Орленок В.В. История океанизации Земли

Подождите немного. Документ загружается.

Америке Начался современный этап потепления - голоцен В резуль-

тате таяния ледников уровень моря быстро поднялся почти на 125

метров, затопив обширные приморские низменности Так возник

шельф Мирового океана

В настоящее время продолжается таяние льдов Гренландии и Ан-

тарктиды - до 250 км' ежегодно, что дает прирост уровня на 0,7 мм в

год. Еще 5 тыс. лет назад уровень моря поднимался выше современно-

го на 2 - 3 м, затем в течение последующего тысячелетия он быстро

упал, обнажив так называемую фландрскую террасу. Этот подъем

уровня, видимо, был связан с деградацией последних ледников на

Лабрадоре. Новое падение уровня 4 тыс лет назад вызвало общее по-

холодание климата. В последнее тысячелетие уровень вновь стал не-

уклонно подниматься В настоящее время этот процесс продолжается

Климат Земли определяется тремя главными факторами - коли-

чеством солнечного тепла, получаемого земной поверхностью, соот-

ношением площади суши и моря и состоянием прозрачности атмосфе-

ры

Продолжительный период времени - с момента образования нашей

планеты и до кембрия (580 млн. лет назад), когда не было не только

океанов, но и больших морей, - на Земле господствовал суровый хо-

лодный климат. Преобладание суши над морем исключало всякую

возможность увлажнения на больших площадях. Климат был сухой и

резко континентальный. Обнаруженные в различных частях света

древнейшие протерозойские ледниковые отложения, видимо, возни-

кали по периферии тогдашних немногочисленных морей и главным

образом в среднеширотной и приэкваториальной зоне Устанавливае-

мая рядом исследователей периодичность этих древнейших оледене-

ний, якобы длившихся до 150 млн лет, скорее всего обусловлена не-

достатком данных Ледники могли образовываться лишь вблизи ув-

лажненных зон немногочисленных морей На большей же части тер-

ритории Земли из-за отсутствия влаги преобладало подземное оледе-

нение - вечная мерзлота. Именно такая картина наблюдалась в период

последнего валдайского оледенения в Сибири Поэтому здесь не оста-

лось никаких следов того сурового периода Скорее всего вплоть до

начала фанерозоя на Земле преобладали условия, сходные с всеобщим

постоянно действовавшем (общепланетарным) оледенением. Можно

сказать, что на Земле господствовал общепланетарный ледниковый

период. Жизнь, весьма примитивная, зародилась и развивалась подо

льдом немногочисленных морей.

