Плейстоценовое оледенение

Плейстоценовое оледенение — это серия длительных похолоданий климата и сопутствующих им значительных расширений площади материковых ледниковых покровов, происходивших в плейстоценовую эпоху (от 2,58 миллиона до 11,7 тысячи лет назад). Является частью более общего кайнозойского оледенения. Характеризуется чередованием ледниковых (гляциалов) и межледниковых (интергляциалов) периодов, что привело к кардинальным изменениям ландшафтов, уровня Мирового океана, биоты и рельефа значительной части суши.

История изучения

Первые научные представления о существовании в прошлом масштабных оледенений сформировались в первой половине XIX века. Швейцарский натуралист Луи Агассис в 1837 году выдвинул гипотезу о «Великом ледниковом периоде», основанную на наблюдениях за эрратическими валунами (огромными глыбами, перенесёнными на большие расстояния) и ледниковой штриховкой на скалах в Альпах. В 1840 году он опубликовал работу «Études sur les glaciers», где обосновал идею о том, что обширные области Европы когда-то были покрыты льдом.

В России систематические исследования следов древнего оледенения начались во второй половине XIX века. Геологи П. А. Кропоткин и И. Д. Черский независимо друг от друга пришли к выводу о существовании мощного покровного оледенения на Русской равнине и в Сибири. Кропоткин в 1876 году опубликовал работу «Исследования о ледниковом периоде», где детально описал морены, валуны и другие ледниковые отложения на севере Европейской части России.

В XX веке развитие методов абсолютной геохронологии (радиоуглеродный, уран-ториевый, изотопно-кислородный анализ) позволило точно датировать ледниковые и межледниковые эпохи, а также реконструировать их климатические параметры. Ключевую роль сыграло изучение глубоководных осадков и ледяных кернов из Гренландии и Антарктиды.

Причины и механизмы

Плейстоценовое оледенение не является уникальным явлением в истории Земли. Его наступление связано с сочетанием долгосрочных и краткосрочных факторов.

Долгосрочные факторы (тектонические)

• Расположение континентов: К началу плейстоцена Антарктида уже была изолирована у Южного полюса, а Северная и Южная Америки соединились Панамским перешейком, что изменило океанические течения. Северный Ледовитый океан оказался почти полностью окружён сушей, что способствовало его охлаждению и образованию ледяного покрова.
• Поднятие горных систем: Интенсивный рост Гималаев, Тибетского нагорья, Анд и Кордильер изменил глобальную циркуляцию атмосферы, усилил муссоны и способствовал общему похолоданию.
• Снижение концентрации CO₂: В течение кайнозоя наблюдалось постепенное снижение содержания углекислого газа в атмосфере, что ослабило парниковый эффект и сделало климат более уязвимым к похолоданиям.

Краткосрочные факторы (астрономические)

Цикличность ледниковых и межледниковых периодов объясняется циклами Миланковича — периодическими изменениями параметров орбиты Земли:

1. Эксцентриситет орбиты (цикл ~100 тыс. лет): изменение степени вытянутости орбиты Земли вокруг Солнца. В плейстоцене последние несколько ледниковых периодов следовали именно с этим периодом.
2. Наклон оси (цикл ~41 тыс. лет): изменение угла наклона земной оси относительно плоскости орбиты. Влияет на контрастность сезонов.
3. Прецессия (цикл ~19-23 тыс. лет): медленное вращение земной оси, меняющее время года, когда Земля находится ближе всего к Солнцу.

Сочетание этих циклов определяет количество солнечной энергии (инсоляции), достигающей высоких широт в летнее время. Если летняя инсоляция в Северном полушарии падает ниже определённого порога, снег не успевает таять за лето, накапливается и запускает процесс роста ледников (положительная обратная связь: лёд отражает больше солнечного света, усиливая охлаждение).

Хронология и периодизация

Плейстоценовое оледенение не было единым непрерывным событием. Оно включало десятки циклов похолодания и потепления. Для разных регионов используются свои названия ледниковых и межледниковых эпох.

Северная Европа и Русская равнина

Традиционная схема для Восточно-Европейской равнины включает четыре основных оледенения (от более древних к молодым):

Межледниковья (например, Лихивинское, Микулинское) были периодами климата, близкого к современному или даже более тёплого (например, микулинское межледниковье ~130–115 тыс. лет назад).

Северная Америка

Здесь выделяют оледенения: Небрасканское (около 2 млн лет назад), Канзанское, Иллинойское и Висконсинское (последнее, ~85–11,7 тыс. лет назад). Ледяной щит Лаврентия в максимум покрывал почти всю Канаду и север США.

Последний ледниковый максимум (LGM)

Наибольшего развития оледенение достигло около 26–20 тысяч лет назад. В этот период:

• Уровень Мирового океана был примерно на 120–130 метров ниже современного.
• Огромные территории (Берингия, Северное море, Зондский шельф) были осушены.
• Средняя глобальная температура была на 4–6 °C ниже современной.
• Ледниковые щиты покрывали до 30% площади суши (против 10% сегодня).

