История Земли - это история гигантских ледников. Трудно себе представить, что всего 14 тыс. лет назад (с геологической точки зрения совсем недавно) мощные ледниковые щиты покрывали огромные территории.
Отдельные лопасти ледниковых покровов спускались в Восточной Европе до 49° с. ш., а в Северной Америке — до 38° с. ш. На месте Москвы или Чикаго располагались ледники толщиной до 1–3 км. Неудивительно, что в середине ХIХ в. открытие следов этих оледенений, относившихся к позднечетвертичной эпохе и ко времени появления современного человека, стало большой научной сенсацией.
Некоторые исследователи посчитали, что эти оледенения были первыми эпизодами процесса общего замерзания Земли, декларируемого теорией Канта — Лапласа. Другие сомневались, что валунные суглинки, считавшиеся ледниковыми, действительно отложены ледниками.
Однако детальное изучение этих отложений и сравнение их с отложениями современных ледников подтвердили ледниковый генезис валунных суглинков (морен), покрывавших северные части Европы и Северной Америки. Был выявлен комплекс диагностических критериев, которые позволяют отличать ископаемые морены (тиллиты) от внешне сходных неледниковых отложений. Важнейшие признаки тиллитов — принесенные издалека (эрратические) валуны, граненные и штрихованные ледниками; исштрихованные или смятые в сложные складки породы ложа ледников (гляциодислокации); морозобойные клинья и полигональные грунты; вытаявшие из айсбергов камни (дропстоуны), фрагменты морен и др.
Во второй половине XIX в. и в начале XX в. были обнаружены следы существенно более древних оледенений: позднепалеозойских (ныне датированных в интервале 300–250 млн лет назад) и затем докембрийских (750–550 и 2400–2200 млн лет назад). Эти открытия опровергли теорию Канта — Лапласа о постепенном остывании (вплоть до четвертичного оледенения) первоначально горячей Земли. В XX и начале XIX столетия были выявлены и изучены оледенения в нижнем палеозое (около 450 млн лет назад) и самые древние — в позднем архее (около 2900 млн лет назад). Причины, характер и последствия оледенений стали популярным предметом научных дискуссий и прогнозов.
Большой интерес к оледенениям в науках о Земле не случаен. Климат — важный фактор в эволюции внешних оболочек нашей планеты, особенно биосферы. Он определяет ее термодинамическое состояние, регулируя внутренний, а частично и внешний тепло- и массообмен. Оледенения — одни из самых экстремальных климатических событий. С ними связаны многие катастрофические изменения на Земле, которые вызывали драматически быстрые количественные и качественные перестройки в биосфере и биоте планеты.
 Об авторе:Николай Михайлович Чумаков — доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник Геологического института РАН. Область научных интересов — палеоклиматы, ледниковые отложения, стратиграфия позднего докембрия, региональная геология Средней Сибири. |
История оледенений
Проведенные во второй половине ХХ в. и начале ХХI в. интенсивные геологические исследования на всех континентах, а также достижения радиоизотопных, палеонтологических и хемостратиграфических методов определения возраста горных пород позволили существенно детализировать историю и ареалы распространения древних оледенений на Земле. На протяжении последних 3 млрд геологической истории происходило чередование длительных интервалов с частыми оледенениями (гляциоэр) и интервалов, в которых их следы отсутствуют (термоэр). Гляциоэры состоят из чередующихся ледниковых периодов (гляциопериодов), а ледниковые периоды, в свою очередь, — из ледниковых и межледниковых эпох (рис. 1). Некоторые исследователи именуют гляциоэры ледниковыми (icehouses), а термоэры — парниковыми (greenhouses) циклами, или холодными и теплыми климатическими модами.
Рис. 1. Гляциоэры и гляциопериоды Земли в интервале поздний архей — наше время
На сегодняшний день в обозримой геологической истории установлено пять гляциоэр и четыре разделяющих их термоэры.