141

Новая эра, характеризующаяся бурным развитием преимуществен-

но морских форм жизни, началась 580 млн. лет назад в фанерозое с по-

теплением климата, которое продолжалось почти 100 млн. лет и прер-

валось новым оледенением в конце ордовика и силуре. Это хорошо

изученное похолодание вскоре снова сменилось девонским потеплени-

ем (400 млн. лет назад). И наконец, очередная ледниковая эпоха, на-

чавшаяся 350 млн. лет назад в карбоне, почти на сто миллионов лет

охватила преимущественно Южное полушарие Земли. Поскольку в

карбоне и перми происходит бурное развитие наземной растительно-

сти и появляются высшие позвоночные, находки которых известны

почти на всех материках, эта последняя в палеозое крупная ледниковая

эпоха не распространялась на Северное полушарие. Следы этого оле-

денения обнаруживаются на южных окраинах всех материков вокруг

Антарктиды Их распространение аналогично циркумполярному рас-

положению плейстоценовых ледников вокруг Арктического бассейна

Это наводит на мысль, что близкая ситуация была 300 млн. лет назад в

Южном полушарии. На месте большей части Антарктиды и вокруг нее

размещался полярный морской бассейн (рис. 22), окруженный сушей

Главный центр оледенения располагался на южной половине Африки

Питание ледника происходило за счет теплых влажных ветров, дувших

со стороны экватора в южном направлении, подобно плейстоценовой

обстановке в Северной Америке, где меридиональный перенос тропи-

ческой влаги со стороны Мексиканского залива в значительной мере

обеспечивал рост ледника и его движение на юг

Сходство географии пермско-карбонового и плейстоценового ма-

териковых оледенений позволяют предположить, что в конце палеозоя

соотношение площади суши и моря в южном полушарии было во

многом сходно с современным в северном полушарии. Мелководные

моря занимали большую часть площади Северного полушария, а в

Южном преобладала суша, окаймлявшая небольшой морской бассейн

в районе Антарктиды (рис. 22). Это соотношение площади суши и мо-

ря, видимо, явилось основной причиной пермско-карбонового оледе-

нения Южного полушария Большинство геологов для объяснения

этого оледенения привлекают гипотезу дрейфа континентов, полагая,

что 300 млн. лет назад все южные материки были сдвинуты в один ги-

гантский материк Гондвану Затем они разъехались и растащили следы

ледников по разным концам света. Упрощенность подобного объясне-

ния вряд ли теперь вызовет у кого сомнение Известный американский

геолог Артур Майерхофф убедительно показал, что в условиях гигант-

ской Гондваны господствовал бы сухой и холодный климат, при кото-

ром крупное материковое оледенение возникнуть не могло. Именно по

такой же причине на большей части Сибири в плейстоцене не возник-

ло материковых льдов. Отсутствие влаги привело здесь к развитию

подземного оледенения - вечной мерзлоты, остатки которой наблю-

даются до сих пор. Аналогичное объяснение природы палеозойского

оледенения Южного полушария закономерно следует из представле-

ний о постепенном накоплении воды на земной поверхности. Нельзя

исключить также предположения и о меньшей солнечной активности

вплоть до карбона.

Рис 22. Области предполагаемого пермско-карбонового оледенения

в Антарктическом секторе южного полушария

Юрский ледниковый период распространялся преимущественно на

участки суши, которые, как мы уже говорили, впоследствии испытали

143

погружение Это скорее всего средне- и высокоширотные области ны-

нешних срединно-океанических подводных хребтов.

Последнее плейстоценовое оледенение пришлось на период выс-

шей фазы океанизации при соотношении площади суши и моря, близ-

ком к современному.

Итак, мы видим, что на протяжении своей истории Земля пережила

длительную фазу докембрийского общепланетарного «ледникового

периода» и четыре фазы более ограниченных по площади - региональ-

ных ледниковых периодов

Существование первой общепланетарной фазы можно объяснить

одной из двух равновероятных причин Подавляющим преобладанием

площади суши над морем и отсюда суровыми климатическими усло-

виями или меньшей в сравнении с современной величиной солнечной

постоянной Солнце могло находиться в стадии звезды оранжевого

класса вплоть до карбона Отсутствие до этого времени на Земле раз-

витой наземной растительности и животных и преобладание морских

форм жизни не противоречит такому предположению

Юрскому похолоданию предшествует общее увеличение площади

суши в пределах современных континентальных блоков, видимо, обу-

словленное углублением существовавших морских бассейнов. Это, ве-

роятно, и явилось причиной возникновения оледенения на высокоши-

ротной суше, располагавшейся в пределах современных океанов

Наибольший интерес представляет выяснение причин возникнове-

ния последнего плейстоценового оледенения в Северном полушарии.

Существует много теорий по этому поводу, но, по единодушному

мнению ученых, ни одна из них не способна объяснить это явление до

конца

Наиболее вероятной причиной считается поднятие суши и пери-

одическое изменение солнечной радиации. Вероятность изменения

солнечной постоянной в столь короткий промежуток времени следует

отбросить как малореальную Современные измерения ее с высотных

самолетов и спутников показывают, что она периодически меняется в

пределах 0,1 - 0,2% и коррелируется с числом солнечных пятен

Считается, что для возникновения ледниковых периодов необ-

ходимо уменьшение солнечной постоянной, по крайней мере на 5%.