Географическое распространение

В плейстоцене существовало несколько основных центров оледенения:

• Североамериканский (Лаврентийский) щит: Центр в районе Гудзонова залива. На юге доходил до широты 40° с.ш. (территория современных штатов Нью-Йорк и Огайо).
• Скандинавский щит: Центр над Скандинавскими горами. Покрывал всю Скандинавию, Финляндию, север Европейской России, Прибалтику, север Германии и Польши. Мощность льда в центре достигала 3–3,5 км.
• Кордильерский щит: Покрывал Кордильеры Северной Америки от Аляски до юга Канады.
• Гималайско-Тибетское оледенение: Обширное горное оледенение в Центральной Азии.
• Альпийское оледенение: В Альпах ледники спускались далеко в предгорья.
• Антарктический щит: Существовал и до плейстоцена, но в этот период значительно увеличился в размерах.

Геологические и геоморфологические последствия

Деятельность ледниковых покровов оказала огромное влияние на рельеф.

Формы рельефа, созданные ледником

• Экзарационные (разрушительные): Бараньи лбы (сглаженные скалы), ледниковые цирки и кары (чашеобразные углубления в горах), троги (U-образные долины), фьорды (затопленные морем троги).
• Аккумулятивные (наносные):
• Морены: Основная (донная), конечная (краевая), боковая. Конечные морены образуют гряды, отмечающие границы максимального продвижения ледника (например, Валдайская возвышенность в России).
• Друмлины: Вытянутые холмы из моренного материала, ориентированные по движению ледника.
• Озы и камы: Гряды и холмы из водно-ледниковых отложений (песка, гравия), образованные потоками талой воды внутри ледника или у его края.
• Флювиогляциальные (водно-ледниковые): Заандры (обширные равнины из перемытого материала перед краем ледника).

Влияние на гидрографию

• Изменение речной сети: Многие реки (например, Волга, Днепр) были перекрыты ледником и меняли свои русла.
• Образование озёр: Ледниковая экзарация и подпруживание моренами привели к образованию тысяч озёр в Финляндии, Канаде, на северо-западе России (Ладожское, Онежское, Сайма).
• Ледниково-подпрудные озёра: Огромные водоёмы, возникавшие у края ледника (например, Агассис в Северной Америке, Комское на Русской равнине). Их прорывы вызывали катастрофические наводнения.

Эвстатические и изостатические движения

• Эвстазия: Связывание огромных масс воды в ледниках (до 50–70 миллионов кубических километров) приводило к падению уровня Мирового океана на 120–130 метров. В межледниковья уровень поднимался, часто превышая современный на 2–6 метров.
• Гляциоизостазия: Давление ледникового щита (толщиной до 3 км) прогибало земную кору. После таяния ледника началось медленное поднятие территории (голоценовый изостатический подъём). В Скандинавии и Канаде этот процесс продолжается до сих пор со скоростью до 1 см в год.

Влияние на биоту

Плейстоценовые оледенения были мощным фактором эволюции и миграции видов.

• Рефугиумы: Во время ледниковых максимумов многие виды растений и животных сохранялись в убежищах (рефугиумах) — регионах с более мягким климатом (юг Европы, юго-восток США, некоторые горные районы). После отступления льда они вновь расселялись.
• Формирование современных ландшафтов: Тундра и степи занимали обширные территории. Характерным ландшафтом была тундростепь (мамонтовая степь) — холодная, сухая, высокопродуктивная экосистема, населённая мамонтами, шерстистыми носорогами, бизонами, лошадьми, пещерными львами и медведями.
• Мегафауна: Холодный климат способствовал эволюции крупных, покрытых шерстью млекопитающих (мамонты, шерстистые носороги, овцебыки). Вымирание большей части этой мегафауны произошло в конце плейстоцена и начале голоцена, вероятно, из-за сочетания климатических изменений и деятельности человека.
• Человек: Плейстоцен — время эволюции рода Homo. Древние люди (неандертальцы, кроманьонцы) успешно адаптировались к условиям ледниковых периодов, используя огонь, одежду и жилища. Расселение человека в Америку и Австралию произошло во время последнего ледникового максимума или сразу после него, когда уровень океана был низким.

Современное состояние и значение

Плейстоценовое оледенение завершилось с наступлением голоцена (современной межледниковой эпохи) около 11,7 тысяч лет назад. Однако его последствия продолжают определять облик планеты:

• Рельеф: Большая часть рельефа северных регионов (Карелия, Канада, Скандинавия) имеет ледниковое происхождение.
• Почвы: Ледниковые отложения (морена, лёсс) являются материнской породой для многих почв.
• Гидрология: Режим стока многих рек и озёр сформирован ледником.
• Климат: Современное оледенение Гренландии и Антарктиды является реликтом плейстоценовых щитов. Их таяние — одна из главных угроз современного глобального потепления.

Изучение плейстоценового оледенения имеет ключевое значение для понимания механизмов климатических изменений, прогнозирования будущих климатических сценариев и оценки устойчивости ледниковых щитов. Анализ ледяных кернов из Гренландии и Антарктиды, содержащих информацию о температуре и составе атмосферы за сотни тысяч лет, является одним из главных источников данных для климатологии.

Источники

• Имбри Дж., Имбри К. «Тайны ледниковых эпох». — М.: Прогресс, 1988.
• Гросвальд М. Г. «Покровные ледники континентальных шельфов». — М.: Наука, 1983.
• Марков К. К., Величко А. А. «Четвертичный период (ледниковый период — антропоген)». — М.: Недра, 1967.
• Лисс П. С., Сидоров А. В. «Палеогеография плейстоцена». — М.: Изд-во МГУ, 2010.
• Raymo M. E., Ruddiman W. F. «Tectonic forcing of late Cenozoic climate» // Nature, 1992.
• EPICA Community Members. «Eight glacial cycles from an Antarctic ice core» // Nature, 2004.