Ледниковые периоды Земли — прошлые и будущие
Лёд — это целый мир, чуждый и враждебный всему живому. Сказочно прекрасная, серебристая под лучами Луны, ослепительно белая и голубая днём, эта фальшивая, ненадёжная твердь, образующая горы, арки, башни, пещеры, обжигает холодом. Нередко писатели, как Джордж Мартин в цикле «Песнь льда и пламени» или Грег Бир в «Планете-бродяге», видят в замёрзшей воде воплощение зла и смерти. Множество фильмов-катастроф посвящено наступлению нового ледникового периода... Но с ледником тесно связаны и наши представления о буйной юности человечества, бегавшего с дубиной за мамонтом. Последней ледниковой эпохе мы даже кое-чем обязаны.
После окончания очередной ледниковой эры наступала термоэра — теплое время, когда практически не происходило оледенений. Сейчас идёт кайнозонская ледниковая эра, начавшаяся 65 миллионов лет назад.
Ледниковую эру геологи разбивают на интервалы — ледниковые периоды, во время которых приполярные регионы Земли занимают обширные ледники. Но и это ещё не всё. Внутри ледниковых периодов сменяют друг друга ледниковые и межледниковые эпохи, когда площадь покрытых ледником территорий увеличивается или уменьшается в несколько раз. Мы живём в очередную межледниковую эпоху.
Первой и самой продолжительной в истории Земли стала раннепротерозойская ледниковая эра — её называют ещё гуронским оледенением. Эра началась 2,4 миллиарда лет назад и продлилась 300 миллионов лет. Похолодание вызвала жизнедеятельность примитивных водорослей: фотосинтез уже шёл полным ходом, и поступающий в атмосферу кислород превращал метан в дающие меньший парниковый эффект углекислоту и водяной пар. Планета, получавшая от Солнца на 15−20% меньше энергии, чем в наши дни, стала остывать, и моря замёрзли. Океаны уже существовали в раннем протерозое, хотя были не так глубоки и покрывали лишь половину поверхности Земли.
Очень странно выглядел в эту эпоху наш мир. Скованные холодом, ржаво-серые днём и поблёскивающие инеем на рассвете, безжизненные каменистые пустыни. Смёрзшиеся песчаные дюны. Бессмысленно взрезающие равнины русла пересохших рек — ведь во время великих оледенений осадки почти прекращаются. И колоссальные ледниковые щиты, раскиданные без видимой географической логики, — в тропиках, а не у полюсов. Ведь для образования ледников, кроме мороза, нужны ещё и снегопады. В Гуронскую же эру эволюция жизни шла своим чередом и даже добилась некоторых успехов. А значит, у экватора оставались незамерзающие моря, вода в которых могла испаряться, обеспечивая рост ближайших к берегам ледников.
Солнце постепенно разгоралось, вулканы исправно пополняли атмосферу газами, и в конце риасия Земля оттаяла. Следующий миллиард лет был довольно тёплым, хотя полярные шапки периодически возникали. Катастрофа повторилась 900 миллионов лет назад. Наступила вторая ледниковая эра — криогений. Это был самый холодный период в истории Земли. Он длился четверть миллиарда лет.
Так или иначе, в криогении наступающие с севера и юга ледники выползли из морей на берег и сомкнулись. Солнце на небосводе сияло уже почти так же ярко, как ныне, но белая, сверкающая поверхность планеты больше не воспринимала тепло. На экваторе температура редко поднималась выше −20 градусов. У полюсов же поверх обычного водяного льда намерзал «сухой» — кристаллическая углекислота. Моря замерзали в буквальном смысле слова. Это сейчас шельфовый ледник, стекая с суши, движется по дну до глубины 200, максимум 300 метров. Тогда, миновав континентальный шельф, глетчеры продолжали сползать по материковому склону до глубины 2000 метров, на поверхности нависая над дрейфующими ледяными полями отвесными стенами в полкилометра высотой. Отколовшиеся и унесённые в приполярные районы айсберги больше напоминали крупные острова с горными цепями.
Бактерии же всё-таки уцелели в подлёдных озёрах и в горячих ключах. В морях даже сохранялись одноклеточные водоросли, немедленно принимающиеся за фотосинтез там, где сквозь трещины в ледяном панцире проникал хоть какой-то свет. Между тем в атмосфере потихоньку накапливалась углекислота, производимая вулканами. Земля оттаяла в эдиакрии — 635 миллионов лет назад, — и всё вернулось на круги своя.
