Четвертичное оледенение

Четвертичное оледенение (также плейстоценовое оледенение, ледниковый период) — это глобальное похолодание климата Земли, происходившее в четвертичном периоде (плейстоцене и голоцене, начавшемся около 2,58 миллиона лет назад и продолжающемся по настоящее время), характеризующееся многократным чередованием длительных ледниковых эпох (гляциалов) и относительно коротких межледниковий (интергляциалов). В ледниковые эпохи значительные площади суши в Северном полушарии покрывались мощными материковыми ледниковыми щитами, а уровень Мирового океана существенно понижался.

История изучения

Научное изучение следов древнего оледенения началось в первой половине XIX века. Швейцарский натуралист Луи Агассис в 1837 году впервые сформулировал теорию о том, что Альпы и значительная часть Европы в прошлом были покрыты мощными ледниками. В середине XIX века геологи установили, что валуны, оставленные ледниками (эрратические валуны), и специфические отложения (морены) встречаются на обширных территориях Северной Европы и Северной Америки.

В конце XIX — начале XX века, благодаря работам Альбрехта Пенка и Эдуарда Брюкнера в Альпах, была разработана классическая схема чередования ледниковых и межледниковых эпох (гюнц, миндель, рисс, вюрм). В XX веке с развитием методов радиоизотопного датирования и анализа глубоководных осадков стало понятно, что оледенения происходили циклично и были синхронизированы с изменениями орбитальных параметров Земли (циклы Миланковича).

Причины и механизмы

Циклы Миланковича

Основной причиной чередования ледниковых и межледниковых эпох считаются периодические изменения параметров орбиты Земли относительно Солнца:

• Эксцентриситет — изменение формы орбиты с почти круговой на эллиптическую (цикл около 100 000 лет).
• Наклон оси — изменение угла наклона земной оси (цикл около 41 000 лет).
• Прецессия — колебание оси вращения Земли (цикл около 23 000 лет).

Эти изменения влияют на количество солнечной радиации (инсоляции), получаемой Землёй на разных широтах, особенно в высоких широтах Северного полушария. Когда летняя инсоляция в высоких широтах снижается, снег и лёд не успевают полностью растаять за лето, что запускает положительную обратную связь: увеличение площади снежного покрова повышает отражательную способность (альбедо) Земли, что приводит к дальнейшему похолоданию и росту ледников.

Другие факторы

• Тектоника плит: Изменение расположения материков, особенно образование Панамского перешейка (около 3 млн лет назад) и закрытие Индо-Тихоокеанского прохода, изменило океанические течения, усилив Гольфстрим и создав условия для накопления влаги в Арктике.
• Концентрация парниковых газов: Снижение содержания углекислого газа (CO₂) и метана (CH₄) в атмосфере ослабляет парниковый эффект и усиливает похолодание. Ледяные керны из Антарктиды показывают, что концентрация CO₂ в ледниковые эпохи была значительно ниже (около 180–190 ppm), чем в межледниковья (около 280 ppm).
• Вулканизм и солнечная активность: Крупные извержения вулканов могут вызывать краткосрочные похолодания, а изменения солнечной активности — влиять на климат в масштабах десятилетий и столетий, но не являются главной причиной длительных ледниковых циклов.

Хронология и основные оледенения

Четвертичное оледенение не было единым событием. За последние 2,58 млн лет выделяют несколько десятков ледниковых и межледниковых эпох. Наиболее изучены оледенения последних 500 000 лет.

Основные ледниковые эпохи (на примере Альпийской схемы)

Межледниковья

Между ледниковыми эпохами наступали тёплые периоды, иногда теплее современного:

• Голоцен (последние 11,7 тыс. лет) — современное межледниковье.
• Эемское межледниковье (Микулинское в России) — около 130–115 тыс. лет назад, климат был теплее современного на 2–3 °C.
• Гольштейнское межледниковье (Лихвинское) — около 400–300 тыс. лет назад.

