Что мы знаем о ледниковом периоде? Говорят, это когда лёд, холод, метель, снежная пустыня до самого горизонта, пещерные люди в шкурах пещерных медведей – ледниковый период.
Ледниковый период - длительный промежуток времени, во время которого климат на планете становится холодным и устанавливается ледовый покров на материках.
Ледниковый период состоит из чередующихся парных эпох «ледниковье-межледниковье». Ледниковье – это когда все плохо, холод, падение уровня моря, обледенение. Межледниковье – наоборот, светло, тепло, и уровень моря высокий. Внутри этих эпох также выделяют периоды похолоданий и потеплений, но менее масштабные. Мы, к слову, живем сейчас в межледниковую эпоху, начавшуюся 11,7 тысяч лет назад. А одним из примеров незначительного похолодания в наше, относительно теплое время, являлся малый ледниковый период, продолжавшийся с XIV до середины XIX века. После чего началось глобальное потепление, усиленное антропогенным влиянием.
Продолжительность ледниковых эпох и межледниковий может колебаться в пределах десятков тысяч лет. А всего ледниковый период может насчитывать десятки таких эпох, растягиваясь на миллионы лет. Последовательная череда ледниковых периодов образует ледниковую эру.
Универсальной причины, запускающей и останавливающей механизм остывания планеты, нет. Есть набор повторяющихся условий и факторов, каждый из которых вносит свой вклад в конкретную ледниковую эру:
- Длинное холодное лето в северном полушарии, возникающее из-за изменений орбиты планеты и колебания угла наклона земной оси.
- Снижение солнечной активности, уменьшающее количество тепла, поступающего на Землю.
- Увеличение отражательной способности поверхности планеты из-за снижения площади лесов или возникновения постоянного снежного покрова.
- Скопление больших массивов суши как на полюсах, так и на экваторе.
- Изменение океанических течений и циркуляции воздушных масс над ними.
- Падение концентрации метана и углекислого газа в атмосфере.
Запустить процесс глобального похолодания может как один, так и несколько факторов, но как его остановить? Если бы все силы, вызывающие оледенение, действовали только на его усиление или стабилизацию холодного климата, планета давно превратилась бы в гигантский снежный шар. Этого не происходит, потому что по мере развития оледенения значение вызвавших его факторов снижается, запуская механизм отрицательной обратной связи. Как это работает? Посмотрим на конкретных примерах.
Ледниковые эры
Современная геология способна увидеть далекое прошлое планеты в подробностях, недоступных исследователям XIX века. Мы знаем, что возраст Земли около 4,5 млрд лет, и 640 млн лет из них длились ледниковые эры. Всего таких эр выделяют четыре.
Древнейшая ледниковая эра приходится на ранний протерозой и связана с кислородной катастрофой. Фотосинтезирующие организмы, львиную долю которых составляли цианобактерии, первыми научились загрязнять атмосферу, выбрасывая в нее токсичные продукты жизнедеятельности. Таким продуктом стал кислород. Главный парниковый газ первичной атмосферы, метан, оказался окисленным чуть менее чем полностью, и около 2,4 млрд лет назад температура на Земле упала с +54°С до -40°С. Наступившее Гуронское оледенение считается самым масштабным в истории: вся Земля была покрыта ледяным панцирем, и даже в тропиках толщина ледников составляла несколько сотен метров. Анаэробные организмы, питавшиеся метаном, почти вымерли, да и фотосинтетикам пришлось не сладко. Углекислый газ, поступающий через вулканы в атмосферу, постепенно накапливался, пока не сработал парниковый эффект, положивший конец Гуронскому оледенению 2,1 млрд лет назад.
Следующая ледниковая эра началась около 750 млн лет назад, охватив весь геологический период с говорящим названием «криогений», и закончившись около 580 млн лет назад, в эдиакарии. Масштаб нового оледенения был сопоставим с Гуронским, зато продолжительность была почти в два раза меньше. Модель, описывающая этот период, носит название «Земля-Снежок». Углекислый газ, вытащивший планету из объятий Гуронского оледенения, поставлялся в основном вулканами. И переходил в осадочные горные породы в процессе химического выветривания силикатов. Чем больше дождей идет над сушей, тем активнее процесс химического выветривания и изымания углекислого газа из атмосферы. А что будет, если всю сушу собрать в тропиках? Когда литосферные плиты сложились в суперконтинент Родинию, ответ стал понятен. Бескрайние ледовые поля и -20°С в жаркий полдень на экваторе. Жизнь, ставшая уже многоклеточной, ютилась в подледных озерах и около геотермальных источников. Итог оледенения был закономерен. Ледяной покров препятствовал выветриванию, вулканы продолжали работать, и уровень углекислого газа начал расти. К середине эдиакария парниковый эффект растопил льды, открыв расползающуюся на континентальные лоскуты Родинию. Усилившийся сток с суши обогатил воды океана фосфором и карбонатами, что привело к кембрийскому взрыву.
Масштаб оледенений в палеозое был несопоставим с Землей-Снежком, но все еще оставался существенным. Дважды полярные широты скрывались под толщей снега и льда. Первое оледенение известно как Андско-Сахарское и имеет временные рамки 460 – 420 млн лет. Второе – ледниковый период Кару, случившийся 360 – 260 млн лет назад. Следы обоих оледенений можно увидеть в Бразилии, Марокко, Сахаре, Ливии и Южной Африке. Оба геологических события сходны между собой. Центром оледенения становится крупный массив суши, который находится в районе Южного полюса – Гондвана. А фактором, запускающим механизм глобального похолодания, выступает падение уровня углекислого газа в атмосфере. Но теперь его концентрация зависит не только от вулканов и выветривания.