До следующего раза.
Кайнозой
Третья ледниковая эра наступила в палеозое. Начавшись 460 миллионов лет назад в ордовикский период, она продолжалась весь силур, девон, карбон и завершилась лишь 230 миллионов лет назад — в середине триаса. Но по сравнению с эрой Гуронского оледенения и с криогением климат на планете мог считаться буквально курортным. Наступления глетчеров, трёхкилометровыми валами докатывающихся до субтропических широт, сменялись оттепелями, во время которых температура на планете мало отличалась от современной. Тем не менее первых успехов позвоночные добились в холодных, нередко посещаемых айсбергами, экваториальных морях. А в конце девонского периода рыбы полезли на сушу по вполне понятной причине — в воде они ужасно мёрзли. Трудно поверить, но и каменноугольный период тоже был очень морозным, — хотя именно в это время образовалась основная часть угольных залежей, а значит, Землю покрывали густые леса древовидных папоротников и болота.
Катастрофическим для жизни на планете оказалось не само по себе палеозойское оледенение, а его окончание, ознаменовавшееся величайшим в истории Земли вымиранием видов. По одной из гипотез, «оттаивание» планеты привело к срабатыванию «метангидратного ружья». Метан способен консервироваться, образуя в соединении с водой подобные снегу хлопья. Но устойчивы гидраты только при высоком давлении на дне моря или при низкой температуре — в вечной мерзлоте. Если повышение концентрации углекислоты в атмосфере и усиление парникового эффекта ведёт к таянию вечной мерзлоты и прогреванию морей, метан высвобождается, усиливая парниковый эффект, и скорость его выброса нарастает лавинообразно. Смешавшись же с атмосферным кислородом, этот газ просто взрывается. Реальность такого сценария, впрочем, весьма и весьма спорна, но факт остаётся фактом: в конце пермского периода вымерло 96% морских и 70% населявших сушу видов.
Оледенение — самоподдерживающийся процесс, который продолжается до тех пор, пока похолодание не уравновесится снижением влажности. Растущие ледяные панцири поглощают воду, моря мелеют, их площадь сокращается, а низкая среднегодовая температура дополнительно снижает испарение. Из-за этого в атмосфере Земли становится меньше белых, хорошо отражающих свет облаков. Воздух разогревается и раскалённые ветры пустынь останавливают продвижение ледника.
В теории оледенения в северном полушарии должны чередоваться с наступлением льдов в южном. Но на практике этого не происходит. Южнее экватора слишком мало суши, плавучие же ледяные поля легко разрушаются течениями.
Безледниковый период
Наряду с экстремально холодными Земля переживала и жаркие эпохи. Юрский и меловой геологические периоды иногда именуются «безледниковой эрой». Во времена господства динозавров на планете, возможно, совсем не было многолетнего льда. Даже высоко в горах. Высокая концентрация углекислого газа в атмосфере в те времена создавала настолько мощный парниковый эффект, что средняя температура вод мирового океана составляла не 3,7 градуса, как сейчас, а 20 градусов!
Зона умеренного климата (где снег зимой всё-таки выпадал) начиналась в безледниковую эру лишь на побережье Северного Ледовитого океана. И простиралась до полюса, вблизи которого всюду, где имелась суша, паслись стада динозавров. Южнее побережья, до широты Архангельска, пролегала полоса субтропиков, а дальше начинался «зелёный ад» — душная сельва с дикими первобытными крокодилами.
Но южнее сороковой параллели припекало и крокодилов. Часть планеты, сейчас наиболее благоприятная для животной и растительной жизни, тогда напоминала калифорнийскую Долину Смерти. Только температура воздуха там колебалась у отметки +50 градусов круглый год, вынуждая даже самых стойких ящериц и жуков до наступления темноты отсиживаться в подземных убежищах... Известие о наступлении ледника они, должно быть, восприняли бы с огромным облегчением.
Питается ледник снегом. Исключения существуют — например, один глетчер может пополняться льдом из другого, расположенного выше по склону, — но снег предпочтительнее. Выпадая на уже обледеневшую поверхность, снег не тает даже при положительной температуре воздуха. А если и подтаивает, то вода, просачиваясь глубже, замерзает вновь. В результате белый покров спрессовывается, превращаясь в фирн — плотную, но ещё не твёрдую благодаря множеству пузырьков воздуха массу. Фирн накапливается, сжимается под собственным весом, выдавливает воздух и на глубине 100-150 метров превращается в пористый глетчерный лёд. И тогда ледник оживает — начинает двигаться. Стеклянная хрупкость льда — фикция. Даже при небольшом давлении лёд течёт.
