Ледяные лишаи

Значение теории Гернета состоит не в обосновании его проекта, а в выяснении причин колебаний климата и оледенения.

Современное состояние ледниковой теории

Максимум последнего оледенения по современным данным. Наши знания о гляциоклиматических событиях истории Земли за последние десятилетия несомненно обогатились и продолжают обогащаться. Обобщение и сопоставление имеющихся данных позволяет установить границы ледников и морских льдов. Наиболее надежно это может быть сделано по следам последнего оледенения с максимумом около 18 тыс. лет назад [30] .

30

Флинт Р. Ф.Ледники и палеогеография плейстоцена. М.: Изд-во иностр. лит., 1963.

Участники международной программы CLIMAP (Climatic Longterm Investigations, Mapping and Prediction — климатические долгопериодные исследования, картирование и предвидение) составили по новейшим данным ряд карт, показывающих климатические условия и общую природную обстановку на поверхности Земли, какой она была 18 тыс. лет назад [31] . Интересна реконструкция максимальных размеров последнего оледенения, отличающаяся от ранее выполненных представлением о «панарктическом» ледяном щите, занимавшем всю Северную полярную область, включая и Северный Ледовитый океан, что напоминает «Великий Гренландский ледяной лишай» Гернета. Мелкие шельфовые моря вместе с архипелагами островов были заняты материково-морскими покровными ледниками, подобными современной Западной Антарктиде, а над глубокими акваториями лежали шельфовые ледники, такие, как шельфовый ледник Росса в Антарктике и др. [32] Эта реконструкция кажется наиболее отвечающей всей совокупности современных представлений, хотя она и не общепризнана. Имеются, например, сторонники открытого полярного океана во время максимума последнего оледенения, замерзшего лишь в ходе его деградации с появлением благодаря таянию льдов поверхностного распресненного слоя, исчезавшего во время максимума оледенения [33] .

31

CLIMAP project members. The surface of Ice Age Earth. — Science, 1976, vol. 191, N 4232, p. 1131–1137.

32

Hughes Т., Denton G. H., Grosswald M. G.Was there a late Wurm Arctic Ice Sheet? — Nature, 1977, v. 266, N 5603, p. 596–602; см. также: Материалы гляциологических исследований МГГ: Хроника, обсуждения. М., 1978, вып. 32, с. 170–184.

33

Olausson Е., Jonasson U. С.The Arctic Ocean during the Wurm and early Flandrian. — Geologiska Foreningens i Stockholm Fornandlingar, 1969, v. 91, p. 185–200; Olausson E. Oceanographic aspects of Pleistocene of Scandinavia. — Geologiska Foreningens i Stockholm Fornandlingar, 1971, v. 93, p. 459–475.

Оледенение северного полушария во время последнего максимума 18 тыс. лет тому назад (по Р. Флинту)

1— распространение ледников; 2— современные ледники; 3— южная граница распространения морских льдов; 4— основные пути переноса воздушных масс; 5— теплые морские течения; 6— холодные течения. По последним реконструкциям теплое Северо-Атлантическое течение (Гольфстрим) поворачивало на юг даже значительно южнее, чем показывает Флинт, уже около 50° с. ш. В современных же условиях оно уходит в Северный Ледовитый океан вдоль берегов Сибири

Внешние причины колебаний оледенения и климата. Система «Земная поверхность — Атмосфера», помимо внутренних взаимодействий, подвержена и внешним влияниям. Основной внешней силой, определяющей динамику системы, является солнечная энергия. Ее суммарная величина определяется солнечной постоянной, равной 1,9 кал/см ²/мин (на поверхность, перпендикулярную солнечным лучам на верхней границе атмосферы). Часть этой энергии отражается в мировое пространство, часть поглощается атмосферой и лишь часть идет на нагревание поверхности Земли. На каждый участок земной поверхности в разное время года и суток падает разное количество солнечной энергии в зависимости от высоты солнца над горизонтом и состояния атмосферы. Падающая на земную поверхность солнечная энергия имеет суточный и годовой ход, определяющийся вращением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Суточные и сезонные колебания повторяются неизменно, и при постоянстве природных условий на Земле причин для изменения климата, связанных с деятельностью Солнца, нет. Об астрономических причинах колебаний климата будет сказано ниже.

