Древнее оледенение и жизнь

В Европе возраст одного из древних материковых оледенений (гюнцского?) был определен в 400 — 350 тыс. лет назад, что свидетельствует в пользу относительно короткой геохронологической шкалы плейстоцена. Однако остается некоторое сомнение в правомочности полученных результатов, так как трудно точно измерить малые количества какого газообразного продукта распада, как аргон.

Методы абсолютной хронологии, основанные на применении радиоактивных изотопов, имеют неоспоримое преимущество для установления последовательности событий четвертичной истории, но есть у этих методов и свои ограничения. Прежде всего нельзя исключить вероятность различных загрязнений, попавших в анализируемые образцы. Между датированными отрезками времени остаются различные по продолжительности интервалы, особенно в эоплейстоцене, континентальные отложения которого довольно слабо изучены. Наконец, далеко не всегда находятся подходящие образцы для датирования, а сами радиоизотопные анализы дорогостоящие.

В силу вышеизложенных причин часто практикуются методы относительной геохронологии, существенно дополняющие определения абсолютного возраста. В качестве объектов исследования привлекаются костные остатки млекопитающих, раковины моллюсков, створки фораминифер и остракод, пыльца и споры растений. По этим остаткам фиксируются в основном температурные колебания, но в ряде случаев регистрируются также изменения осадков и другие показатели климатов прошлого — индикаторы условий обитания растений и животных.

Следует отметить, что имеются немалые трудности при сопоставлении данных по эволюции морских и континентальных организмов. Правда, океанологи и гидробиологи полагают, что установленную последовательность колебаний температуры морской воды можно непосредственно сопоставить с изменениями климатических условий на суше, но на самом деле эта зависимость гораздо сложнее.

Путем привязки результатов микропалеонтологических исследований морских осадков к абсолютной хронологической шкале, созданной на основе радиоуглеродных, протактиниево-ториевых и протактиниево-иониевых датировок, удалось детально проследить колебания природных обстановок за последние 175 тыс. лет. При этом в колонках с наиболее однородной текстурой осадков была выявлена постоянная скорость седиментации порядка 2,5 см в 1000 лет. Мощность всей толщи плейстоценовых отложений составляла 38 м, а продолжительность четвертичного периода — более чем 1,5 млн. лет.

Для регистрации последовательных изменений природной среды в прошлом широко используется спорово-пыльцевой анализ. Этот метод прежде всего основывается на хорошей сохранности внешних оболочек пыльцевых зерен и оболочек спор растений (рис. 8), особенно при отсутствии доступа воздуха (например, в торфе, озерных илах и глинах). Пыльца и споры производятся растениями в огромных количествах. Так, из одной сережки орешника выпадает до 14 млн. пыльцевых зерен, а из одного растения щавеля — 400 млн. Перенос пыльцы и спор осуществляется ветром, текучими водами, насекомыми, летучими мышами, птицами и даже пресноводными моллюсками. Эксперименты показали, что преобладает транспортировка этих микроскопических частиц на относительно небольшие расстояния. Поэтому «пыльцевой дождь» для конкретной территории в большинстве случаев примерно соответствует составу наземной растительности.

Пыльца и споры садятся на поверхность суши и на дно водоемов. Эти частицы очень малы (от 10 до 150 мк) и обычно бывают достаточно полно представлены даже в небольших образцах породы. Отбор образцов из геологических разрезов проводят послойно, причем большая частота отбора обеспечивает детальную информацию. В итоге спорово-пыльцевого анализа составляются диаграммы, на которых графически показано процентное содержание пыльцы и спор различных растений. Этот метод обладает высокой информативностью, во всяком случае, по сравнению с другими палеогеографическими методами.

В Англии получило распространение изучение остатков жуков, прежде всего их надкрылий, которые лучше всего сохраняются в озерных и болотных отложениях. По строению эти ископаемые формы обнаруживают сходство с современными и позволяют воссоздать условия обитания. В ряде разрезов слои с остатками жуков датированы радиоуглеродным методом, получена своеобразная летопись изменений природы. При сопоставлении с результатами спорово-пыльцевого анализа выяснилось, что благодаря высоким темпам распространения жуки быстрее реагируют на изменения температуры, чем растения. Таким путем удалось существенно дополнить представления о климатах эпохи последнего оледенения и послеледникового времени.

