно было дать и первую грубую оценку объема льда этих покровов. Первым, кто сделал соответствующий расчет, был геолог из Кливленда Чарлз Уитлси. В статье, увидевшей свет в 1868 году, он так описал свою задачу:

«... показать, что в ледниковый период неизбежно происходило падение уровня океана... Накопление льда на суше могло идти только за счет осадков, которые выпадали в виде снега и дождя, а затем смерзались. Подлинный источник этих осадков-испарение с открытой поверхности океана. Конечно, озера, реки, болота и низменности тоже поставляли пар в облака, но они сами пополняли свои запасы влаги за счет океана... И если осадки, выпадавшие на поверхность суши, переставали возвращаться назад, то объем общеземного водного резервуара уменьшался». Уитлси рассчитал, что «...в период самого сильного похолодания падение уровня океана должно было составлять не менее 350 или 400 футов» (то есть 100-120 метров).

Падение уровня океана, предположенное Уитлси (и подтвержденное новейшими исследованиями), было достаточным, чтобы вызвать значительные изменения в географии морских берегов земного шара.

Сам Уитлси писал: «По мере регрессии океана менялись и очертания континентов; острова, входившие в состав архипелагов, подобных Вест-Индскому, объединялись, образуя новые острова, не столь многочисленные, но более крупные; в океане появлялись новые участки суши, а обширные отмели выходили на поверхность и причле- нялись к материкам». Позднейшие работы археологов и геологов показали, что среди участков сущи, отвоевывавшихся в ледниковый период у океана, был и так называемый Берингийский «мост», позволивший охотничьим племенам палеолита проникнуть из Азии на материк Северной Америки.

Вскоре затем в Шотландии и Скандинавии были обнаружены затопленные волноприбойные клифы и другие береговые формы, подтверждающие вывод о «ледниковом» снижении уровня океана. Но в некоторых местах геологи натолкнулись и на совсем другие образования, которые свидетельствовали: во время отступания льда уровень океана был выше современного. Особенно ясные следы таких уровней-поднятые террасы и береговые линии-были встречены на Скандинавском полуострове; в горах его центральной части отложения с морскими раковинами сейчас находятся на высотах, почти достигающих трехсот метров. Правильная интерпретация поднятых морских отложений этого типа была впервые дана шотландским геологом Томасом Джемисоном, который в 1865 году писал:

«В Скандинавии и Северной Америке, а также в Шотландии есть данные о погружении суши, которым сопровождалось покровное оледенение; странно сказать, но высоты, на которых в названных районах находят морскую фауну, практически везде одинаковы Я пришел к выводу, что данное погружение каким-то образом связано с той огромной нагрузкой, которую испытывала покрывавшаяся льдом суша». Далее Дже- мисон поделился своими мыслями о возможных причинах такого погружения. Согласно его предположению, под верхней, жесткой частью земной коры должен лежать слой расплавленных пород, который течет под давлением.

Впоследствии эти оригинальные и смелые выводы получили подтверждение в данных геофизических измерений. Как и предполагал Джемисон, верхние слои земной коры действительно плавают на подстилающем их более текучем материале. И когда на поверхности Земли формируются массы льда, земная кора испытывает погружение-точно так же, как оседает юдка при увеличении числа ее пассажиров.

Таким образом, поднятые береговые линии, наблюдаемые в областях древних оледенений, могут поведать интересную историю вторжений океана, или, как говорят геологи, морских трансгрессий. Пока продолжался сам ледниковый период, происходило глобальное надение уровня океана, которое заставило все береговые линии сместиться более чем на сто метров вниз В то же время тяжесть ледниковых покровов вызывала местное прогибание подстилающих участков земной коры. А убьюание оледенения сопровождалось реакцией двух разных типов: немедленным повышением уровня океана и постепенным поднятием земной поверхности. Таким образом, при дегляциации Новей Англии, Скандинавии и других областей древнего оледенения на освобождавшиеся от льда площади немедленно наступали (трансгрессировали) моря. Однако со временем земная кора этих областей поднималась до своей первоначальной высоты, вызывая там кажущееся снижение уровня (регрессию) океана. В некоторых районах поднятие земной коры, связанное с дегляциа- Цией, все еще продолжается. Например, в районе озера верхнее (Канада) это поднятие и сейчас идет со скоростью тридцать пять-сорок сантиметров в столе- ие. А вот за пределами древнеледниковых областей история, которую могут рассказать береговые линии, овеем не так замысловата: там эти линии отражают ишь глобальные понижение и повышение уровня океа- г ' пР°исходивщие в ответ на изъятие воды из главноРезеРвуара Земли и возвращение ее обратно.