Но история Земли свидетельствует о больших изменениях климата, происходивших в течение геологического времени. Наибольшее влияние оказывали изменения общего устройства поверхности Земли, ее глобальный рельеф — распределение моря и суши, поднятия и опускания гор и материков. Современный климат сложился в соответствии с современным рельефом, и климатические изменения первого порядка определялись изменениями глобального рельефа. Последняя грандиозная перестройка лика Земли под влиянием ее внутренних сил происходила в третичном периоде (70—1 млн. лет назад), когда образовались современные материки и горные системы. К началу четвертичного периода (около 1 млн. лет назад) земная поверхность приняла современный вид. Общее повышение суши и поднятие высоких горных цепей вызвали общее понижение температуры и создали условия для зарождения и распространения ледников. Таким образом, основной внешней (по отношению к системе «Земная поверхность — Атмосфера») причиной похолодания и появления ледников было поднятие суши (гор и материков) внутренними силами Земли.

Но многократные колебания климата и оледенения, чередование ледниковых и межледниковых эпох за последний миллион лет, когда существенных изменений рельефа Земли не происходило, нужно объяснять другими причинами. Ими могли бы быть колебания состава атмосферы и ее прозрачности из-за вулканических извержений, колебания солнечной радиации. Обе эти причины выдвигались для объяснения ледниково-межледниковых климатических колебаний. Усиление вулканизма могло повышать содержание в атмосфере углекислого газа (CO ₂) и понижать прозрачность атмосферы из-за увеличения запыленности. Первое увеличивает парниковый эффект и должно вести к потеплению, второе ослабляет солнечную радиацию и должно приводить к похолоданию. Эти влияния противоположны. Нет веских доказательств и о значительности возможных изменений климата из-за вулканических извержений. Главное же — нет никаких данных, свидетельствующих о циклических изменениях вулканической деятельности, соответствующих циклическим колебаниям климата.

Сплошной «панарктический» покровный ледник во время максимума последнего оледенения 18 тыс. лет назад (по М. Г. Гросвальду, Т. Хьюзу и Г. Дентону)

От вершин отдельных, слившихся между собой ледяных куполов (Лаврентьевского — Л, Кордильерского — К, Канадского Арктического или Иннуитского — Ин, Гренландского — Гр, Исландского — И, Британского — Б, Скандинавского — Ск, Баренцева — Ба, со Свальбаруским куполом — Св, Карского — Ка, Путоранского — П, Купола Толля над архипелагом Де-Лонга — Т) лед растекается во все стороны и занимает соседние акватории. Мелкие моря заполняются льдом, а на глубоких, включая Центральный Арктический бассейн, образуются плавучие шельфовые ледники. В гренландско-европейской части и с восточного берега Северной Америки лед стекает в Атлантический океан, а в противоположной аляскинско-сибирской — наползает на материковую отмель, с понижением уровня моря, осушавшуюся. У южного края ледник стаивал, образуя подпрудные приледниковые озера (особенно большие в Западной Сибири). 1— границы материковой отмели; 2— линии тока льда на суше; 3— линии тока шельфовых ледников

Высказывались предположения и о циклических колебаниях солнечной радиации. Основанная на этом гипотеза Дж. Симпсона получила широкую известность. Но нет достаточных доказательств циклических колебаний радиации Солнца. Влияние же на климат циклических колебаний солнечной активности дискуссионно [34] .

Однако существуют колебания интенсивности облучения Земли Солнцем, или колебания инсоляции, вызываемые астрономическими причинами. Они заслуживают особого внимания. Их физическая природа очевидна, а продолжительность циклов колебаний близка по порядку величин к продолжительности циклов ледниково-межледниковых колебаний климата и оледенения. В 20-х годах XX в. Н. Миланкович рассчитал величины этих колебаний и предположил, что они и являются основной причиной чередования ледниковых и межледниковых эпох [35] . Колебания инсоляции связаны с периодическими изменениями параметров земной орбиты — ее эксцентриситетом, наклоном оси вращения Земли к плоскости орбиты и смещениями по орбите точки равноденствия, так называемым предварением равноденствия или прецессией. Накладываясь друг на друга, эти изменения параметров орбиты определяют наклон падающих на Землю солнечных лучей, а следовательно, и интенсивность нагревания ими земной поверхности. Колебания инсоляции могут быть рассчитаны для прошлого и будущего. Расчеты Миланковича неоднократно проверялись и уточнялись [36] . Сопоставление колебаний климата и оледенения и колебаний летней инсоляции на 65° с. ш. свидетельствует об их соответствии [37] .

