Оледенение в истории земли

Оледенение земли

Существует несколько гипотез о причинах возникновения оледенений. Факторы, положенные в основу этих гипотез, можно подразделить на астрономические и геологические. К астрономическим факторам, вызывающим похолодание на земле, относятся:

1. Изменение наклона земной оси 
2. Отклонение Земли от ее орбиты в сторону удаления от Солнца 
3. Неравномерное тепловое излучение Солнца.

К геологическим факторам относят процессы горообразная, вулканическую деятельность, перемещение материков. 
Каждая из гипотез имеет свои недостатки. Так гипотеза, связывающая оледенение с эпохами горообразования, не объясняет отсутствие оледенения в мезозое, хотя в эту эр горообразовательные процессы были достаточно активны. 
Активизация вулканической деятельности, по мнению одних ученых, приводит к потеплению климата на земле, по мнению других к похолоданию. Согласно гипотезе перемещения материков огромные участки суши на протяжении истории развития земной коры периодически переходили из области теплого климата в области холодного климата, и наоборот.  
 
За время геологической истории планеты, насчитывающей более 4 млрд. лет, Земля испытала несколько периодов оледенения. Древнейшее Гуронское оледенение имеет возраст 4,1 — 2,5 млрд. лет, Гнейсесское — 900 — 950 млн. лет. Далее ледниковые периоды повторялись довольно регулярно: Стертское — 810 — 710, Варангское — 680 — 570, Ордовикское — 410 — 450 млн. лет назад. Предпоследний ледниковый период на Земле был 340 — 240 млн. лет назад и назывался Гондванским. Сейчас на Земле очередной ледниковый период, называемый Кайнозойским, который начался 30 — 40 млн. лет назад с появления антарктического ледникового покрова. Человек появился и живет в ледниковом периоде. В последние несколько миллионов лет оледенение Земли то разрастается, и тогда значительные территории в Европе, Северной Америке и частич но в Азии оказываются заняты покровными ледниками, то сокращается до тех размеров, которые существуют сегодня. Для последнего миллиона лет выявлено 9 таких циклов. Обычно период разрастания и существования ледниковых покровов в Северном полушарии примерно в 10 раз продолжительнее, чем период разрушения и отступания. Периоды отступания ледников называют межледниковьем. Сейчас мы живем в период очередного межледниковья, которое называется голоцен. 
 
Центральная проблема криологии Земли — выявление и изучение общих закономерностей оледенения нашей планеты. Криосфера Земли испытывает как непрерывные сезонно-периодические колебания, так и многовековые изменения.

 
Фото: Teo Romero

 
В настоящее время Земля прошла ледниковую эпоху и находится в межледниковом периоде. Но что будет дальше? Каков прогноз процесса оледенения Земли? Не может ли в ближайшее время начаться новое наступление ледников?

Ответы на эти вопросы волнуют не только ученых. Оледенение Земли—гигантский планетарный процесс, который небезразличен для всего человечества. Чтобы найти ответ на эти вопросы, нужно проникнуть в тайны оледенения, раскрыть закономерности развития ледниковых эпох, установить основные причины их возникновения. 
Решению этих проблем были посвящены труды многих выдающихся ученых. Но сложность вопросов так велика, что, по мнению известного климатолога М. Шварцбаха, проникнуть в тайну оледенения практически невозможно.

Существует множество теорий и гипотез, которые пытаются раскрыть эту тайну. Не вдаваясь в подробности всех теорий и гипотез, можно объединить их в три основные группы. 
Планетарные — где главной причиной наступления ледниковых периодов считаются существенные изменения, происходящие на планете: смещение полюсов, движение материков, процессы горообразования, которые сопровождаются изменением циркуляции воздушных и океанических течений и возникновением ледников, загрязнение атмосферы продуктами вулканической деятельности, изменение концентрации углекислоты и озона в атмосфере.

К планетарным гипотезам примыкают и астрономические гипотезы, объясняющие оледенение планеты изменением орбиты Земли, изменением угла наклона оси ее вращения, расстояния от Солнца и др.

Солнечные — гипотезы и теории, объясняющие возникновение эпох оледенения ритмичностью энергетических процессов, происходящих в недрах Солнца. В результате этих процессов происходят периодические изменения в количестве солнечной энергии, поступающей на Землю. Продолжительность этих периодов составляет несколько сот миллионов лет, что согласуется с периодичностью ледниковых эпох.

В первом приближении объясняется и ритмичность процессов наступления и отступления ледников внутри каждой ледниковой эпохи.

Космические гипотезы и теории. Согласно им, существуют космические факторы, которые позволяют объяснить цикличность изменения климата и наступления ледниковых эпох на Земле. К числу таких причин могут быть отнесены потоки лучистой энергии или потоки частиц, вызывающие изменение энергетических процессов как внутри Солнца, так и внутри Земли, облака космической пыли, частично поглощающие энергию Солнца, а также неизвестные еще нам факторы. Представляет, например, большой интерес гипотеза о возможности взаимодействия потока нейтрино с веществом земных недр. Заслуживает пристального внимания совпадение периода чередования ледниковых эпох (около 250 млн. лет) с периодом обращения Солнечной системы вокруг центра Галактики (220—230 млн. лет). Еще более поразительна близость (учитывая невысокую точность определения таких величин) этого периода с периодичностью (около 300 млн. лет) волн сгущения материи в рукавах нашей Галактики, которые возникают в результате выброса гигантских, вращающихся с огромной скоростью масс вещества из центра Галактики. Кстати, последняя волна этого ударного возмущения, прошедшая 60 млн. лет назад, удивительно совпадает с геологическим временем исчезновения гигантских пресмыкающихся рептилий в конце мелового периода мезозойской эры.

Думается, что понять и изучить динамику климата и возникновения ледниковых эпох возможно только на основе синтеза космических, солнечных и планетарных факторов. 
Несколько слов, о прогнозе термической судьбы Земли, а точнее, о вероятностном ходе тепловых процессов в астрофизических масштабах времени. 
К проблеме прогнозирования естественного хода оледенения нашей планеты тесно примыкает проблема искусственного изменения климата планеты. Перед учеными, занимающимися криологией, стоит задача — установить порог роста производства энергии на Земле, за которым могут наступить весьма нежелательные для человечества изменения физико-географической оболочки (затопление суши при таянии антарктических и других ледников, чрезмерное повышение температуры воздуха и протаивание мерзлых толщ 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° С, 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° С.

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.

Таким образом, очевидна причинная связь эпох интенсивного вулканизма с эпохами похолодания. Однако не следует и преувеличивать значение этого фактора. Хорошо известно, что в позднемеловую эпоху и в палеогене на земной поверхности не существовало сколько-нибудь значительных ледников, хотя в то время были сформированы колоссальные покровы из вулканического материала по обрамлению Тихого океана.

Решающей предпосылкой возникновения оледенений является, как мы уже отмечали, наличие контрастного рельефа земной поверхности, созданного горообразованием. Колебания солнечной активности, вулканизм, а может быть, и другие причины стали своего рода спусковыми механизмами, вызывающими оледенение, когда необходимая обстановка для этого была уже создана.