Оледенение в четвертичном периоде не было единым крупным похолоданием, а состояло из ряда ледниковых и межледниковых эпох, каждая из которых в свою очередь разбивалась на несколько стадий. На рисунке показано, как отступал (деградировал) ледниковый покров Валдайского оледенения на Русской равнине. Мы видим, что постепенное уменьшение площади ледникового панциря сопровождалось временами его ростом. Очевидно, что это в свою очередь явилось следствием колебаний температуры с периодичностью около 1000 лет.
Однако известны и еще более кратковременные колебания среднегодовой температуры на поверхности Земли. Так, с начала нашего века стала заметно теплеть Арктика. Это выразилось, в частности, в уменьшении ледовитости океана, в удлинении срока навигации и т. д. Но с 1940 г. вновь началось похолодание, продолжающееся до настоящего времени.
Можем ли мы отнести эпохи оледенения нашей планеты к числу катастрофических явлений? Безусловно, да. В масштабе геологического времени они наступали почти мгновенно.
Двигавшиеся с севера льды вызвали гигантское перемещение пародов с севера на юг, а также коренное изменение образа их жизни. Перемена климата явилась одним из важнейших факторов, с одной стороны, быстрого развития, с другой — вымирания отдельных племен. Достаточно сказать, что пригодная для обитания человека площадь земного шара была на 30 млн. км2 меньше, чем в настоящее время.
Чем же были вызваны такие резкие похолодания на нашей планете, и можно ли ожидать новой вспышки холода в будущем?
Установлено, что резкое похолодание, усилившееся на севере нашей планеты около миллиона лет назад, т. е. в начале четвертичного периода, было не единственным в истории Земли. В Африке, Южной Америке, Индии и Австралии обнаружены ледниковые отложения в осадках, образовавшихся 300 млн. лет назад (в каменноугольный период). Известны и еще более древние следы ледниковой деятельности — рифейское оледенение 600–700 млн. лет назад. Самые же древние ледниковые образования имеют возраст свыше миллиарда лет.
Замечено, что все великие оледенения нашей планеты совпадали с крупнейшими горообразовательными эпохами, когда рельеф земной поверхности был наиболее контрастным. Площадь морей уменьшилась. В этих условиях колебания климата становились более резкими.
Анализируя растительные сообщества, существовавшие на нашей планете в последние 30–50 млн. лет, ученые заметили, что климат на нашей планете постепенно ухудшался — происходило медленное похолодание. Его связывают с усиливавшимся горообразованием, и в первую очередь с увеличением абсолютной высоты рельефа на Антарктическом материке. Горы высотой до 2000 м, возникшие в Антарктиде, т. е. непосредственно на Южном полюсе Земли, стали первым очагом образования покровных ледников, Сейчас установлено, что оледенение Антарктиды началось более 30 млн. лет назад. Возникновение ледника в Антарктиде сильно увеличило отражательную способность на этом материке, что в свою очередь привело к понижению температуры. Постепенно ледник Антарктиды рос как по площади, так и в толщину, и его влияние на тепловой режим Земли все увеличивалось. Температура льда медленно снижалась. Антарктический материк стал огромнейшим аккумулятором холода на нашей планете. Благодаря морским течениям и атмосферной циркуляции холод с Антарктического материка распространялся по всей планете и похолодание на Земле постепенно усиливалось.
Горообразовательные процессы, приведшие, в частности, к росту гор в Антарктиде, являются необходимым, но еще не достаточным условием возникновения оледенения. Средние высоты гор в настоящее время не ниже, а, может быть, даже выше тех, какие были во время оледенения, происходившего в начале четвертичного периода, однако сейчас площадь ледников относительно невелика. Очевидно, необходима какая-то дополнительная причина, непосредственно вызывающая резкое похолодание.
По этому поводу существует много гипотез. Прежде чем остановиться на некоторых из них, следует подчеркнуть, что для возникновения крупного оледенения планеты не требуется сколько-нибудь значительного понижения температуры. Расчеты показывают, что общее среднегодовое понижение температуры на Земле на 2–4 °C вызовет спонтанное развитие ледников, которые в свою очередь понизят температуру на Земле. В результате ледниковый панцирь покроет значительную часть площади Земли.