Каапвальская гляциоэра (около 2950–2900 млн лет назад).
Позднеархейская термоэра (2900–2400 млн лет назад). В этом интервале геологической истории до сих пор не обнаружено ледниковых отложений, что позволяет условно рассматривать его как термоэру.
Гуронская гляциоэра (2400–2200 млн лет назад).
Великая ледниковая пауза. Вслед за гуронской гляциоэрой началась длительная термоэра. Она продолжалась почти 1450 млн лет (2200–750 млн лет назад). Существенное потепление на Земле наступило сразу после завершения гуронской гляциоэры. Даже в тех районах, где фиксировались следы оледенений, климат быстро сменился теплым и аридным.
Африканская гляциоэра (750–540 млн лет назад). Ее отложения сохранились во многих регионах Земли, но особенно полно представлены в Африке. Они изучены довольно подробно, что позволяет выделить в ее составе шесть гляциопериодов.
Гляциопериод Кайгас. Первое оледенение африканской гляциоэры — Кайгас — произошло около 754 млн лет назад в Южной Африке. Несколько позже, 746 млн лет назад, наступило оледенение Чуос.
Гляциопериод Рэпитен состоит из отложений групп Рэпитен в горах Макензи (Канада) и Гхубрах (Оман), нижнего тиллита свиты Покателло (США, штат Айдахо) и, возможно, также свиты Чученг-Чанган (Южный Китай), сформировавшихся 723–710 млн лет назад. С отложениями этого гляциопериода в Канаде и некоторых других регионах связаны крупные залежи железных руд.
Гляциопериод Стерт представлен подсерией Юднамонтана в Южной Австралии. В ней различают как минимум два ледниковых эпизода.
Гляциопериод Марино включает группу оледенений, произошедших около 640–630 млн лет назад (в начале вендской системы).
Ледниковые отложения гляциопериода Марино известны во многих регионах Земли: на Патомском нагорье (рис. 2) и Алданском щите (рис. 3) Средней Сибири, в Киргизии, Китае, Омане, горах Макензи в Канаде, в Северной Африке и Южной Америке. В их разрезах выделяются несколько эпизодов, которые могут рассматриваться как гляциоэпохи.
Рис. 3. Штрихованные ледниковые валуны диабаза (вверху) и песчаника из ничатской свиты (оз. Ничатка, р. Чара)
Ред: не будем перечислять все эры чтобы не утомлять читателя. Для общего представления перечисленного достаточно. Остановимся только на последней геологической эре.
Антарктическая гляциоэра (35 млн лет назад — ныне), в которой мы живем, началась в позднем кайнозое. Ее история и, конечно, история текущего четвертичного периода интенсивно изучаются на протяжении последних десятилетий. Здесь мы ограничимся только кратким перечислением главных событий антарктической гляциоэры.
В начале кайнозоя, в палеоцене и эоцене климат Земли (как и в мезозое) оставался безледниковым. Особенно теплым были конец палеоцена и начало эоцена. В этом интервале на Земле отмечалось несколько температурных максимумов. Среди них выделяются ранне- и среднеэоценовые оптимумы. Во второй половине эоцена началось похолодание, и появились первые следы ледового или ледникового разноса в Южном океане. Одновременно усилился сезонный ледовый разнос в Арктике. Видимо, в высокогорных районах Антарктиды в то время зарождались горные ледники, языки которых местами (например, в заливе Прюдос) достигали моря. Континентальный ледниковый покров, соизмеримый с современным, образовался в Восточной Антарктиде в самом начале олигоцена, около 34 млн лет назад. Вскоре ледники достигли бровки шельфа. В самом конце олигоцена и начале миоцена произошло некоторое потепление, сопровождавшееся существенными колебаниями климата и объема ледникового щита. По данным моделирования, объем Восточно-Антарктического ледникового щита в то время иногда сокращался до 25% от его современного размера. Скорее всего, тогда и возникли шельфовые ледники Роне и Росса. В позднем миоцене снова произошло сильное похолодание. Ледниковый щит вновь достиг континентальных размеров. Кратковременное потепление, сходное с современным, произошло в среднем плиоцене 3,3–3,15 млн лет назад. С ним, возможно, было связано почти полное исчезновение Западно-Антарктического щита.
