Пусть спорят жители Бомбея или Риада, но Земля в данное время находится в тисках оледенения. Верно, данный момент — это промежуток относительного потепления, межледниковый период, но в течение нескольких прошедших миллионов лет наша планета была, в среднем, холоднее, чем на протяжении большей части своей истории. Сегодня на ней существуют ледяные шапки около северного и южного полюсов размером с континент. Всего лишь в 300 километрах от экватора на горе Килиманджаро находится постоянный ледник пятикилометровой ширины. Причины периодических сильных похолоданий, которые переживала Земля, по-видимому, довольно сложны и еще не вполне ясны, несмотря на десятилетия изучения этого явления. Но детали самого последнего Ледяного Века, в котором мы и сейчас живем, становятся все более документированными. Такие явления, как колебания объема ледяной массы, изменения уровня океана, реакция растительности на суше на изменения климата и далее фактические температурные флуктуации за последние несколько миллионов лет — все это уже довольно хорошо известно. История, которую поведали нам эти данные, чрезвычайно увлекательна, и она вдвойне увлекательна, поскольку эволюция человека пришлась как раз на этот период и на нее сильно повлиял меняющийся климат. Геологическая летопись показывает, что местные и даже глобальные климатические режимы иногда очень быстро изменялись на временных шкалах, коротких даже по человеческим стандартам. Это наводит на мысль, что малые изменения факторов, которые сами по себе кажутся не очень важными, могут путем взаимодействия с другими влияниями и в результате действия механизмов обратной связи вызвать значительные сдвиги в климате. Многие из таких внезапных сдвигов оказали хорошо документированные воздействия на развитие человеческой цивилизации. Даже без вызванных человеком изменений климата мы должны быть готовы к крупным изменениям его в будущем. По аналогии с предсказанием одного знаменитого американского банкира относительно биржевого курса акций, климат, по всей вероятности, будет колебаться.
РАСПОЗНАВАНИЕ ПЕРИОДОВ ОЛЕДЕНЕНИЯ
Интересно порассуждать на тему о том, можно ли было бы узнать об оледенениях континентального масштаба по страницам каменной летописи, если бы не сегодняшнее наличие на Земле многочисленных ледников. В начале девятнадцатого столетия некоторые европейские ученые поняли, что ледники, которые они могли исследовать в Альпах и других местах, когда-то в прошлом могли иметь гораздо большие размеры. Они пришли к этому заключению после того, как обратили внимание на то, что в районах, весьма отдаленных от современных ледников, встречаются отложения, очень похожие нате, которые можно наблюдать на краях активных ледников. В 1795 году Джеймс Хаттон, шотландский геолог, первый сформулировавший принцип актуализма, — печат-но высказал предположение, что странные «эрратические» (случайно разбросанные) валуны окрестностей
Женевы были, вероятно, принесены на свои нынешние места залегания и отложены там ледниками. Ближайшие к ним ледники находятся, как он писал, на расстоянии в десятки километров. (Хотя Хаттон этого не знал, но эти валуны были принесены с еще более удаленных ледников.) Но человеком, который более других ассоциируется с общим принятием идеи об оледенении континентального масштаба, является Луи Агассиз, швейцарский ученый, собравший информацию о ледниковых отложениях по всей Европе, а впоследствии и в Северной Америке. Скептик вначале, Агассиз убедился под давлением фактов, что значительная часть Северной Европы была в прошлом погребена под толстым покровом льда. Очень немногие из его современников согласились с этим — хуже того, несколько почтенных ученых того времени, давая — как им казалось — добрый совет сбившемуся с правильного пути молодому ученому, предложили ему вернуться к исследованиям ископаемых рыб, благодаря которым он уже успел заслужить репутацию первоклассного палеонтолога, прежде чем обратился к изучению ледников. Но Агассиз не отступил. Вместе со своим помощником он взбирался на неприступные горы, чтобы лучше видеть ледники, измерял скорость их движения, изучал морену (нагромождения гравия и валунов), отлагавшуюся на краях ледников. Собранные им факты оказались настолько убедительными, что в конце концов он одержал верх даже над сомневающимися. В 1847 году Агассиз переехал в Соединенные Штаты и стал там преподавателем в Гарвардском университете. Во время своих путешествий по северо-востоку этой страны он обнаружил множество признаков ледниковой активности. Агассиз страстно увлекся новой областью исследовании. Он был прекрасным, полным воодушевления лектором и самоотверженным учителем, призывавшим своих студентов учиться не только по книгам, но также и у природы, и хотя он продолжал работать и в области палеонтологи, но всеобщее внимание привлекли его популярные лекции о континентальных ледяных щитах. В знак признания его заслуг в этой области большое озеро ледникового происхождения, образовавшееся вдоль края отступавшего ледника около 12 000 лет назад, было названо озером Агассиз (рис. 12.3). Центр его располагался как раз в том месте, где сейчас находится озеро Виннипег, в канадской провинции Манитоба, и при своем наибольшем распространении оно занимало площадь, более чем в четыре раза превышавшую озеро Верхнее.
