Часть II. В ПОИСКАХ ПРИЧИНЫ. СУТЬ ПРОБЛЕМЫ

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

Итак, подтвердив и развив теорию Агассиса, геология оказалась лицом к лицу с проблемой причин великих оледенений. В связи с этим особое значение приобрели вопросы: что вызывало рост ледниковых покровов прошлого? Почему, распространившись почти на треть площади земной суши, они вдруг начинали отступать? И самый интригующий из них- грозит ли человечеству новое оледенение?

Появилось множество теорий. Некоторые из них первоначально казались правдоподобными, но затем опровергались новыми данными и отбрасывались. Другие не поддавались проверке и потому исключались из рассмотрения, получив популярный в Шотландии приговор: «не доказано».

Безуспешность многих попыток найти ключи к тайне ледникового периода объяснялась узостью подхода к этой проблеме; гляциологи и геологи часто стремились решить ее, занимаясь лишь изменениями самих ледниковых покровов. Им не хватало понимания того, что оледенение-только одно из звеньев глобальной климатической системы, а другими ее звеньями являются такие динамичные элементы планеты, как океан и атмосфера. Эти три элемента тесно взаимодействуют друг с другом, и система «оледенение-океан-атмосфера» работает как единая гигантская машина. Нарушение в одной части этой системы вызывает ответные изменения в других ее частях.

Энергия, которая поддерживает работу климатической машины, скажем,* обеспечивает движение воздушных масс или морских течений, поступает от Солнца. Солнечную энергию получает каждый элементарный объем атмосферы, каждый пункт земной поверхности. Часть этой энергии возвращается в космос, что происходит в результате ее отражения облаками, частицами атмосферной пыли, поверхностью океана и суши.

Остаток энергии поглощается, а затем вновь излучается в космическое пространство. Таким образом, каждая часть климатической системы ежедневно усваивает определенное количество энергии, получая его от Солнца, и расходует энергию через отражение и излучение.

Точное равновесие между приходом и расходом солнечной энергии наблюдается только на двух параллелях: 40° с.ш. и 40° ю.ш.

На всех других широтах радиационный баланс оказывается неравновесным, и, следовательно, земная поверхность там испытывает либо нагревание, либо охлаждение. Вблизи экватора этот баланс положительный, что ведет к повышению температуры; поверхности суши и океана в экваториальной зоне поглощают много радиационного тепла, поскольку солнце в ней стоит высоко и продолжительность его сияния велика. В приполярных районах, наоборот, радиационный баланс отрицательный и энергия постоянно теряется: снежно-ледяной покров этих районов обладает большой отражательной способностью, а Солнце стоит низко, и его лучи падают на Землю под малыми углами. И если бы температурный режим нашей планеты зависел только от радиации и ее отражения, то полярные области становились бы с каждым годом холоднее, а экваториальные и тропические-жарче. Этого, однако, не происходит, так как существуют воздушные и морские течения, которые переносят тепло от экватора к полюсам. Представление о механизмах переноса тепла дают пассаты и тропические ураганы, а также такие мощные течения, как Гольфстрим в Атлантическом и Куросио в Тихом океанах. В то же время другие течения, следующие вдоль восточных границ Северной Атлантики и северной части Тихого океана, несут холодную воду с севера на юг* в сторону экватора.

Любая серьезная теория оледенения должна непременно учитывать, что изменения больших ледниковых покровов неизбежно сказывались на всех остальных элементах климатической системы. Например, увеличение размеров ледниковых покровов означало, что определенная масса воды «изымалась» из океана, переносилась в виде атмосферного пара в район оледенения, а затем отлагалась там в виде снега. Таким образом, изменения объема ледников Земли были неразрывно связаны с колебаниями уровня океана. Кроме того, изменения в площадях льда и снега не могли не влиять на радиационный баланс планеты. В самом деле, когда ледниковые покровы росли, росли и потери тепла, связанные с отражением поступающей на Землю радиации, а значит, снижались глобальные температуры, создавая условия для дальнейшего усиления оледенения. И наоборот, когда ледниковые покровы сокращались, эти температуры должны были повышаться, вызывая еще более сильное таяние льдов. Такого рода положительным обратным связям в системе «оледенение-радиационный баланс» придается важнейшее значение в целом ряде теорий оледенения, поскольку они раскрывают природный механизм, с помощью которого могут усиливаться небольшие начальные изменения в размерах ледниковых покровов.

Главная цель большинства теорий как раз и состоит в том, чтобы найти причину этого начального изменения. С 1837 года, то есть со времени Невша- тельского трактата Агассиса, для его объяснения были предложены десятки теорий.

В числе первых из них была теория, предполагавшая, что ледниковый период явился следствием сокращения энергии, поступавшей на Землю от Солнца.