Текут ледники от зоны питания к зоне таяния. Небольшой глетчер может представлять собой впадину — ледоём, откуда расползаются ледяные реки, — или коническую шапку на вершине горы, опять-таки распадающуюся на отдельные потоки, которые образуют озёра, заводи, стремнины и даже ледопады на обрывах. На плоской же поверхности глетчер превращается в приплюснутый купол, под собственным весом равномерно растекаясь во все стороны. И следует отметить, что, если ледник достаточно велик, то «плоской» для него станет любая поверхность. Он сминает и погребает под своей массой даже горные цепи.
Скорость течения глетчера в норме составляет лишь десятки метров в год, но она сильно зависит от подлёдного рельефа. Иногда возникают островки неподвижного «мёртвого» льда — попавшего в ловушку или оторвавшегося от основной массы. Но на крутых склонах скорость течения ледника может достигать одного километра в год и более. Благодаря прыти ледовые реки, бегущие с молодых гор Новой Зеландии и Огненной Земли, достигают зоны вечнозелёных лесов, скатываются, подобно обычным ручьям, между древесными стволами и кое-где даже низвергаются в море.
Случаются и катастрофические подвижки — сёрджи, когда ледник ускоряется до 300 метров в сутки. Но необходимое для этого давление так велико, что глетчер быстро лопается, крошится и устремляется далее по склону уже в виде потока из обломков льда и камня.
Век мамонта
На продолжении кайнозойской эры условия на Земле становились всё более суровыми. Три миллиона лет назад ледник, уже давно укрепившийся в Гренландии и на арктических островах, форсировал неглубокие моря и создал плацдармы на Аляске, на Лабрадоре, на севере Скандинавии, на полярном Урале и на плато Путорана. И оттуда ринулся на юг, слившись в единый массив площадью 35 миллионов квадратных километров и сделав большую часть Евразии и Северной Америки непригодными для жизни.
С тех пор на планете два полярных ледника. И северный в два с половиной раза больше южного. Но, в отличие от стабильного, раз и навсегда утвердившегося в очерченных океаном границах Антарктического панциря, Арктический ледник каждые сто тысяч лет ненадолго отступает на исходные позиции. Межледниковья, в одно из которых мы живём, продолжаются от 10 до 30 тысяч лет, — в зависимости от того, о каких широтах идёт речь. На побережье Гренландии, например, межледниковье заняло лишь несколько столетий.Сталкиваясь и наползая друг на друга, поля плавучего пакового льда образуют баррикады-торосы, достигающие 20-метровой высоты
Человечество использовало последнюю оттепель с толком, успев создать цивилизацию. Тем не менее большая часть истории нашего вида, не говоря уже о древних предках, приходится на эпоху господства ледника. И представления о ней, бытующие в массовой культуре, очень далеки от действительности.
Ни мамонты, ни охотники на них, разумеется, не жили ни в арктических приледниковых пустынях, ни в тундре — такой, какую мы видим сейчас. Большинство привычных нам ландшафтов вообще исчезают в ледниковую эпоху, сменяясь другими. В частности, в моменты наступления ледника пропадает, скрываясь под глетчерами, зона вечной мерзлоты. А значит, нет места для тундры и лесотундры.Иногда текущие с гор ледники несут на себе сераки — ледяные башни, высота которых может исчисляться десятками метров. Это очень неустойчивые, а потому опасные для альпинистов образования
Исчезают с наступлением ледника и зоны таёжных, смешанных и лиственных лесов. Ведь климат становится очень сухим. Зато сразу за узкой полосой каменистых арктических пустынь, уже в десятках километров от границы глетчерных полей, начинаются пышные тундростепи. Весной, после таяния снегов, равнины покрываются густым травяным ковром высотой в человеческий рост. А летом, когда температура воздуха достигает 40 градусов — ведь Солнце на границе умеренных широт и субтропиков и в ледниковые эпохи светит так же ярко, — трава высыхает на корню, чтобы осенью промёрзнуть и уйти под тонкий слой снега, превратившись в готовое сено.