Работы Агассиза и других ученых показали, что Северная Европа, большая часть Великобритании, Канада и северная половина Соединенных Штатов были погребены под слоем льда толщиной в несколько километров в не слишком далеком геологическом прошлом (рис. 12.1). Эти первые исследователи не имели под рукой радиоактивных хронометров и других современных инструментов анализа, и они смогли прийти к заключению, что некогда на Земле был один грандиозный ледяной покров, вероятно, простирающийся от Северного полюса до обитаемых широт Европы и Северной Америки. Они указали на Гренландию как на аналог тех условий, которые они увидели в прошлом для окрестностей Эдинбурга или Монреаля. Сейчас мы знаем на основании деталей геологической летописи, что Ледяной Век прошлых нескольких миллионов лет был гораздо более сложным явлением. Мысль о том, что когда-то существовал единый ледяной щит, простирающийся на юг от полюса, была, конечно, неверной. На самом деле в Северном полушарии было много центров накопления льда в Северной Америке, Европе и Азии, от которых толща льда растекалась во всех направлениях. Мы знаем также, что происходили многочисленные наступления и отступления льда, причем через удивительно правильные интервалы, и что климат в высоких широтах колебался соответствующим образом — от близкого к теперешнему до крайне холодного. В северном полушарии растительные пояса — тундра на севере на границе со льдом, далее к югу — еловые леса, затем листопадные леса, шагающие по континентам то на север, то на юг, подобно многочисленным армиям, то наступающим, то отступающим по мере того, как в битве отступали или наступали ледники. Около экватора изменения были гораздо менее заметны, но в средних широтах они были поразительны. Самое последнее наступление ледников достигло своего максимума всего лишь около 20 000 лет назад. В это время льды простирались южнее Великих озер в Северной Америке и покрывали Скандинавию, Северную Европу, отдельные части северной России и большую часть Великобритании. Почти треть всей современной суши была под покровом льда. Такие же условия могут возобладать в не слишком отдаленном будущем, поскольку если прошлое может служить проводником в будущее, то наш современный теплый период скоро закончится. Тем не менее, поскольку мы точно не знаем, что именно вызывает оледенение, эта возможность все еще остается в значительной степени умозрительной.
Рис. 12.1. Карта мира, на которой показана область максимального распространения льдов во время последнего оледенения. Протяженность суши за пределами современной береговой линии во время этого пика оледенения, когда уровень океана был на 120 метров ниже, чем теперь, показана серым тоном. Обратите внимание на мост суши между Азией и Северной Америкой. Толстый ледяной покров над континентами показан косой штриховкой, а ледяной покров над водой — точками.
ЛЕДНИКОВАЯ ЛЕТОПИСЬ СУШИ
Как мы видели в предыдущей главе, содержание изотопов кислорода в морской воде зависит как от температуры океанов, так и от объема ледников на континентах. К счастью, как понижение температур, так и образование льда изменяют содержания изотопов в одном направлении, так что даже если оба этих воздействия нельзя разделить в деталях, время наступления ледниковых колебаний очень хорошо документируется. Внезапные изменения, которые произошли около 35 миллионов лет назад, близ границы эоцена с олигоценом, и снова в последние несколько миллионов лет (рис. 11.4), интерпретировались как отражение появления и быстрого роста полярных шапок в антарктическом и арктическом районах соответственно.
Лучше всего, конечно, документировано последнее оледенение в северном полушарии. Данные кислородно-изотопного анализа образцов из глубокого моря показывают, что оно началось уже всерьез около трех миллионов лет назад, и другие данные подтверждают этот вывод. Хотя геология ледниковых эпох уже давно имеет горячих почитателей, только в течение нескольких последних десятилетий были привлечены очень широкие по масштабу и международные силы, чтобы подробно изучить те климатические изменения, которые произошли во время «Великого Ледяного века», и понять их причины. Если существует хоть какая-нибудь надежда предсказать будущий климат и пертурбации его, вносимые деятельностью людей, то очень важно для этого понять хотя бы недавнее прошлое.
