Четвертичный период (антропоген): Великое оледенение. Ледниковая теория. Перигляциальные сообщества и мамонтовая фауна

Четвертичный период (антропоген ): Великое оледенение . Ледниковая теория . Перигляциальные сообщест ва и мамонтовая фауна. Четвертичный период, или антропоген - самый последний отрезок ка йнозоя, начавшийся около 2 млн лет назад. Наиболее существенная черта это го времени - существование в высоких широтах нашей планеты покровных оле денений; во время ледниковых эпох они распространялись на юг до 40-х широт ( рисунок 58), а во время межледниковий - "съеживались" до примерно нынешнего с остояния (когда ими покрыта лишь Антарктида в Южном полушарии и Гренланд ия - в Северном). Разделение четвертичного периода на плейстоцен ("Великое оледенение") и начавшийся 10-12 тыс лет назад голоцен (время, в которое мы живе м) в значительной степени условно: часто говорят, что на самом деле голоце н - это просто-напросто одно из плейстоценовых межледниковий, причем даж е не самое крупное. Вероятно всем вам доводилось встречать где-нибудь на краях полей и лесны х опушках окатанные гранитные валуны, иногда с характерной "штриховкой" - хотя никаких скальных выходов в окрестностях нет и в помине. По нынешнем у времени любой школьник знает, что эти эрратические (т.е. блуждающие) валу ны, часто достигающие размеров танка, были перенесены от мест выхода соо тветствующих скальных пород движением древнего ледника, покрывавшего некогда обширные территории Европы и Северной Америки. Однако в 1837 году, к огда швейцарский геолог Л. Агассис выдвинул свою теорию существования в истории Земли ледникового периода, основываясь именно на сходстве межд у эрратическими валунами равнинной Европы и теми окатанными штрихован ными булыжниками, что на наших глазах вытаивают из-под краев альпийских ледников, его только что не подняли на смех. Дело в том, что в те времена не т олько широкая публика, но и геологи не сомневались, что все эти валуны раз носились чудовищными потоками воды и грязи, связанными с библейским Все мирным потопом. Здесь необходимо сделать одно замечание. Читатель современных учебник ов и популярных книжек зачастую выносит из них впечатление, будто все ге ологи-дилювиалисты, считавшие эрратические валуны и другие ледниковые ( как это теперь нам известно) отложения "наносами" (дилювием) Всемирнного п отопа, были либо недоумками, либо религиозными мракобесами. Вот уж непра вда! Да, конечно, Церковь освящала своим авторитетом теорию потопа. Да, кон ечно, выдающийся британский геолог У. Бакленд в торжественной лекции, от крывавшей его курс в Оксфорде и названной "Объяснение связи между геолог ией и религией", выражал убежденность в том, что главная цель геологическ ой науки - "...Подтвердить данные религии и показать, что известные ей факты согласуются с описанием сотворения Мира и Потопа, которые мы находим в з аповедях Моисея". Однако в том-то и дело, что аргументация дилювиалистов б ыла при этом именно научной, а не теологической (основанной на комментир овании священных текстов). Так, в 1821 году Бакленд исследовал найденные в одной из йоркширских пещер с келеты гигантских гиен, а также разрозненные кости 23 вымерших видов млек опитающих (львов, слонов, бегемотов и пр.), и пришел к выводу, что пещера была гиеньим логовом, затопленным Всемирным потопом. Положение костей и их с оотношение с перекрывающим их неслоистым суглинком свидетельствовало , по его мнению, о том, что допотопные звери действительно утонули; изучив же сталагмиты, выросшие поверх осадка, он установил, что возраст потопа - п ять-шесть тысяч лет, что замечательно совпадает с библейскими "датировка ми". Заключения Бакленда относительно конкретного седиментогенеза [78] вп оследствии оказались ошибочными, однако методологически эти его постр оения совершенно корректны. Или другой пример. Предполагалось, что транс портировку эрратических валунов на сотни километров обеспечивали гига нтские волны; они возникали лишь при Потопе, и в настоящее время ничего по хожего в природе не наблюдается. Возможная динамика этих волн - их называ ли "волнами трансляции" - стала предметом тщательного анализа; гидродина мические расчеты, выполненные математиками Кембриджского университет а, дали