В 1924 г. югославский астроном M Миланкович путем точных вы-

числений показал, что такое уменьшение солнечной радиации проис-

ходит на Земле периодически в зависимости от трех факторов изме-

144

нения наклона земной оси к плоскости эклиптики, эксцентриситета

земной орбиты и предварения равноденствий

Колебание оси имеет период 40 тыс лет, земной орбиты (удаление

и приближение к Солнцу) - 90 тыс. лет, предварения равноденствий (в

прецессии орбиты) - 21 тыс лет Суммарная кривая изменения сол-

нечной радиации для последних 500 тыс. лет, вычисленная по аст-

рономическим данным, показала что минимумы получаемого Землей

солнечного тепла хорошо совпадают с главными фазами четырех оле-

денений плейстоцена При этом продолжительность ледниковых пе-

риодов оказалась существенно больше стадий межледниковий в 5 - 10

раз В целом же периодичность климатических колебаний оказалась

близка 40 тыс. лет, так как главным фактором, контролирующим ко-

личество солнечной радиации, является наклон земной оси

Полученные результаты, казалось бы, решили проблему оледене-

ний Однако астрономический фактор Миланковича существовал и на

протяжении всего кайнозоя, мела, других эр и периодов, но почему-то

не приводил к материковым оледенениям

Значит, этот фактор не яв-

ляется главным, определяющим Существование его еще не достаточ-

но для возникновения оледенений, необходимы какие-то другие усло-

вия

Было выдвинуто предположение, что таковыми должны быть вул-

каны Из современных наблюдений известно, что после больших вул-

канических извержений температура на земном шаре, вследствие за-

мутненности атмосферы вулканической пылью, понижается на 0,5 -

1°С. В эти же годы, как правило, наблюдаются, как отмечал японский

метеоролог Аракава, плохие урожаи в средних широтах Последнее

вызвано поздними веснами, холодными дождливыми летними перио-

дами Интересно, что в годы извержений учащаются случаи наблюде-

ния серебристых облаков Тем не менее страшные неурожаи риса в

Японии, по данным Аракава, наблюдались и в период отсутствия

сильного вулканизма, но были связаны с пиком солнечной активно-

сти

Однако и извержения, и солнечная активность происходили и

раньше плейстоцена, но они также не приводили к оледенениям Сле-

довательно, и эти факторы не являются определяющими для глобаль-

ного и устойчивого изменения климата.

Предположение в качестве возможной причины оледенений горо-

образовательных движений также не проходит, так как последние 500

тыс. лет, и тем более 18 тыс лет (валдайское оледенение), никаких

145

крупных горных областей в Северной Европе и Америке не возникало

Эти области на протяжении последнего миллиона лет являлись наибо-

лее тектонически устойчивыми на Земле

Не проходит также предположение о подъеме континентов в плей-

стоцене, так как оно противоречит общей гравитационной организа-

ции земных оболочек, испытывающих, наоборот, нисходящие движе-

ния вслед за уменьшающимся объемом Земли.