В ордовике к цианобактериальным матам, влиявшим на состав атмосферы еще в протерозое, добавились водоросли, фитопланктон и первая наземная флора, лишайники. Увеличение их биомассы привело к изъятию большого количества CO2 из атмосферы и захоронению уже в виде залежей горючих сланцев. Как итог – похолодание, обширное оледенение и падение уровня моря, погубившее богатые жизнью шельфовые зоны. На рубеж ордовика-силура приходится второе по масштабности вымирание, уничтожившее до 70% видов. После чего опять стал расти уровень CO2, парниковый эффект вернул лед в жидкое состояние и биомасса растений снова стала увеличиваться.
В каменноугольном периоде сценарий с оледенением повторился. Только в этот раз не водоросли, а заболоченные леса из древовидных папоротников сыграли роль накопителя углекислого газа. Пока меганевры наслаждались рекордными 35% кислорода в атмосфере, и формировались многометровые толщи каменного угля, с юга надвигались ледниковые пустоши. Конец их продвижению положили грибы и бактерии, научившиеся питаться древесиной и возвращающие в атмосферу углекислый газ.
К мезозою в мире установился хрупкий климатический баланс. Материки начали расползаться подальше от полюсов, увеличилась площадь эпиконтинентальных морей, сформировался почвенный покров. Роль химического выветривания упала, а с возвращением в атмосферу углекислого газа, накопленного растениями, прекрасно справлялись сапрофиты и травоядные животные. Планета вступила в термоэру, продолжавшуюся до середины кайнозоя. Средние температуры от +20°С и выше, широкий экваториальный и тропический пояса, теплые мелководные моря. Рай для динозавров и древних млекопитающих, который не мог длиться вечно.
Зима близко
Первые звоночки о грядущих переменах прозвучали еще в конце мелового периода. Движение континентов, появление Атлантического океана, сокращение акватории Тетиса привело к изменению морских течений и циркуляции воздушных масс. В полярных областях стало по-настоящему холодно, на Чукотке и в Антарктике динозаврам приходилось выживать в условиях суровых снежных зим. Но уже в палеоцене, 55 млн лет назад, началось быстрое и неожиданное потепление. Причиной резкого (на 8°С) возрастания температуры могло стать высвобождение метана, накопленного в морских донных отложениях в конце мелового периода. Наступило вечное лето эоцена, и широколиственные леса росли за полярным кругом.
А между тем мир неуловимо менялся. Еще в начале мезозоя появился фитопланктон нового типа, представленный диатомовыми водорослями, динофлагелятами и кокколитофоридами. При низкой биомассе фитопланктон обладает огромной продуктивностью, выступая основанием трофических цепей в океанах. Продуктивность оборачивается повышенным потреблением CO2, часть которого включается в круговорот веществ гидросферы, часть превращается в залежи углеводородов. К середине кайнозоя падение уровня углекислого газа стало сказываться на годовых температурах.
В олигоцене начала покрываться льдом Антарктида, сместившаяся район Южного полюса. В миоцене ледники появились в горных долинах Гренландии. В плиоцене движение континентов привело к окончательному исчезновению Тетиса, а заодно к образованию Панамского перешейка. Система течений поменялась, и теплые воды из тропической Атлантики направились в Северный, тогда еще не Ледовитый, океан. С изменением географии менялась и биосфера планеты. Появился новый тип ландшафта – степи, что привело к увеличению альбедо и ускорило общее похолодание климата.
Открытые пространства с травянистой растительностью, зарослями кустарников и участками леса вдоль речных долин постепенно сливались в одну огромную экосистему. В плиоцене (12 – 2 млн лет назад) степи, саванны и редколесья протянулись от Южной Африки до Центральной Азии и дальше на восток, через Берингов пролив в Новый Свет. Единство ландшафта сформировало и общую фауну. Здесь были крупные травоеды (быки, носороги с бегемотами и т.д.), быстроногие антилопы и гиппарионы, эволюционирующие в лошадей, хищники вроде псовых, гиен и саблезубых кошек, жирафы, страусы, барсуки, грызуны. Хоботных представляли семейства слонов и мастодонтов. А в африканских саваннах обитало несколько видов прямоходящих человекообразных обезьян.
Перенос теплых вод Атлантики в северные широты привел к увеличению объема осадков в приполярных областях суши. Лето становилось все более холодным и дождливым, зима затягивалась, и скорость накопления снежных масс превысила скорость их таяния. Альбедо планеты, усиленное распространением степей, еще больше увеличилось за счет территорий, покрытых снегом круглый год. Подсчитано, что для формирования ледника необходим шестиметровый слой плотного снега. Этот предел был преодолен 2,6 млн лет назад. Становилось все холоднее, все больше влаги уходило на формирование ледовых щитов в Европе и Северной Америке. Началось Четвертичное оледенение.
Новый порядок
На протяжении всего плейстоцена холодные эпохи сменялись теплыми межледниковьями. Ледовые щиты пульсировали, то сжимаясь, то занимая до четверти площади всей суши, и вместе с ними менялся уровень мирового океана. Последняя ледниковая эпоха, известная как валдайское оледенение, продолжалась около 100 тысяч лет и закончилась 11,7 тысяч лет назад.