точные характеристики глубин и скоростей течения водных масс пот опа [79]. Кроме того, в 1833 году Ч. Лайелль модифицировал классическую теорию: в рамках его дрифтовой гипотезы эрратические валуны транспортировались не текущей водой, а дрейфующими льдами, и отлагались по мере их таяния: к т ому времени полярным исследователям уже было известно, что айсберги ино гда содержат вмерзшие в лед валуны. Однако ни лайелева гипотеза, ни классическая концепция неспособны были объяснить целый ряд фактов. Так, из гипсометрического (высотного) распре деления "дрифтовых" наносов следовало, что уровень Океана некогда повыша лся на 1,5 км. Но откуда же бралась вся эта вода и куда она подевалась потом? Т ут уж дилювиалистам приходилось прибегать к совершенно фантастическим допущениям: массы воды изливались у них из колоссальных подземных резер вуаров, а потом столь же внезапно поглощались неведомыми пустотами; гига нтская комета задевала земную поверхность, порождая приливные волны, пе рехлестывавшие через высочайшие горы и т.п. Неудивительно, что гляциальн ая теория Агассиса, наглядно демонстрировавшая, каким именно образом эр ратические валуны, морены (несортированные массы гравия, камней и глины) и прочие "следы потопа" на наших глазах отлагаются горными ледниками, чер ез некоторое время одержала решительную победу; ее приняли даже такие оп поненты Агассиса, как упомянутые выше Лайелль и Бакленд (что в науке случ ается не так уж часто). Более того: иногда шутят, что перешедший на гляциал истские позиции Бакленд с его гигантским научным авторитетом сыграл дл я распространения ледниковой теории примерно такую же роль, как императ ор Константин - для христианства. Путем наблюдения за современными гляциальными процессами установлено , что ледники образуются из снега в местах, где он скапливается в количест вах, превышающих летнее таяние. Снег слеживается в плотный фирн, а когда т олщина снежного пласта достигает тридцати метров, нижние его слои под со бственным весом начинают обращаться в чистый лед. Лед обладает замечате льным свойством: под давлением он начинает "течь", создавая водяную "смазк у", понижающую трение (благодаря чему мы можем кататься на коньках). Дальне йшее увеличение толщины снежно-ледяных масс ведет к тому, что они начина ют медленное движение, которое будет тем быстрее, чем толще ледник (и, соот ветственно, чем выше создаваемое им давление). Движущийся лед способен н е только захватывать свободно лежащие обломки и мелкозем, но и отрывать целые глыбы коренных пород. Валуны, щебень и песок, вмороженные в придонн ые слои движущегося ледника, выполняют роль гигантского напильника, кот орый сглаживает и шлифует (а местами, наоборот, царапает) каменные поверх ности, служащие ледниковым ложем. При этом подо льдом формируются своеоб разные толщи валунных суглинков и песков, отличающиеся высокой плотнос тью, связанной с воздействием ледниковой нагрузки - основная, или донная морена. Размеры ледника определяются равновесием между количеством ежегодно в ыпадающего на него снега и той его долей, что успевает растаять и испарит ься за теплые сезоны. При потеплении климата края ледников отступают на новые - равновесные - рубежи. Концевые части ледниковых языков "мертвеют", их лед перестает двигаться и постепенно стаивает. Включенные ранее в "ме ртвый" лед валуны, песок и суглинок высвобождаются, образуя вал, повторяю щий очертания ледника - конечную морену; другая часть обломочного матери ала (в основном песок) выносится потоками талой воды и отлагается вокруг в виде флювиогляциальных равнин (зандров). Со временем геологи выяснили, что подобные потоки практически так же действуют и в глубине ледников, з аполняя флювиогляциальным материалом трещины и внутриледниковые каве рны. После стаивания ледниковых языков с такими заполненными пустотами на земной поверхности остаются - поверх вытаявшей донной морены - хаотич еские нагромождения холмов различной формы и состава: яйцевидные (при ви де сверху) друмлины, вытянутые на манер железнодорожных насыпей вдоль ос и ледника (и перпендикулярно конечным моренам) озы и неправильной формы камы. Замечательно четко все эти формы ледникового ландшафта представл ены в Северной Америке: граница древнего оледенения