Пока одни геологи распутывали загадки в древне- ледниковых областях, другие вели исследования на площадях, лежавших за их пределами. И их тоже ждали открытия. Они, в частности, выяснили, что во время похолодания во внеледниковых областях Европы, Азии и Северной Америки сформировался плащ своеобразных пылеватых (алевритовых) отложений, которые отличаются гомогенностью и желтоватым цветом. Эти отложения, как оказалось, покрывают общую площадь более двух с половиной миллионов квадратных километров. Их стали называть лёссами, заимствовав народный термин, который был в ходу у немецких крестьян. В некоторых районах толщина лёссового плаща превышала три метра, в других-была значительно меньше, а сам плащ становился прерывистым, пятнистым.

Лёссовые отложения впервые заинтересовали геологов еще в начале XIX века, однако их происхождение долго оставалось неразгаданным. Тот факт, что они состояли из очень мелких, хорошо сортированных зерен алевритовой размерности, наводил на мысль о связи лёссов с динамичными водными массами. Однако в них отсутствовала горизонтальная или косая слоистость, характерная для морских и озерных осадков. Отсутствовали в лёссах и остатки морской фауны. Удовлетворительное объяснение их происхождения появилось только в 1870 году. Его дал немецкий геолог Фердинанд фон Рихтгофен, который не только опубликовал свою теорию, но и потратил много сил на ее защиту от нападок скептиков.

«Совершенно очевидно,-писал Рихтгофен,-что ни одно из известных свойств лёссов не может быть объяснено существующими теориями, в том числе и гипотезой их водного происхождения. Ни моря, ни озера, ни реки никак не могли аккумулировать эти осадки на горных склонах, расположенных на высотах до 8000 футов (2,4 км). Ни отсутствие слоистости, ...ни характерная для лёссов столбчатая отдельность, ни беспорядочность распределения и угловатость формы зерен кварца^ ...ни, наконец, включения наземных моллюсков и костей наземных млекопитающих также никак не объяснишь с точки зрения этой (водной) концепции.

Существует лишь один большой класс процессов, птооый может быть привлечен для интерпретации ма- К пиала лёссов, отличающегося исключительной гомо- Тенностью и образующего покровы на площадях во многие сотни квадратных километров... Эти процессы- оловые: тот агент, который мог выносить пыль из г их мест и отлагать ее на покрытых растительностью поверхностях,-это ветер. Причем по мере накопления новых порций эолового материала на лёс- сах может продолжаться развитие почв».

Представление об эоловом происхождении лёссовых отложений получило всеобщее признание. Тем самым геологи внесли дополнительную ясность в интригующую картину природных условий ледникового периода, еще одна деталь этой картины встала на свое место. Таяние льда и сток с южных краев ледниковых покровов вели к выносу огромных масс пылеватых продуктов ледникового истирания горных пород - тонкозернистых песков и алевритов. Вместе с галечниками и песками они накапливались в ледниковых предпольях, где оставались незакрепленными, так как не фиксировались ни многолетним снегом, ни растительным покровом. Пылеватый материал беспрепятственно выносился из приледниковой зоны сильными ветрами, которые периодически срывались с ледникового покрова. Идеи Рихтгофена были подтверждены наблюдениями на Аляске, где подобные процессы действуют и сейчас: летнее таяние ледников и сток талых вод сопровождаются выносом масс алеврита, которые отлагаются в приледниковой зоне, быстро высыхают, выдуваются ветрами и отлагаются на степных площадях; буквально на глазах наблюдателей там формируются плодородные лёссы,

Тонкозернистые осадки, вынесенные потоками талых ледниковых вод с территории Канады, оказались бесценным подарком для фермеров Среднего Запада США, Ледниковые ветры развевали и перенот сили эти осадки на юг, где они стали основой богатых, легко культивируемых и хорошо дренированных почв американского кукурузного пояса.