И в этом, конечно, был свой резон: раз климатическая машина питается солнечной энергией, то достаточно сильное уменьшение инсоляции действительно могло вызвать похолодание и оледенение. Беда лишь в том, что никакими данными, подтверждающими снижение солнечной радиации в ледниковый период, наука не располагает. Поэтому аргументы, подтверждающие солярную теорию, носят в лучшем случае лишь косвенный характер. Правда, наблюдения, выполненные за последнее столетие, говорят о существовании слабой корреляции между изменениями в температурах и атмосферных осадках, с одной стороны, и числом солнечных пятен-с другой. Но к сожалению, никто пока не доказал, что вместе с количеством солнечных пятен изменяется и поступление солнечной энергии. Другой аргумент, также основанный на косвенных соображениях, сводится к тому, что незначительные подвижки горных ледников, отмеченные в последнее тысячелетие, вроде бы происходи- яя параллельно с изменениями солнечной активности, ^ти колебания ледников были невелики, но они все же позволяют говорить о температурных изменениях, имевших размах в 1 или 2° С. Однако если бы кому-то и удалось доказать, что колебания климата определялись вариациями в солнечной активности, подтвердив это данными наблюдений, выполненных в последние сто или даже тысячу лет, то это бы еще не значило, что доказана и солярная обусловленность древнего оледенения. Большинство специалистов считают, что настоящая проверка солярной теории будет возможна лишь тогда, когда мы научимся рассчитывать изменения интенсивности солнечной радиации во времени. А пока это не сделано, идея о причинной связи между оледенениями и указанными изменениями будет пребывать в состоянии неопределенности, то есть оставаться ни доказанной, ни отвергнутой.

Другая теория предполагает, что климатические изменения, приводившие к оледенениям Земли, были обусловлены неравномерным распределением частиц пыли в космическом пространстве. По одному ее варианту, тенденция к похолоданию устанавливалась тогда, когда Земля проходила через области с повышенной концентрацией космической пыли и значительная часть энергии солнечной радиации рассеивалась этой пылью. По другому варианту той же теории, эффект прохождения солнечной системы через пылевое облако был как раз обратным: пыль в огромных количествах попадала на Солнце, чем усиливалась яркость его свечения и повышалась температура на Земле. Совершенно ясно, что к серьезному рассмотрению «теории космической пыли» можно будет приступить не раньше, чем удастся примирить эти два ее варианта. И если даже такое примирение будет достигнуто, перед исследователями встанет другое, еще более серьезное препятствие-невозможность конкретной проверки этой теории. Ведь астрономия до сих пор не знает ответа на вопрос о том, как менялась концентрация космической пыли между Землей и Солнцем на протяжении геологической истории. Будь в нашем распоряжении хронология изменений этой концентрации, ее можно было бы сопоставить с хронологией оледенений. И только в случае хорошей увязки обоих «календарей» мы могли бы с чистой совестью заключить, что данная теория получила надежное подтверждение.

Еще одна теория использует эффекты изменений концентрации углекислого газа в атмосфере. Содержание этого газа очень невелико, оно составляет лишь около 0,033% массы атмосферы. Тем не менее, судя по данным исследований, он оказывает весьма важное влияние на глобальный климат. Все дело в особых свойствах углекислого газа: будучи сравнительно прозрачным для коротковолновой радиации, поступающей от Солнца, он в то же время непрозрачен для длинноволнового излучения, направленного от Земли в космос. По этой причине вариации в количестве атмосферного С02 могут вызывать существенные изменения теплового баланса Земли: с ростом концентрации этого газа атмосфера по своим свойствам все более приближается к стеклянной крыше оранжереи, которая, к&к известно, обеспечивает нагрев оранжерейного воздуха путем «улавливания» приходящей лучистой энергии.

По убеждению многих ученых, достаточно большое снижение уровня концентрации углекислого газа в атмосфере могло стать причиной разрастания ледниковых покровов. Однако возникает вопрос: почему этот уровень снижался? Очевидно, что до тех пор, пока не будет объяснено, как и почему эта концентрация менялась на разных этапах истории Земли, и в частности почему она оказалась низкой именно тогда, когда происходили оледенения, данная теория должна оставаться в списке тех идей, которые кажутся правдоподобными, но пока не поддаются проверке.

Одна из самых драматичных теорий древнего оледенения исходит из предположения, что начала разрастания ледниковых покровов приходятся на эпохи резких учащений вулканических извержений взрывного типа. При таком усилении вулканизма атмосфера засорялась тонкими продуктами извержений, которые отражали лучистую энергию Солнца в космос, вызывая похолодания климата.