От чего же зависит понижение средней температуры Земли?
Высказывались предположения, что причина заключается в изменении количества тепла, получаемого от Солнца. Выше говорилось об 11-летней периодичности солнечного излучения. Возможно, существуют и более длительные периоды. В этом случае похолодания могут быть связаны с минимумами солнечного излучения. Повышенно или понижение температуры на Земле происходит и при неизменном количестве энергии, поступающей от Солнца, а также определяется составом атмосферы.
В 1909 г. С. Аррениус впервые подчеркнул огромную роль углекислого газа как регулятора температуры приповерхностных слоев воздуха. Углекислота свободно пропускает солнечные лучи к земной поверхности, но поглощает большую часть теплового излучения Земли. Она является колоссальным экраном, препятствующим охлаждению нашей планеты. Сейчас содержание в атмосфере углекислого газа не превышает 0,03 %. Если эта цифра уменьшится вдвое, то средние годовые температуры в умеренных поясах снизятся на 4–5 °C, что может привести к началу ледникового периода.
Изучение современной и древней вулканической деятельности позволило вулканологу И.В. Мелекесцеву связать похолодание и вызывающее его оледенение с увеличением интенсивности вулканизма. Хорошо известно, что вулканизм заметно влияет на земную атмосферу, изменяя ее газовый состав, температуру, а также загрязняя ее мелкораздробленным материалом вулканического пепла. Огромные массы пепла, измеряемые миллиардами тонн, выбрасываются вулканами в верхние слои атмосферы, а затем разносятся струйными течениями по всему земному шару. Через несколько суток после извержения в 1956 г. вулкана Безымянного его пепел был обнаружен в верхних слоях тропосферы над Лондоном. Пепловый материал, выброшенный во время извержения в 1963 г. вулкана Агунг на острове Бали (Индонезия), был найден на высоте около 20 км над Северной Америкой и Австралией. Загрязнение атмосферы вулканическим пеплом вызывает значительное уменьшение ее прозрачности и, следовательно, ослабление солнечной радиации на 10–20 % против нормы. Кроме того, частицы пепла служат ядрами конденсации, способствуя большому развитию облачности. Повышение облачности в свою очередь заметно уменьшает количество солнечной радиации. По расчетам Брукса, увеличение облачности с 50 (характерно для настоящего времени) до 60 % привело бы к понижению среднегодовой температуры на земном шаре на 2 °C.
До настоящего времени большинством исследователей роль вулканизма в проявлении оледенений резко преуменьшалась. В данном случае, как и в примере с астероидами, повинен прежде всего принцип актуализма. В современную эпоху мощные извержения, с которыми связаны колоссальные выбросы пепла, происходили неоднократно (в км3): Тамбора (1815) — 186, Косегвина (1835) — 10, Кракатау (1883) — 18, Ксудач (1907) — 3, Катмай (1912) — 28, Безымянный (1956) — 3. Однако эти извержения были отделены друг от друга десятками лет, в течение которых выброшенный материал успел осесть на Землю задолго до следующего крупного извержения. Поэтому суммарное воздействие таких извержений на изменение климата невелико, несмотря на значительный климатический эффект каждого из них.
В более ранние отрезки четвертичного периода картина могла быть существенно иной. Изучение осадков дна Тихого и Атлантического океанов показало, что на протяжении четвертичного периода интенсивность вулканической деятельности периодически изменялась. Такие колебания были свойственны, по-видимому, огромным территориям, поскольку даже очень удаленные друг от друга колонки донных осадков имеют сходную ритмичность.
Интересно, что периоды наиболее обильного осаждения пепла совпали с отдельными стадиями оледенения. При современной интенсивности вулканизма заметной концентрации пепла в океанических осадках не наблюдается. Отсюда следует, что в период формирования «холодных» горизонтов донных осадков интенсивность вулканизма была намного выше. Установлено, что на Камчатке и в других вулканических областях эпохи похолодания совпадали с эпохами интенсивного вулканизма.