На американском Западе геологи нашли доказательства того, что в ледниковом периоде климат ныне ^устынных земель Юты, Невады, Аризоны и южной асти Калифорнии был значительно более влажным. т дневнвех >вая запись инженера-топографа Говарда Стенсбери, занимавшегося съемкой равнинных побережий Большого Соленого озёра в 1852 году:

«На склоне хребта, примыкающего к береговой равнине, я насчитал тринадцать отчетливых бенчей, или волноприбойныхплощадок; очевидно, они выработаны древним озером, уровень которого неравномерно снижался, надолго задерживаясь на высоте каждого бенча. Самый высокий бенч сейчас на 200 футов (60 м) возвышается над днищем озерной котловины... Если это предположение верно-а все как будто бы говорит в пользу его правильности,-тю здесь располагалось внутреннее море, простиравшееся на сотни миль, а изолированные горы, высящиеся на западе и юго- западе прибрежной равнины, явно становились большими островами, похожими на острова, которые сейчас выступают из воды остаточного озера».

Дальнейшие исследования подтвердили выводы Стенсбери. В 1870-х годах сотрудник Геологической службы США Гроув Гилберт доказал, что Большое Соленое озеро-всего лишь остаток древнего и гораздо более крупного бассейна, который он назвал озером Бонневилл (). По своим размерам оно превосходило любое из современных Великих озер Северной Америки, а его максимум приходился на время великого оледенения. Тем самым было доказано, что на Западе США климат ледникового времени был не только холоднее, но и много влажнее современного.

Уже в самом начале эры исследований ледникового периода геологи натолкнулись на факты, свидетельствующие о многократности древних оледенений. Так, Эдуард Коломб, работавший в Вогезах (Франция), еще в 1848 году сообщил о находке в одном из обнажений двух слоев морены. Однако в этом случае моренные слои разделялись лишь толщей речных отложений, образование которых можно было толковать по-разному: и как свидетельство небольшого и кратковременного отступания ледникового языка, и как указание на длительный перерыв в оледенении. В 1850-х годах подобные находки были сделаны также в Уэлсе, Шотландии и Швейцарии, однако и они не поколебали господства консервативных взглядов: в межморенных слоях большинство геологов по-прежнему видели следы лишь мелких колебаний климата, осложнявших течение единого ледникового периода.

Однако в 1863 году Арчибальд Гейки в своей работе, посвященной ледниковым отложениям Шотландии, доказал, что растительные остатки, залегающие между моренными толщами, представляют собой подлинное свидетельство длительных теплых интервалов, которые разделяли разные ледниковые эпохи  

А в 1873 году директор Геологической службы штата Иллинойс Амос Уорзен смог продемонстрировать гу- мусированный почвенный горизонт, успевший развиться на нижней морене прежде, чем ее перекрыла верхняя. И поскольку для образования почвы подобного рода необходимы и достаточно теплый климат, и обильная растительность, ее присутствие-сильный аргумент в пользу существования не только холодных ледниковых эпох, но и теплых межледниковых. Прошло еще несколько лет, и американцы Джон Ньюберри и У.Дж.Макги подвели черту под спорами в США, показав, что на Среднем Западе между двумя моренными горизонтами заключены остатки-стволы и корни-древнего леса. В те же годы доказательства неоднократности оледенений были найдены также в Западной Европе и в европейской части России. В 1870-е годы два горизонта морены, отделенные друг от друга слоем лёсса, были обнаружены в районе Полтавы. Еще через десятилетие геологические доказательства двух оледенений и разделявшего их теплого этапа были представлены русскими геологами А. П. Павловым и Н. Н. Боголюбовым для ряда районов Центральной России, включая Подмосковье, Приалатыр- ский край и бассейн Оки. На межледниковом этапе климат, по словам А. Н. Криштофовича, «был умереннее, чем современный, и, вероятно, влажнее».

Можно считать, что в 1875 году начальный период изучения природы ледниковых эпох был завершен. К этому времени былц составлены карты древнеледниковых покровов; определены изменения уровня Мирового океана; выяснено, какие области имели холодный и влажный климат, какие-холодный и сухой. Науке стало известно, что в истории Земли было не одно- единственное оледенение, а целая череда ледниковых эпох, отделенных друг от друга теплыми межледни- ковьями, климатические условия которых были близки к современным. Теперь, во всеоружии этих знаний, геологи были готовы направить свое внимание от сбора фактов к разработке теории.

К содержанию книги: Джон Имбри - Тайны ледниковых эпох