Географическое распространение и масштабы

В максимумы оледенений ледниковые щиты покрывали огромные территории:

• Северная Америка: Лаврентийский ледниковый щит (до 38° с.ш.), Кордильерский ледниковый щит (на западе).
• Европа: Скандинавский ледниковый щит (до 48° с.ш. в районе современной Германии и Польши), Альпийский ледниковый щит, ледники на Британских островах.
• Азия: Сибирский ледниковый щит (менее обширный, чем в Европе, из-за сухости климата), горные ледники в Гималаях, Тибете, на Кавказе.
• Южное полушарие: Антарктический ледниковый щит (существовал постоянно, но его мощность и площадь увеличивались), Патагонский ледниковый щит (в Южной Америке), ледники в Новой Зеландии и на островах.

Общий объём льда на планете в ледниковые эпохи достигал 50–70 млн км³, что в 2–3 раза превышает современный объём. Уровень Мирового океана понижался на 120–130 метров, обнажая обширные участки континентального шельфа (например, Берингию между Азией и Америкой, Северное море).

Последствия и влияние

Геологические и геоморфологические

• Экзарация (ледниковая эрозия): Образование трогов (корытообразных долин), каров, цирков, бараньих лбов, фьордов.
• Аккумуляция: Отложение морен (конечных, основных, боковых), друмлинов, озов, камов, зандровых равнин. Широкое распространение валунных суглинков и глин.
• Изостазия: Прогибание земной коры под тяжестью ледниковой нагрузки (до 500–1000 м) и последующее медленное поднятие после таяния льда (голоценовое поднятие, например, в Скандинавии и Канаде, продолжающееся до сих пор со скоростью до 1 см/год).
• Формирование озёр: Образование огромных приледниковых озёр (например, Агассис в Северной Америке, Балтийское ледниковое озеро в Европе). Современные Великие озёра в Северной Америке и озёра Финляндии и Карелии — результат ледниковой деятельности.
• Изменение речной сети: Перестройка гидрографической сети, образование спиллвеев (каналов стока талых вод), изменение русел крупных рек (например, Волги, Днепра).

Биологические и экологические

• Миграции видов: В ледниковые эпохи флора и фауна отступали к югу в рефугиумы (убежища). В межледниковья происходила обратная экспансия. Это привело к видообразованию и формированию современных ареалов.
• Эволюция человека: Четвертичное оледенение оказало прямое влияние на эволюцию рода Homo. Холодные и засушливые условия стимулировали развитие адаптаций: использование огня, строительство жилищ, шитьё одежды, охота на крупных млекопитающих (мамонты, шерстистые носороги). Расселение человека из Африки в Евразию и Америку происходило в условиях низкого уровня моря.
• Вымирание мегафауны: В конце последнего оледенения (около 10–12 тыс. лет назад) произошло массовое вымирание крупных млекопитающих (мамонты, саблезубые кошки, гигантские ленивцы, шерстистые носороги). Причины до конца не выяснены: изменение климата и/или охота человека.
• Изменение уровня моря: Понижение уровня моря на 120–130 м создавало сухопутные мосты, по которым происходила миграция людей и животных (например, заселение Америки через Берингию, заселение Австралии и Новой Гвинеи).

Современное состояние и будущее

Земля в настоящее время находится в межледниковье (голоцене), которое длится около 11,7 тыс. лет. По геологическим меркам это относительно короткий период. Циклы Миланковича предсказывают, что в ближайшие 10–20 тыс. лет начнётся постепенное похолодание, которое может привести к новой ледниковой эпохе. Однако антропогенное изменение климата (выбросы парниковых газов) может существенно отсрочить или даже предотвратить начало нового оледенения, создав беспрецедентные для четвертичного периода климатические условия.

Современные ледниковые щиты (Гренландский и Антарктический) являются реликтами плейстоценового оледенения. Их таяние, наблюдаемое в последние десятилетия, — один из главных факторов современного повышения уровня Мирового океана.

Источники

1. Геологический словарь. Том 3. — М.: Недра, 1978.
2. Короновский Н.В., Ясаманов Н.А. Геология. — М.: Академия, 2008.
3. Ледниковый период / под ред. Дж. Имбри. — М.: Мир, 1988.
4. Монин А.С., Шишков Ю.А. История климата. — Л.: Гидрометеоиздат, 1979.
5. Peltier, W.R. (2004). Global glacial isostasy and the surface of the ice-age Earth: The ICE-5G (VM2) model and GRACE. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 32, 111-149.
6. Ruddiman, W.F. (2001). Earth's Climate: Past and Future. W.H. Freeman and Company.