маркирована здесь к онечноморенным валом с высотами до пятидесяти метров, протянувшимся по перек всего континента от восточного его побережья до западного. К север у от этой "Великой китайской стены" ледниковые отложения представлены в основном мореной, а к югу от нее - плащом флювиогляциальных песков и галеч ников. Поначалу геологи полагали, что покровное оледенение возникло на Земле л ишь однажды (как и Потоп): ледник надвинулся, а затем отступил в свое нынеш нее положение, оставив на память о себе все эти моренные гряды, камовые хо лмы и зандровые поля. Впоследствии, однако, обнаружили свидетельства мно гократности оледенений: заключенные между разновозрастными слоями мор ены слои торфа и даже гумусированные почвенные горизонты. Для образован ия почвы подобного рода необходимы достаточно теплый климат и обильная растительность - значит, холодные ледниковые эпохи (когда отлагались мор ены) перемежались с теплыми межледниковьями. В 1909 году А. Пенк и А. Брюкнер у становили, что изученные ими древние галечные террасы с бортов альпийск их речных долин аккумулировались в ледниковые эпохи (когда интенсивное морозное выветривание и отсутствие растительности ускоряли эрозию), а в теплые межледниковья начинался их размыв. Они выделили для Центральной Европы четыре ледниковые эпохи, названные по соответствующим альпийск им речкам - гюнц, миндель, рисс и вюрм. Впоследствии сходная последователь ность плейстоценовых событий была установлена и для остальных террито рий Северного полушария: в Восточной Европе различают окское (лихвинско е), днепровское, московское и валдайское оледенения, в Северной Америке - н ебраскское, канзасское, иллинойсское и висконсинское. Итак, подтвердив и развив теорию Агассиса, геологи оказались перед лицом проблемы - в чем же причина оледенений? Что вызывало рост ледниковых покр овов прошлого, и почему, распространившись почти на треть суши, они вдруг начинали отступать? "Астрономические" гипотезы усматривали причину эти х изменений в периодическом сокращении количества тепла, поступающего на Землю от Солнца. Другая группа гипотез акцентировала внимание на том, что оледенение - лишь одно из звеньев глобальной климатической системы, и система "ледниковый щит - океан - атмосфера" работает как единая гигантск ая ; суть дела, заключали они, не в количестве тепла, поступающем на Землю, а в том, насколько равномерно это тепло распределено по поверхнос ти планеты. Солярная гипотеза, предполагающая периодические падения свети мости Солнца, не имеет ныне сторонников: согласно мнению астрофизиков, з везды спектрального класса G-2, к которому относится наше Солнце, к подобны м глупым шуткам совершенно не склонны. Зато весьма популярна теория астр онома М. Миланковича (1924), связывающая оледенения с изменениями летней инс оляции (поступления солнечной радиации) в высоких широтах обеих полушар ий, что, в свою очередь, обусловлено циклическими изменениям трех параме тров орбитального движения Земли вокруг Солнца (вариациями наклона зем ной оси и пр.). Сделав поправки на эффекты менявшегося альбедо (отражатель ной способности земной поверхности), он рассчитал сдвиги в географическ ом положении границ ледниковых покровов за последний миллион лет, котор ые неплохо совпали с периодизацией европейских оледенений. Как на инсол яционных кривых Миланковича, так и на палеоклиматическом графике Пенка и Брюкнера ледниковые эпохи запечатлелись в виде коротких резких пульс аций, отделенных друг от друга длинными интервалами, и при этом "Великое м ежледниковье" (между минделем и риссом) занимает на графике то же место, чт о и предсказанный Миланковичем длительный теплый интервал (рисунок 59). Вп оследствии картина оказалась гораздо более сложной, чем это представля лось в тридцатые-сороковые годы, однако ныне существование 100 000-летних кли матических циклов, порождаемых орбитальными возмущениями, имеет вполн е солидное обоснование. Теория Миланковича (в ее современных вариантах) удовлетворительно опис ывает динамику похолоданий и потеплений внутри ледникового периода, од нако, к сожалению, не отвечает на вопрос о наступлении самого этого перио да: вполне очевидно, что вся эта астрономическая циклика была точно тако й же и в предшествующие