По мнению академика H K Маркова, наступление ледникового пе-

риода возможно, если средняя температура на длительное время по-

низится на 0,6 - I

C Подобное понижение температуры может про-

изойти, если относительное поднятие материковой суши повсеместно

составит 2-4 метра. Но это возможно лишь в случае общего падения

уровня Мирового океана Опускание уровня делает континенты как бы

приподнятыми, а климат более холодным Но эта приподнятость воз-

никает не благодаря «поднятию» материков, а вследствие падения

уровня моря. И действительно, наблюдения за изменениями призем-

ной температуры и колебаниями морского уровня за последние 100

лет обнаруживают между ними тесную связь (см рис. 5 на с. 40) По-

нижение уровня и, следовательно, осушение континентов ведет к об-

щему похолоданию, повышение уровня, наоборот, к потеплению. Из-

вестно, морской влажный климат более теплый. Значит, чем меньше

на Земле воды и больше площадь суши, - тем суровее климатические

условия. С ростом относительных размеров океанов и уменьшения

размеров суши происходило смягчение климата на Земле

Сложившееся к середине плейстоцена (500 тыс. лет назад) соот-

ношение площади суши и моря, при небольшом и быстром падении

уровня в сочетании с астрономическим фактором Миланковича и

оживлением вулканизма, вполне могло положить начало общему про-

цессу оледенения в Северном полушарии Здесь суша преобладает над

морем В Южном полушарии, наоборот, размеры суши уступают океа-

ну. Если бы на месте Антарктиды не было материка, то не существо-

вало бы и ледяного континента. Океан сглаживает широтные контра-

сты температуры на Земле

Что же могло стимулировать быстрое падение морского уровня

Очевидно, быстрое увеличение емкости океанских впадин, например,

за счет тектонического проседания дна желобов, углубления дна Сре-

диземноморья и т.д. Иными словами, главной причиной плейсто-

ценовых оледенений явилась океанизация Земли

1-16

В течение последних 3-5 тыс лет уровень моря постоянно повы--

шалея, но при этом происходили иногда быстрые падения его на 2 - 3

м. Эти колебания - процесс, видимо, обычный и обусловлены текто-

нической активностью океанических областей. Поэтому вероятность

совпадения момента падения уровня с астрономическими периодами

понижения солнечной радиации, длительность которых значительно

превышает период этих колебаний (10 тыс. лет), является весьма вы-

сокой

Значит, оледенение может наступать тогда, когда Земля недополу-

чает 5% солнечного тепла при соответствующем положении на орбите

и если одновременно этот дефицит радиации совпадает с быстрым па-

дением уровня океана. Поскольку последнее сопровождается тектони-

ческой активностью и вулканизмом, то дефицит внешнего тепла мо-

жет усугубиться замутненностью атмосферы продуктами вулканизма

Совместное действие этих трех факторов способно понизить средне-

годовую температуру на 1 - 3 градуса и даже больше. Этого в принци-

пе достаточно, чтобы начался ледниковый период

При существующем соотношении площади суши и моря проявле-

ние каждого из этих факторов по отдельности способно создать лишь

аномальное потепление или похолодание на земном шаре, но к оледе-

нению они не приведут Такое похолодание наблюдалось, например,

3-4 тыс. лет назад во время так называемой фанагорийской регрес-

сии, когда уровень моря упал до отметок -2 м. В середине последнего

тысячелетия уровень моря еще раз падал до -1 м. Оно сопровождалось

значительным похолоданием в период с XI до XVII века, получившего

название малой ледниковой эпохи. Имеется много разнообразных

свидетельств о сильном изменении климата в последнем тысячелетии.

К ним относятся даты сбора урожая, зацветания различных растений,

становления льда на озерах, ценах на различные сельскохозяйственные

продукты и т.д. Наиболее важные из них - это фенологические наблю-

дения, проводимые систематически. Японский метеоролог Аракава

приводит, например, результаты наблюдения за датами зацветания

вишни в древней японской столице Киото, которые являются хоро-

шим индикатором ранней весны, а с ним и изменчивости климата в

данной местности. Так, в IX и X веках вишня в Киото зацветала 11 ап-

реля, а в последующие 600 лет - с XI по XVI века - 17 - 18 апреля На-

чиная с XVII века и до настоящего времени она зацветает где-то 12

апреля

Начало нашего и конец минувшего тысячелетий и, по другим дан-

ным, были действительно теплыми Об этом есть много различных ис-

1-17

торических свидетельств, например, следы заселения, земледелия и

скотоводства на атлантическом побережье Гренландии Сейчас там все

покрыто ледником или бесплодным камнем В XII веке викинги поки-

нули эту Землю и терпели многочисленные бедствия также в Ислан-

дии. Самые холодные XV и XVI века совпадают с максимумом рег-

рессии моря В это время отмечается рост горного оледенения в Аль-

пах Интересно, что альпийские картины мастеров живописи сред-

невековья изобилуют зимними пейзажами и низко сидящими над зе-

леными долинами ледниками. Это значит, что прохладное лето не рас-

тапливало их. Сегодня же ледники в Альпах лежат лишь на самых вы-

соких вершинах В Западной Европе морозы и снег начинались уже в

ноябре Замерзали даже прибрежные воды Северного моря и Балтика

По летописным свидетельствам, лед мог выдерживать «несколько сот

человек с пушками и полевыми орудиями». Ничего подобного сегодня

здесь нет Средняя температура января колеблется от +0,9 до +2,9°С

Многие поколения людей жили и умирали, принимая суровый климат

Европы, как само собой разумеющееся

Начавшееся 100 лет назад потепление достигло кульминации в 40-х

годах нашего столетия. Как видно из графика изменения уровня моря,

оно сопровождалось его подъемом (см рис. 5 на с 40) Потепление

отразилось на горных и материковых ледниках. Они начали сокра-

щаться^ это сокращение продолжается в настоящее время, достигая

250 км

ежегодно. Но ни полной деградации ледников в период транс-

грессий, ни наступления ледникового периода, при регрессиях в по-

следнее тысячелетие, также не происходило Недоставало астрономи-

ческого фактора Миланковича, т.е. уменьшения количества солнечно-

го тепла не происходило Триада была неполной.

5.2. Возможен ли новый ледниковый период?

Расчеты советских исследователей показывают, что примерно че-

рез 11 тыс. лет Земля займет в очередной раз относительно Солнца

такое положение, при котором ее поверхность будет получать пример-

но на 5% меньше солнечного тепла, чем обычно

Возникает вопрос: наступит ли при этом новый ледниковый пе-

риод или с момента деградации валдайского оледенения появились

предпосылки, исключающие подобную угрозу

Большинство климатологов склоняются к мысли, что мы уже нахо-

димся в предверии нового ледникового периода. Так ли это

148

Анализ обстановки плейстоцена убеждает нас в том, что возник-

шие в последние 500 тыс. лет четыре крупные эпохи оледенения в Се-

верном полушарии были обусловлены сложившимися в итоге океани-

зации к этому времени характерным соотношением площади суши и

моря. Сходная обстановка, видимо, была в Южном полушарии 300

млн лет назад при образовании пермско-карбонового оледенения В

то время водная оболочка была смещена в Северное полушарие, а в

Южном преобладала суша Более ранние оледенения - ордовикское и

протерозойское - в равной степени могли быть вызваны преобладани-

ем суши над морем, либо меньшей солнечной активностью (Светило

находилось в стадии оранжевого спектрального класса с температурой

поверхности 5000°С).