Тундростепь обеспечивала пищей неисчислимые стада травоядных, в том числе и мамонтов. Но зимой она превращалась в очень неуютное место. Точно так же, как сейчас в Антарктиде, скатывающиеся с купола ледника тяжёлые массы холодного воздуха порождали непрерывный многомесячный буран, быстро остужающий раскалённую степь до −40 или −50 градусов.Последние измельчавшие мамонты вымерли на острове Врангеля 3,5 тысячи лет назад — на пике межледниковья климат в Арктике был мягче. В прошлом веке снова стало чуть теплее, и на острове смогли прижиться овцебыки и олени карибу
Но отступать было некуда. Оставшиеся у экватора саванны и леса отделялись от тундростепей широкой полосой пустынь и полупустынь. Первобытные охотники укрывались в пещерах и перекрытых бивнями мамонта землянках и коротали дни, ругая суровый климат. Сами же мамонты просто поворачивались кормой к ветру и старались не обращать на него внимания. Мохнатые слоны пережили не меньше полутора десятков наступлений ледника, который загонял их к обмелевшему Чёрному морю. Межледниковья, во времена которых мамонтам приходилось радикально менять образ жизни, беспокоили их больше.
Останки мамонтов встречаются в вечной мерзлоте до самого побережья Ледовитого океана. Там они жили в периоды, когда климат становился тёплым и влажным, мерзлота исчезала до самого моря и современные тундры и редколесья сменялись заросшими густым кустарником арктическими лугами. Теснимые лесами, которые занимали место тундростепей, мамонты отступали на крайний север. Где и тонули в болотах, чтобы спустя сотни и тысячи лет, после похолодания климата, оказаться впаянными в мерзлоту.
Ледниковый период будущего
«Зима близко!» — любимая присказка Старков из мира «Песни льда и пламени», отличающегося крайней нестабильностью политических и климатических условий. Так вот, зима действительно близко. У нашего, реального мира те же проблемы, что и у континента Вестерос.
Кайнозойское оледенение произошло по геологическим меркам совсем недавно, а катастрофические масштабы приняло и того позже — уже в эпоху наших предков. Вероятно, это будет последняя ледниковая эра в истории Земли, ведь светимость Солнца постепенно возрастает. Но до тех пор наше межледниковье кончится. В ближайшие 20-30 миллионов лет климат на планете будет становиться суровее.Решающий вклад в парниковый эффект даёт не углекислый газ, а метан. Главные же его производители, противостоящие новому наступлению ледника, — коровы
Может показаться, что надвигающийся пик кайнозойского оледенения — опасность, грозящая в перспективе столь отдалённой, что ею со спокойной совестью можно пренебречь. Но множество накладывающихся астрономических циклов могут значительно повлиять на среднегодовую температуру. И в будущем небольшие колебания климата способны создать человечеству серьёзные проблемы.
Современный климатический оптимум кончился. Но и в прошлом веке в Европе уже не было так тепло, как в предыдущий оптимум X-XIII веков, когда в Шотландии и на Лабрадоре рос виноград, а почти безжизненное ныне побережье Гренландии зеленело сочными травами. И до конца кайнозоя, скорее всего, Гренландия «Зелёной страной» уже не станет. Зато холода XIV-XVII веков, «малого ледникового периода», в будущем покажутся сущей ерундой. Современный межледниковый период, начавшийся 12 тысяч лет назад, тоже подходит к концу.
Завершилась и оптимальная фаза великого четырёхсоттысячелетнего климатического цикла, который в свой разгар, в самую жару, четверть миллиона лет назад остановил Днепровское оледенение на широте Киева. А значит, второй раз этот номер уже не пройдёт и следующий девятый вал ледника соединится с горными глетчерами Кавказа и Альп.Тающая Гренландия (Christine Zenino / Flickr)
Если верить теоретическим предсказаниям, похолодание должно вот-вот начаться. Пока, правда, между теорией и реальностью наблюдаются расхождения, — и будоражит умы именно наблюдаемое таяние льдов. Но это совершенно нормально. Если бы на Земле хоть что-то делалось разумно, как следует и в срок, то кто бы нас сюда пустил?
Если же говорить всерьёз, то сейчас человеческая деятельность, способствующая увеличению парникового эффекта и росту глобальной температуры, с успехом противостоит космическим силам, ответственным за наступления ледников. Но исход этой неравной борьбы предрешён. Зима близко. Ледниковый период не кончился. Он впереди.