плейстоцену эпохи, но никаких оледенений при это м не порождала. Поэтому с середины 50-х годов стал расти интерес к "земным" ги потезам оледенений, переносящим акцент на динамические взаимодействия в системе "оледенение - океан - атмосфера"; мы уже упоминали об "обратных пар никовых эффектах", порождаемых изменениями атмосферного соотношения CO 2 /O 2 , и о работе морск их течений при различном расположении материков. Одной из самых интересных представляется гипотеза климатологов М. Юинг а и У. Донна (1956). Задавшись вопросом - а почему оледенение не возникает сейча с, когда температурные условия Арктики вроде бы вполне тому благоприятс твуют, - они сочли это следствием дефицита осадков [80]. Главный тезис их гипо тезы: решающее условие возникновения оледенения в Арктике - усиление при тока несущих влагу воздушных масс и усиление снегопадов; от этого ледник начинает нарастать, альбедо увеличивается, температура падает... ну, даль ше - ясно. Вопрос: что же за фактор повышал влажность в арктических широтах ? Ответ: освобождение Ледовитого океана от его ледового панциря в резуль тате усиления притока теплой воды из Северной Атлантики. При отсутствии покрова морских льдов этот океан должен становиться мощнейшим испарит елем, воздух над ним - "заряжаться" водяным паром, а интенсивность снегопад ов на окружающей сушей - резко возрастать; рост альбедо доводит падение т емпературы до ледниковой эпохи. А вот дальше - самое интересное; в некотор ый момент похолодание достигает той точки, когда Ледовитый океан вновь з амерзает, и тогда начинается дегляциация: потеряв главный источник атмо сферного питания, ледниковые покровы начинают "съеживаться". Ледник тает , и при этом уровень океана повышается, ветви теплого Северо-Атлантическ ого течения вновь прорываются в Арктику, растапливают ее морские льды - и цикл начинается по новой. Существование этой парадоксальной автоколебательной системы, в которо й оледенение порождается потеплением, а дегляциация - похолоданием, нашл о недавно косвенное подтверждение при изучении донных отложений Атлан тики: оказалось, что в плейстоцене Гольфстрим периодически исчезал; при этом выяснилось, что усиление Гольфстрима действительно совпадает с пе риодами похолоданий, и наоборот. Вообще один из главных вопросов, на кото рые приходится отвечать "земным" гипотезам (подразумевающим примерное п остоянство инсоляционного баланса планеты) - каким образом прекращаетс я разрастание ледника, процесс, который по идее должен идти с положитель ной обратной связью? Ведь рост ледника приводит (через увеличение альбед о) к падению температуры, что еще увеличивает ледник - и так до тех пор, пока льдом не покроется вся планета... Один из наиболее убедительных ответов с остоит в том, что по достижении ледником некого порогового размера над н им (именно из-за высокого альбедо) возникает постоянно действующий антиц иклон (область высокого атмосферного давления), который усиливается по м ере роста ледника и в конце концов лишает его "питания" - осадков. Таким обр азом, климат перигляциальных (окружающих ледник) территорий должен быть холодным и сухим - что полностью подтверждается палеонтологическими да нными. В этих ландшафтах складываются весьма специфическая фаунистиче ская группировка с сочетанием криофильных (холодолюбивых) и ксерофильн ых (сухолюбивых) элементов, которую А.Я. Тугаринов (1929) назвал тундростепной ; типично тундровые (влаголюбивые) элементы встречаются здесь лишь близ водотоков. Сейчас группировки, сходные с перигляциальными, сохранились в виде так н азываемых реликтовых степей - островков среди таежного и лесотундровог о ландшафта, приуроченных к южным склонам гор северо-восточной Сибири и Аляски, а также в холодных засушливых высокогорьях Центральной Азии (зде сь их называют "пастбищем яков"). Реликтовые степи, так же как и тундра, пред ставляют собой безлесые сериальные стадии к хвойным таежным климаксам - соответственно, ксеро- и гидросерию; соотношение площадей, занимаемых в ареале сукцессионной системы сообществами ксеро- и гидросериального р яда, определяется климатической ситуацией. В перигляциальном ландшафт е, где вся вода вымерзает на массе ледника (как в морозилке холодильника) и ситуация