Рис. 9. Формирование рельефа краевой ледниковой зоны во время подвижки ледника (вверху) и после его таяния (внизу) (По В. Шенпсу)

КМ — конечная морена; ЛГ — ледяные глыбы; ЗР — зандровая равнина;

Д — дельта; О — озеро; М — моренная равнина; ОГ — озовая гряда;

К — котловина; ОЗ — озерная равнина

Рис. 10. Палеомагнитная шкала геологического времени (слева) и изменения палеотемператур за последние 5 млн. лет (справа) (по Д. Тарлингу),

Физические свойства климата неизбежно проявляются в составе и строении поверхностных отложений (рис. 9). Само присутствие донной морены указывает на пребывание ледника. По составу крупных валунов в морене можно представить пути движения ледника и характер его воздействия на ложе. Наличие ленточных отложений свидетельствует о развитии плотинных озер, получавших сток талых ледниковых вод. Для диагностики очень холодного климата важную роль играет изучение следов многолетней мерзлоты (палеокриологический метод). Современные исследователи достаточно уверенно различают такие ископаемые мерзлотные явления, как каменные полосы и полигоны, криотурбационные смятия слоев, морозобойные клинья, полигональные грунты, термокарстовые воронки, валунные поля и солифлюкционные покровы. Большой набор интересной информации о климатических условиях прошлого дает изучение лёссов и погребенных почв. Даже гранулометрический анализ лёссов позволяет раскрыть важные особенности перигляциальных обстановок. Дополнительные сведения получают благодаря применению минералогического, геохимического и других методов.

Еще одно важное средство изучения истории четвертичного периода — анализ изменения магнитного поля Земли. Палеомагнитные исследования обнаружили ряд колебаний полярности магнитного поля Земли, и эти колебания в нескольких случаях удалось датировать с помощью калий-аргонового метода. Палеомагнитный метод широко распространен для датирования как континентальных, так и морских отложений (рис. 10). Выяснилось, что присущая настоящему времени нормальная полярность была свойственна последним 700 тыс. лет, составляющим магнитную эпоху Брюнес. Предыдущие 1,7 млн. лет с обратной полярностью относятся к эпохе Матуяма. В ее пределах выделены два коротких интервала с нормальной полярностью — Ярамилло (900 тыс. лет назад) и Олдувей (1,9 млн. лет назад). Все эти события в истории магнитного поля Земли позволяют установить важнейшие геохронологические вехи четвертичного периода.

Новейшие исследования помогли подробно проследить ход изменений полярности магнитного поля Земли и наметить довольно тесные зависимости между этими изменениями и вымиранием организмов. Синхронность подобных явлений показывает, что уменьшение полярности магнитного поля Земли перед сменой знака сопряжено с быстрым притоком космической радиации к поверхности Земли, соответственно возрастают темпы мутации, вызывающей вымирание старых и появление новых видов.

Комплекс данных по глубоководным осадкам океанов позволил выделить около 1,8 млн. лет назад начало крупного планетарного похолодания, сопоставляемого с нижней границей четвертичного периода. В это время усилилась миграция североатлантической фауны в Средиземное море, средняя температура поверхностных вод там понизилась до 20° (в настоящее время 25 — 26° С). Раннечетвертичное похолодание открыло эпоху часто повторявшихся на фоне общего ухудшения климата температурных колебаний. Амплитуда этих колебаний последовательно увеличивалась, и к началу плейстоцена (около 700 тыс. лет назад) холодные интервалы проявились особенно резко. Это послужило мощным стимулом развития материковых оледенений не только в полярных, но и в умеренных широтах.

СКОЛЬКО ОЛЕДЕНЕНИЙ БЫЛО В ЧЕТВЕРТИЧНОМ ПЕРИОДЕ?

Концепция множественности оледенений давно завоевала широкое признание, однако вопрос о числе оледенений все еще остается дискуссионным. Долгое время считали, что в четвертичном периоде было не менее четырех крупных покровных оледенений, оставивших следы в рельефе и отложениях материков умеренной зоны северного полушария. С известной долей условности число оледенений иногда доводили до пяти.

Такая позиция основывалась на популярной модели оледенения Альп, разработанной в начале нынешнего столетия А. Пенком и Э. Брюкнером. В основу этой модели были положены материалы изучения рельефа альпийских предгорий, где широко распространены террасы, сложенные водно-ледниковыми галечниками. Каждый террасовый уровень прислонен к определенным конечным моренам, фиксирующим стационарное положение концов ледников во время одного и того же наступания. Таким путем четыре основные террасы были сопоставлены с четырьмя оледенениями; гюнц, миндель, рисс и вюрм.