При сохранении средних темпов поступления внутрипланетарной

воды, установившихся в плейстоцене (0,6 мм/год), через 10 тыс. лет

уровень моря, при отсутствии крупных изменений емкости впадин

океанов, поднимется на 6 метров. У нас нет никаких оснований ожи-

дать, что начавшийся 60 млн. лет назад процесс океанизации вдруг

прекратится в это ничтожное с геологической точки зрения время.

При сохранении общей тенденции подъема уровня моря сохранится и

общая направленность изменения климата в сторону потепления Зна-

чит, ледники будут продолжать таять. Если даже скорость таяния ос-

танется на современном уровне, т е 0,7 мм в год, то суммарная ве-

личина подъема морского уровня составит через 10 тыс. лет 13 мет-

ров. В итоге площадь суши значительно сократится, а площадь мор-

ской поверхности увеличится примерно на 10%. Контрасты климата

будут в результате уменьшаться, что неизбежно ускорит таяние поляр-

ных льдов и общую скорость подъема уровня моря Известно, что при

полной деградации ледников Антарктиды и Гренландии уровень моря

станет выше современного на 65 м. Треть континентальной суши в

этом случае окажется под водой.

Таким образом, на фоне общего потепления климата незначите-

льное уменьшение солнечной радиации, ожидаемое через 10 тыс лет,

уже не отразится на Северном полушарии в виде новых ледниковых

покровов Ледниковая история плейстоцена может повториться лишь

через 25 - 30 млн. лет, когда высыхающие океаны вновь откроют по-

крытые илом континенты, образовав сходный с плейстоценовым ба-

ланс суши и моря

Климат и ледовитость Арктического бассейна сегодня в значитель-

ной мере обусловлены объемом поступления теплых атлантических

149

вод, переносимых течением Гольфстрим через широкий пролив между

Исландией и Норвегией. Чем больше их вливается в Арктику, тем теп-

лее климат Европы, особенно зимой, чем меньше - тем холодней. Me-

андрируя по горизонтали и глубине, воды Гольфстрима будут больше

или меньше смешиваться с холодными глубинными водами Атланти-

ки, что может увеличить или уменьшить среднюю температуру водной

массы течения

Изучение морских осадков Северного Ледовитого океана показало

(Орленок, 1989, 1990), что еще 3 млн. лет назад в этом океане не было

льдов. Однако уже существовал ледниковый покров в Гренландии и в

горах Аляски Образование первых массивных ледниковых покровов в

Северном полушарии начинается 700 тыс лет назад С тех пор ледови-

тость Северного океана сохранялась постоянно. Следовательно, 700

тыс. лет назад произошло какое-то геологическое событие, сущест-

венно изменившее климатическую обстановку арктического бассейна

Оно отражало крупную перестройку в режиме поступления теплых ат-

лантических вод в Арктику.

Изучение морских осадков по обе стороны пролива между Ислан-

дией и Норвегией, проведенное советскими и зарубежными исследо-

вателями, показало, что атлантическая микрофауна то свободно про-

никала в район Норвежского и Гренландского морей, то доступ ей ту-

да перекрывался Моменты прохождения фауны совпадают с потепле-

нием климата и соответствуют периодам межледниковья Отсутствие

фауны коррелируется с фазами похолодания и распространения мате-

риковых льдов

По данным американского ученого Джона Эндрюса, начало по-

следнего валдайского (вюрмского) оледенения плейстоцена действи-

тельно совпадает с отклонением к югу от Норвегии теплых вод Гольф-

стрима

В настоящее время глубина пролива между Исландией и Фарерс-

кими островами превышает 500 м Между Фарерскими и Шетланд-

скими островами в узком желобе она достигает 1200 м. Севернее и

южнее пролива глубины увеличиваются до 2500 - 4000 м Таким обра-

зом, между Исландией и Фарерами располагается высокое подводное

плато, получившее название Фареро-Исландский подводный порог.

Судя по данным бурения с американского судна «Гломар Челленд-

жер», после интенсивного палеогенового платобазальтового вулка-

низма порог испытал погружение и в последние 5-10 млн лет здесь

господствовал спокойный тектонический режим. Следовательно, свя-

150