складывается фактически аридная, доминируют криоксерофильны е тундростепи, а настоящие тундры существуют лишь в виде приводных сообщ еств. Когда же ледниковая эпоха заканчивается и наступает межледниковь е, ситуация меняется на обратную. Ледник тает, высвобождая массы воды, и до минировать на осовобождающейся ото льда территории начинают сообществ а гидроряда (тундра - это в некотором смысле чудовищно разросшееся таежн ое моховое болото), тундростепи же съеживаются до крохотных островков "р еликтовых степей" на сухих прогреваемых южных склонах. Тундростепь отличалась тем, что травяной ярус ее формировали в о сновном не мхи (как в тундре), а злаки; здесь складывался крайне криофильны й вариант уже знакомого нам (по главе 13) травяного биома с его высокой биом ассой пастбищных копытных и хищников - мамонтовой фауной. В ее составе бы ли причудливо смешаны виды, приуроченные ныне к тундре (северный олень, о вцебык, леминги), к степям (сайгак, лошадь, верблюд, бизон, суслики), а также в иды, характерные лишь для этого сообщества и исчезнувшие вместе с ним (ма монт, шерстистый носорог, саблезубый тигр - смилодон, гигантская гиена - ри сунок 60). Исчезновение мамонтовой фауны, произошедшее в начале голоцена, о дни исследователи связывают с климатическими изменениями, другие же сч итают этих животных жертвами человека ("охотников на мамонтов"). Сторонни ки гипотезы "антропогенного вымирания" резонно указывают, что все предыд ущие межледниковья, когда еще не было человека, криофильная мамонтовая ф ауна пережила вполне спокойно. Сторонники гипотезы "климатических возд ействий" - опять-таки резонно - возражают, что голоценовое вымирание было н аиболее масштабным не в относительно густо заселенной Евразии, а в практ ически безлюдной в те времена Северной Америке (человек проник сюда лишь около 10-12 тысяч лет назад из Азии через Берингов пролив); на прародине же че ловечества - в африканских саваннах - никаких вымираний вообще не было. Кр оме того, вымирание захватило не только крупных травоядных и хищников, н о и целую кучу маммальной мелочи, которая никак не могла быть для кромань онцев ни добычей, ни врагами, подлежащими целенаправленному уничтожени ю. Представляется, что наиболее близок к истине В.В. Жерихин (1993): "Каждый тип тр авяного биома производен от вполне определенной сукцессионной системы с лесным климаксом [в случае тундростепи - от тайги: К.Е.]. При вторичном сил ьном сокращении площади травяных сообществ они могут полностью утрати ть комплекс [поддерживающих их] крупных травоядных, а тем самым и эндоген ную стабильность. В этом случае они могут вновь приобрести статус сериал ьных. Ярким примером могут служить современные реликтовые тундростепи, сохранившиеся в таежных сукцессионных системах после полного исчезнов ения тундростепного биома." В момент таяния ледника и резкого увлажнения климата расширяются моховые тундры и сокращаются злаковые тундростеп и, служащие пастбищем для мамонтовой фауны. Дополнительные неприятност и для популяций этих животных создает то, что тундростепной ландшафт ока зывается "нарезанным" на "острова": и из теоретической экологии, и из совре менной практики заповедного дела известно, что для крупных животных нес колько мелких резерватов хуже одного крупного (равного им по площади). Во т в этих-то, кризисных, условиях человек мог нанести мамонтовой фауне пос ледний удар: выборочно уничтожая крупных копытных, он значительно ускор ил превращение тундростепей в лесные сообщества - а дальше процесс этот пошел неостановимо, с положительной обратной связью, пока не исчез весь этот фаунистический комплекс (хотя часть его сохраняется ныне в фауне ту ндр и степей). Отметим, что дольше всего мамонт выжил на острове Врангеля ( открытый недавно карликовый подвид, около 1,5 м в холке, вымер 5 тыс. лет наза д - против 10-12 тыс. лет на континенте), где и поныне широко распространены рел иктовые степи. Самое же интересное - что итоговое воздействие катастрофических (по любы м меркам) плейстоценовых оледенений на биоту Северного полушария оказа лось совершенно ничтожным. Да, вымерло некоторое количество млекопитаю щих из мамонтовой фауны, но во-первых темпы этого вымирания не превышают средних по кайнозою, а во-вторых, как