Наблюдения, проведенные сразу после мощных вулканических извержений, подтвердили, что эта теория имеет вполне достоверную основу. Так, в 1883 г. при взрыве вулкана Кракатау в Зондском проливе, Уничтожившем большую часть одноименного острова, атмосферу на высоту до Восьмидесяти километров Шо ВЬ1брошено такое грандиозное количество пепла, что связанные с ним необычайно красные закаты повсеместно отмечались на протяжении двух лет. Причем, судя по данным тщательных измерений, рост вулканогенного запыления атмосферы ощутимо снижал среднюю температуру планеты. Климатические условия пришли в норму только после того, как пепел осел и атмосфера снова стала чистой. Однако если допустить, что повторяемость подобных извержений повышалась, то температурные эффекты каждого из них могли суммироваться, и-как знать?-не срабатывал ли при этом эффект снежного кома, превращая череду отдельных похолоданий в глубокий и устойчивый холод ледниковой эпохи?

Весьма важно, что прослойки вулканической пыли могли сохраняться в погребенных почвах, в толщах льда существующих ледников, в слоях донных осадков озер и океана, образованных во время извержений. Ведь именно благодаря этому появляется возможность проверить данную теорию путем сравнения хронологии ледниковых климатов с датированными разрезами, содержащими включения вулканического материала. Однако на практике пока еще никому не удалось провести такую проверку: не хватает точности в определениях возраста слоев, недостаточно обширны области, в которых ведутся исследования и сопоставления.

Согласно еще одной теории, разработанной в XIX веке Чарлзом Лайелем, причиной оледенений были вертикальные движения земной коры. Эта теория учитывала, что общий подъем материков должен был вызывать снижение температур, поскольку общеизвестно, что с увеличением высоты атмосфера становится холоднее. Более детальный вариант данной теории был изложен в 1894 году американским геологом Джеймсом Дэна, по идее которого глобальные поднятия охватывали не только области суши, но и некоторые участки морского дна. В результате возникала среди прочего «...новая суша или полоса мелководья, которая проходила вдоль южной границы Норвежского моря и соединяла Скандинавию с Гренландией, так что арктические области оказывались отрезаны от того притока тепла, который ныне поступает в них с Гольфстримом. С другой стороны, ограничение сферы действия последнего лишь средними широтами Северной Атлантики должно было приводить к концентрации тепла в этой части океана, к ее общему разогреву и росту связанных с ней атмосферных осадков».

Однако эта теория вызвала серьезные возражения шотландского геолога Джеймса Гейки, брата Арчибальда Гейки; еще в 1874 году он указал на нереалистичность гипотезы, предполагающей столь «внушительные осцилляции земной коры за такое короткое время. Нелегко представить себе воздымания коры, которые бы охватывали всю сушу Северного полушария, но эти трудности должны еще более возрасти, как только мы возьмемся за объяснение ледниковых явлений и Южного полушария». Все данные, собранные в последующие десятилетия, только подтверждают обоснованность отрицательной реакции Дж. Гейки. И уж у нас-то тем более нет оснований для защиты теории Лайеля-Дэна.

Последняя группа теорий выдвинута сравнительно недавно. Их авторы едины в одном: все они пытались объяснить ледниковые эпохи, выделив и рассмотрев отдельные элементы климатической системы, которые они считали ключевыми. Наибольшую известность среди них, пожалуй, приобрела теория, предложенная в 1964 году новозеландским ученым Алексом Уилсоном. По идее Уилсона, первопричиной похолоданий, ввергавших мир в ледниковые эпохи, были внезапные спуски крупных частей Антарктического ледникового покрова в океан. Если традиционные схемы предполагают, что те массы снега и льда, которые накапливаются на поверхности этого покрова и медленно стекают к его периферии, ежегодно компенсируются откалыванием айсбергов, то, по теории Уилсона, приход и расход льда могут быть и совсем не сбалансированными. Уилсон допускал, что в истории Антарктического ледникового покрова чередуются длительные периоды накопления его массы с кратковременными этапами разгрузки льда в океан. При этом само увеличение массы льда, в ходе которого толщина ледникового покрова растет, его придонные части подвергаются таянию и под ними образуется про- ^лоика воды, как раз и оказывается причиной последующего сброса, или ледникового сёрджа. Уже доволь- о Давно известно, что внезапные, периодически повторяющиеся подвижки-пульсации, во многом похожие на эти сёрджи, характерны и для некоторых горных ледников, так что Уилеон, по существу, только распространил на Антарктиду идею, которую он заимствовал из горной гляциологии. Климатические эффекты антарктических сёрджей, вероятно, были бы действительно очень большими, ведь в результате каждого из них окружающий океан покрывался бы толстым слоем плавучего льда-циркумантарктическим шельфовым ледником со свойственной ему высокой отражательной способностью, или альбедо. Так что совсем не исключено, что изменения в тепловом балансе, которые последовали бы за появлением такого плавучего ледника, могли стать причиной ледниковой эпохи.