34

См.: Хромов С. П.Солнечные циклы и климат. — Метеорол. и гидрол., 1973, № 9, с. 99—110.

35

См.: Миланкович М.Математическая климатология и астрономическая теория колебания климата. М.; Д.: ГОНТИ, 1939. 207 с.

36

См.: Шараф Ш. Г., Будникова Н. А.Вековые изменения элементов орбиты Земли и астрономическая теория колебаний климата. — Труды Ин-та теоретической астрономии АН СССР, 1969, вып. 14, с. 48–57.

37

См.: Эмилиани Ч.Геохимический и палеонтологический анализ непрерывных стратиграфических разрезов и история плейстоцена. — В кн.: Второй междунар. океанограф, конгр.: Тезисы докладов. М.: Наука, 1966; см. также: Dansgaard W., Tauber Н.Glacier oxygen-18 content and Pleistocene ocean temperature. — Science, 1969, vol. 166, N 3904, p. 499–502.

Сам Миланкович сделал расчет колебаний приземной температуры, вызванных колебаниями инсоляции, и получил довольно большую амплитуду, порядка 5°. Но в своих вычислениях он не принял в расчет выравнивание температуры из-за циркуляции атмосферы, которое очень сильно уменьшает амплитуду возможных колебаний. Оценку влияния атмосферной циркуляции сделал Дж. Симпсон. Современные расчеты, выполненные более совершенными методами, подтвердили заключение Симпсона о незначительности колебаний температуры из-за колебаний инсоляции. Но реальность этих колебаний не вызывает сомнений. Возможность их точного расчета и близость продолжительности циклов колебаний инсоляции и ледниково-межледниковых колебаний не позволяют не принимать их в расчет, несмотря на доказанную незначительность вызываемых ими колебаний приземной температуры. Может быть, отклонение температуры к похолоданию (или потеплению) является импульсом, изменяющим направление взаимодействий в системе «Земная поверхность — Атмосфера». Несколько более холодная погода летом при смягчении зим и увеличении осадков приводит к большему распространению площади морских льдов и лучшему питанию ледников. Снег и лед, увеличивая альбедо, вызывают дополнительное охлаждение, большее, чем только из-за ослабления инсоляции. К такому объяснению пришли многие ученые [38] . Это подтверждается и тем, что колебания инсоляции, вызванные астрономическими причинами, наблюдались в течение всей истории Земли, но в безледные теплые периоды никаких существенных колебаний климата не вызывали. Колебания климата начались в плейстоцене, когда разрастались и сокращались обширные покровные ледники.

38

См.: Broecker W. S.Absolute dating and the astronomical theory of glaciation. — Science, 1966, vol. 151, N 3708, p. 299–304; Будыко М. И., Васищева М. А. Влияние астрономических факторов на четвертичное оледенение. — Метеорол. и гидрол., 1971, № 6, с. 37–47.

Палеоледниковая кривая Эмилиани — Дансгора (1) и кривая инсоляции на 65° с. ш. Миланковича (2)

Четные цифры — холодные ледниковые эпохи, нечетные — теплые межледниковые. Для кривой Эмилиани — Дансгора за единицу принята масса льда, растаявшего со времени максимума последнего оледенения, что соответствует 100—130-метровому слою воды Мирового океана (36–47 млн. км ³воды). Кривая 3 показывает колебания средней температуры летнего полугодия на 65° с. ш., зависящие от колебаний инсоляции по расчетам Д. Шоу и В. Донна (1968)

Из последних научных работ, относящихся к этому вопросу, заслуживают внимания результаты исследований участников программы CLIMAP, просмотревших большое число проб (колонок) глубоководных донных отложений, взятых в разных частях Мирового океана [39] . Прослеженные в слоях осадков колебания климата указывают на продолжительность циклов приблизительно в 23, 42 и около 100 тыс. лет, т. е. такую, какую имеют периоды колебаний элементов земной коры орбиты, откуда авторы делают вывод о несомненной зависимости колебаний климата от колебаний инсоляции по астрономическим причинам.

39

Hays J. D., Imbrie J., Shackleton N. J.Variations in the Earth’s orbit: pacemaker of the Ice Ages. — Science, 1976, vol. 194, p. 1121–1132.