мы теперь знаем, мамонтовая фауна вым ерла скорее в результате прекращения оледенения. Известен лишь один вым ерший вид четвертичных насекомых (если не считать гигантского кожного о вода, паразитировавший на мамонте, и нескольких видов североамериканск их жуков-навозников - те исчезли вместе со своими хозяевами и прокормите лями); что же касается растений, то они, похоже, не пострадали вовсе. Создае тся отчетливое впечатление, что в плейстоцене менялось лишь географиче ское распространение экосистем (широколиственные леса временно отступ али к югу, а на севере изменялось соотношение площадей, занятых сообщест вами гидро- и ксеросериального ряда) и отдельных видов (в перигляциальны х сообществах Европы появлялись жуки, ограниченные ныне степями Якутии и Тибетом) [81]. Все это лишний раз свидетельствует о том, что экосистемы в но рме обладают колоссальной устойчивостью, и разрушить их внешними возде йствиями - даже катастрофическими - практически невозможно. Особенно зам ечательно плейстоценовая ситуация смотрится на фоне "тихих" внутрисист емных кризисов вроде среднемеловой ангиоспермизации - заведомо не связ анной ни с какими импактами и драматическими перестройками климата, но в ызвавшей обвальные вымирания в наземных и пресноводных сообществах. С другой стороны, влияние плейстоценовых оледенений на климат п ланеты отнюдь не ограничивалось высокими ее широтами. Разрастание ледн иковых щитов близ полюса тут же аукалось на экваторе невиданным иссушен ием тропического пояса: установлено, что дождевые тропические леса Южно й Америки периодически съеживались до нескольких десятков крохотных п ятачков-"резерватов" в среднем течении Амазонки, а всю эту территорию зан имали сухие саванны. Более того: есть серьезные основания полагать, что п устыни наиболее распространенного ныне на Земле средиземноморского ти па [82] возникли лишь в плейстоцене. Если пустыни берегового и центральноаз иатского типа, грубо говоря, являются пустынями всегда, то средиземномор ские пустыни становятся таковыми временно, в зависимости от глобальной климатической обстановки, т.е. от взаимодействий в системе "оледенение - а тмосфера - океан". Например, иссушение Сахары (наступление песков на саван ну) идет буквально на наших глазах: первые европейские путешественники з астали озеро Чад настоящим внутренним морем, а в реках нагорья Тибести, ч то в самом центре Сахары, еще в 20-е годы нашего века жили крокодилы. Многие из этих климатических изменений повторялись "в миниатюре" на памя ти человечества. На рисунке 61 представлена кривая зимних температур в Ев ропе за последнее тысячелетие. Во время так называемого "Малого ледников ого периода" (1450-1850 гг) ледники повсеместно наступали, и их размеры превосход или современные (снежный покров появлялся, например, в горах Эфиопии, где его ныне не бывает). Во время же предшествовавшего тому Атлантического о птимума (900-1300 гг) ледники сократились, и климат был заметно мягче нынешнего ( вспомните: именно в эти времена викинги назвали Гренландию "Зеленой стра ной"); следствием потепления в высоких широтах стало увеличение количест ва осадков, выпадающих в аридном поясе. Итак, на Севере стало тепло и, как писано в одном хорошем романе о викингах , "наступили времена изобилия и достатка, когда собирался такой прекрасн ый урожай ржи, а улов сельди был настолько велик, что большинство людей ле гко могли прокормить себя [что в Средневековье случалось нечасто - К.Е.]". Ит ог этого "изобилия и достатка" - норманская экспансия в Европе: "датская да нь" [83] в Англии, варяжские дружины при всех состоятельных государях, колон изация Исландии и Гренландии, плавания в Америку. То же самое - на Юге, где с тало влажно, пустыня обратилась в степь, и такое же "изобилие и достаток" п осетило кочевые скотоводческие народы Центральной Азии; итог - "Монгольс кое нашествие" от Китая до Адриатики. На это же время приходится и расцвет городских цивилизаций в африканских саваннах - Канем, Гао, Гана, Мали, Ифе... О климатических воздействиях на судьбы человеческих цивилизаций можно говорить много, однако тут я уже явно начинаю отбивать хлеб у историков; к ак раз в такие моменты Шахерезада "прекращала дозволенные ей речи" - и была совершенно права