Поздний плиоцен и четвертичный период характеризовались быстрым прогрессивным похолоданием. Одновременно началось континентальное оледенение в Северном полушарии. Ледниковые покровы 2,74–2,54 млн лет назад возникли на севере Евразии и на Аляске. Усилился сезонный ледовый разнос терригенного материала в Арктическом океане. Это похолодание привело к разрастанию ледникового покрова Антарктиды, который 20–11 тыс. лет назад достиг бровки шельфа и континентального склона материка. В ледниковые максимумы ледники Евразии и Северной Америки распространялись до средних широт.
В миоцене преобладали климатические колебания преимущественно прецессионной природы, с периодами 19–21 тыс. лет, а с началом оледенений в Северном полушарии стали доминировать колебания, длившиеся 41 и 125 тыс. лет, связанные с изменениями наклона оси и орбиты Земли.
Общий характер оледенений
Первое, что обращает на себя внимание при взгляде на рис. 1, это отчетливое увеличение количества и плотности оледенений на протяжении последних 3 млрд лет. Этот факт трудно объяснить более слабой изученностью древних отложений. Во второй половине ХХ в., особенно, во времена холодной войны, в связи с погоней за стратегическим сырьем было проведено геологическое картирование почти всех участков нашей планеты (даже слабо развитых стран и труднодоступных регионов), сложенных древними породами. Впоследствии в них были открыты многочисленные месторождения различных полезных ископаемых. При подобных исследованиях трудно было бы пропустить ледниковые отложения, которые обычно образуют крупные тела, служат стратиграфическими маркерами, имеют региональное распространение и к тому же привлекают внимание геологов своим неординарным видом и происхождением. Кроме того, увеличение частоты оледенений наблюдается и на протяжении детально изученного позднего докембрия и всего фанерозоя. Можно предположить, что такое увеличение со временем связано с ослаблением мантийного вулканизма и прогрессивным развитием биосферы.
Гляциоэры разного возраста имеют определенное сходство. Во-первых, те гляциоэры, которые, удается датировать, близки между собой по длительности (гуронская — около 200 млн лет, африканская — 210 млн лет, гондванская — 190 млн лет). Во-вторых, они сходны по структуре. Все гляциоэры состоят из 3–6 дискретных ледниковых периодов продолжительностью от нескольких миллионов до нескольких десятков миллионов лет.
В обозримой истории Земли насчитывается не менее 20 ледниковых периодов. Все они, в свою очередь, состояли из дискретных ледниковых событий, которые можно квалифицировать как ледниковые эпохи. Детальное изучение изотопов кислорода в позднем кайнозое и частично палеозое показало, что гляциоэпохи осложнялись существенными климатическими колебаниями с периодами от 400–500 тыс. до 20 тыс. лет.
Гляциоэры имели сходство не только по структуре, но и по своей общей динамике. Они, как правило, начинались с коротких региональных ледниковых периодов, которые, увеличиваясь в размерах и интенсивности, достигали во второй половине гляциоэры максимальных (обычно межконтинентальных) масштабов, распространяясь в средние, а порой, возможно, и в низкие широты. Затем оледенения быстро деградировали. Плейстоценовое оледенение было, очевидно, максимальным в позднекайнозойской гляциоэре. Можно предположить, что за голоценовым потеплением (если не вмешается человек) должно наступить новое небольшое оледенение.