Но, к разочарованию многих исследователей, яркая теория Уилсона до сих пор не нашла фактического подтверждения. В самом деле, если такие сёрджи действительно имели место, то они неизбежно вызывали бы драматические повышения уровня океана. И тогда выходит, что каждой ледниковой эпохе должно было предшествовать внезапное повышение этого уровня. Однако, увы, никаких следов подобных событий не обнаружено. Скорее наоборот: инициация каждого нового оледенения совпадала не с повышением, а с началом этапа снижения уровня океана, о чем мы уже говорили в главе 3. Кроме того, можно ожидать, что после таяния таких огромных шельфовых ледников на дне океана оставались бы какие-то специфические отложения. И тот факт, что они никем не найдены, также заметно снижает доверие к этой теории.

Вторая теория данной группы была предложена в 1956 году двумя сотрудниками Ламонтской геологической обсерватории Колумбийского университета Морисом Юингом и Уильямом Донном. По их мнению, современные температурные условия Арктики вполне благоприятны для развития покровного оледенения, и если оно не возникает, то только потому, что для этого не хватает осадков. Отсюда один из гравных тезисов теории: решающее условие оледенения Арктики-это усиление притока несущих влагу воздушных масс и рост интенсивности снегопадов. А с расширением площадей снега и льда должен включаться и механизм самопроизвольного охлаждения, связанный с усилением отражательной способности земной поверхности. Но что же это за фактор, который способен повысить влажность Арктики и стать причиной общей тенденции, или тренда, к похолоданию?

Ответ на этот вопрос составляет самую соль теории Юинга- Донна, он-в их идее, что для начала арктического оледенения необходимо лишь одно: чтобы Северный Ледовитый океан хотя бы на короткое время освободился от ледяного покрова и открылся для приток i теплой воды из Северной Атлантики. При отсутс вии покрова морских льдов этот океан должен был становиться мощным испарителем, воздух над ним-«заряжаться» водяным паром, а интенсивность снегопадов над окружающей сушей-резко возрастать. Остальное довершается взаимодействиями в системе «оледенение-радиационный баланс», которые усиливают похолодание и доводят этот тренд до установления условий ледниковой эпохи. Что же касается дегля- циации, то, по Юингу и Донну, она начиналась после того, как указанное похолодание достигало точки, на которой Северный Ледовитый океан вновь замерзал. Потеряв главный источник атмосферного питания, ледниковые покровы должны были убывать, уровень океана -повышаться, а ветви теплого Северо-Атлантического течения-прорываться в Арктику и растапливать ее морские льды.

Если верить этой изобретательной теории, то природные климатические циклы прошлого, в которых теплые межледниковья чередовались с эпохами оледенений, возникали без вмешательства каких-либо внешних сил и были чистым результатом динамических взаимодействий внутри системы «оледенение-океан- атмосфера». Теория Юинга-Донна в принципе поддается проверке, так как ею предсказывается определенная последовательность событий, которые вполне могли оставить материальные следы в разрезах глубоководных осадков Северного Ледовитого океана.

Так, вполне очевидно, что в слоях, сформированных в самом начале ледниковой эпохи, должны были бы содержаться остатки морской фауны, приспособленной к жизни в условиях хорошей освещенности. Но вот тут-то и наступает разочарование: такой фауны в этом океане не найдено. Наоборот, по данным комплексно- о изучения донных осадков, за последние миллионы лет он ни разу не освобождался от покрова морских льдов.

Остальные теории, базирующиеся на внутренних свойствах климатической системы, анализировать еще труднее, чем теории Уилсона и Юинга-Донна. Среди них достойна упоминания так называемая стохастическая теория, которая в последние годы приобрела немало сторонников. Ее исходным постулатом служит допущение, что одним из самых изначальных, глубинных свойств климата является крупномасштабная изменчивость.

Известно, что в коротких масштабах времени случайные изменения климатических характеристик происходят из месяца в месяц и из года в год. Стохастическая же теория еще и утверждает, что чем продолжительнее изучаемый интервал времени, тем амплитуда этих изменений больше. Причем делаются ссылки на тот факт, что климатические различия, наблюдаемые между соседними десятилетиями, обычно превосходят различия между соседними годами, входящими в те же десятилетия. Теория предполагает, что этот тренд сохраняется безгранично, то есть что если брать все более длительные интервалы времени, то размах наблюдаемых изменений будет непрерывно нарастать. И уж конечно, все это подкрепляется изощренными математическими аргументами.

Каков же общий итог? Не очень обнадеживающий. Из восьми крупных теорий, предложенных для объяснения древних оледенений, три пришлось отвергнуть, а остальные пять отнести к числу неопределенных, не поддающихся проверке. Однако наше дело отнюдь не проиграно, так как имеется еще одна теория-теория, которая впервые заявила о себе всего лишь через пять лет после Невшательского трактата Агассиса.

К содержанию книги: Джон Имбри - Тайны ледниковых эпох