Между докембрийскими и фанерозойскими оледенениями отмечаются не только черты сходства, но и определенные различия. Во-первых, отдельные докембрийские оледенения имели, видимо, более широкое распространение, чем самые обширные фанерозойские. Во-вторых, с докембрийскими и фанерозойскими оледенениями связаны противоположные по знаку аномалии δ13Cкарб (отрицательные в докембрии и положительные в фанерозое). Наконец, многие неопротерозойские оледенения сменялись отложением пачек характерных тонкослоистых доломитов. Перечисленные различия докембрийских и фанерозойских оледенений весьма существенны для выяснения причин их наступления. Однако убедительного объяснения этим фактам до сих пор не найдено.
Возможные причины оледенений
Причины оледенений до сих пор служат предметом многочисленных конкурирующих и взаимоисключающих друг друга гипотез, которые касаются широкого спектра процессов — от межгалактических до микробиотических. Сейчас многие исследователи склоняются к мысли, что оледенения вызывались взаимодействием нескольких геодинамических, геохимических и биотических процессов. Позднеархейские и раннепротерозойские оледенения, видимо, связаны с появлением фототрофных организмов и с первичной оксигенизацией атмосферы. В неопротерозое и фанерозое ведущей причиной крупных климатических колебаний (в том числе и появления гляциоэр), были, скорее всего, геодинамические процессы и особый характер вулканизма. Судя по хорошо изученному последнему отрезку геологической истории, в пики мантийно-плюмового вулканизма повышалось содержание парниковых газов в атмосфере, что приводило к потеплениям. Усиленное поглощение СО2 фототрофными организмами, с последующим захоронением его в виде угля, почв, карбонатных и богатых органикой илов, а кроме того, интенсивное поглощение СО2 при выветривании силикатов, вынос его в океан и осаждение углерода в виде карбонатов также могло вызывать потепления. Одновременно происходило повышение содержания кислорода в атмосфере и окисление метана. Эти процессы, снижавшие содержание парниковых газов в атмосфере, вели к похолоданию. Если они совпадали с интенсивным опусканием земной коры в мантию в зонах субдукции и со связанным с ней известково-щелочным эксплозивным вулканизмом, то происходило дальнейшее охлаждение Земли в результате дополнительного изъятия углерода из биосферы и захоронения его в мантии. Засорение стратосферы продуктами эксплозивного вулканизма снижало прозрачность атмосферы. В результате наложения этих процессов тепловой баланс биосферы понижался и происходили похолодания и оледенения. На эти главные климатические циклы, обусловленные геодинамическими процессами и характером вулканизма, накладывались упоминавшиеся выше астрономические циклы.
От редакции:
Отдавая дань уважению автору труда (мы сократили текст до читабельного состояния), хочется сразу задать массу вопросов. Вне всякого сомнения ледники всегда присутствовали на планете. Но методы исследования несколько смущают.
- В здравом уме невозможно представить камень, который не рассыпался на атомы за 3 миллиарда лет. Даже за миллиард. Даже за 100 миллионов лет.
- Зная методы научной хронологии, можно смело утверждать, что погрешность датировки составляет 100%.
- За миллиард лет, пласты, по которым геологи делают свои выводы, перемешались сотни раз. Земля не каменная глыба. Планета растет и расширяется. Постоянно происходят литосферные катаклизмы. Материки только за 50 тысяч последних лет изменили конфигурацию до неузнаваемости.
Основываясь только на трех перечисленных пунктах, можно уверенно полагать, что материал является псевдонаучным, то есть выглядит умно, а реальной информации о прошлом не несет.
Исключение составляют сведения о последних 20-30 тысячах лет, когда ледниковый щит действительно покрывал Европу до Москвы. По этому леднику действительно могли сохраниться вещественные следы, и их действительно много, в том числе рукотворных. Но трудно понять почему автор не заметили ледник в 1 тысячелетии уже нашей эры. Ледник не может растаять за тысячу-другую лет, что подтверждают другие исследования геологов.
Ваш комментарий будет первым
Рис. 2. Известный геохимик Б. Г. Покровский у обнажения тиллитов большепатомской свиты (р. Ура, Патомское нагорье).