Продолжая традицию своих предшественников, геологи, впервые начавшие изучать ледниковые отложения Европы и Северной Америки, пытались организовать свои наблюдения в виде геологических последовательностей. У них еще не было радиоактивных часов, появившихся в последующие годы, и им приходилось полагаться на корреляцию (сопоставление) разных характеристик ледниковых отложений от одной местности к другой, чтобы создать основу в виде относительной временной шкалы. В большинстве мест каждая фаза наступающих ледников стирала признаки предыдущего оледенения, но в некоторых местностях исследователи смогли найти повторяющиеся слои ледниковых отложений, между которыми они нашли почвы, развившиеся в течение свободных ото льда межледниковых эпох, чтобы затем оказаться снова погребенными под нагромождениями обломков, оставленных во время следующего наступления ледника. В Европе и Северной Америке подробная запись этих событий указывала, по-видимому, на существование в прошлом четырех или пяти отдельных периодов, когда льды покрывали большую часть северного полушария. Каждый из них был назван, согласно освященной временем геологической традиции, по местности, где соответствующий геологический разрез особенно хорошо сохранился. Однако в противоположность более древним частям геологической временной шкалы, в Европе и Северной Америке были сохранены различные названия для, видимо, одних и тех же периодов времени — частично по той причине, что в ледниковых отложениях окаменелости встречаются редко и поэтому трудно было осуществить корреляцию отдельных эпизодов через всю Атлантику. В Северной Америке самое последнее наступление ледника названо Висконсинским оледенением; для большей части Европы одновременное с ним оледенение называется Вексельским. Оно началось около 130 тысяч лет назад, а конец его условно помещается на 10 000 лет назад, хотя, как показали данные кислородно-изотопного анализа (рис. 12.4), объем льда начал резко падать вскоре после ледникового максимума около 20 000 лет назад и продолжает уменьшаться вплоть до настоящего времени. Теперь мы знаем, что в течение современного Ледяного века было намного больше отдельных эпизодов наступания и отступания льда, чем четыре или пять, установленные первыми исследователями. По керну глубоководных скважин было установлено целых двадцать циклов. Этот керн, в отличие от ледниковых отложений на континентах, содержит практически непрерывную запись изменений климата на протяжении длинных периодов времени.
Выяснение последовательности последних нескольких наступлений и отступлений ледников на суше было трудным и кропотливым делом. Оно потребовало детального картирования отложений, оставленных ледниками, и поскольку, очевидно, было очень много местных вариаций поведения льдов — например, наступление в одном районе и одновременно отступление в другом, — не всегда легко, оказывается, коррелировать события на больших пространствах. Методика датирования, описанная в главе 6, оказала серьезную помощь, но даже и она не является панацеей, поскольку самый полезный метод — датирование с помощью изотопа углерода 14 — ограничен возрастом около 50 000 лет, который охватывает менее половины последнего ледникового цикла. Что касается большинства других методов, то остается вечная проблема датировки по осадкам, описанная в главе 6: в ледниковых отложениях, как правило, отсутствуют компоненты, образовавшиеся во время выпадения осадка. Это значит, что показатели возраста, измеренные, скажем, для галек в ледниковой морене, не имеют ничего общего со временем оледенения, а представляют время образования материнской (коренной) породы. Но геологи — народ изобретательный, и ими был найден целый ряд других методов, позволяющих измерять возраст ледниковых образований. В западной части Соединенных Штатов вулканы Каскадного хребта (Каскэйд-Рэйндж), например гора Святой Елены, за последние несколько миллионов лет периодически извергались, и тучи пепла, выброшенные во время крупных извержений, оставляли тонкие слои в ледниковых отложениях всего Запада и Среднего Запада Соединенных Штатов. Эти прослои можно датировать с помощью обычных методов и даже проследить их до их материнских вулканов. Было также открыто, что та самая бомбардировка космическими лучами, которая образует в атмосфере углерод 14, достигает и земной поверхности, хотя и в более слабой форме, и образует радиоактивные изотопы в горных породах. Когда свежерасчищенная коренная порода выходит на дневной свет после погребения под толстым слоем льда, она подвергается облучению этим космическим излучением, и то количество радиоактивных изотопов, которое накапливается в таких образцах породы, является мерой времени, прошедшего после того, как порода освободилась от ледяного покрова. Впоследствии было разработано несколько других более тонких методов датировки, в результате применения которых была построена точная хронология циклов оледенения.
Но что собой конкретно представляют те особенности каменной летописи, которые картируются и датируются, чтобы определить степень и время оледенения в далеком прошлом? Среди них наиболее распространены отложения продуктов разрушения пород ледниками, как, например, ледниковая морена, валунные глины и эрратические валуны — то, что можно наблюдать и сейчас около современных ледников. Эрратические валуны, как показывает их название, сложены горными породами, не имеющими никакого сходства с коренными породами данной местности, в которой они найдены, — например, большие обломки гранита в регионе, где встречаются только известняки. Первые наблюдатели, понимая, что такие валуны должны были иметь свой источник вдали от своего теперешнего местоположения, думали, что они были принесены водой во времена библейского потопа. Джеймс Хаттон, как уже указывалось, одним из первых предположил, что они были принесены ледниками. Валунная глинка, или тиль, — это общий термин, обозначающий неотсортированную смесь обломков пород разного размера — от тонкозернистой почвы и глины до гравия и валунов, — принесенных и отложенных ледниками. Тиль очень распространен по всей северной Европе, северной части Соединенных Штатов и в Канаде и особенно там, где он был рассортирован водными потоками, является источником ценного побочного продукта ледников — песка и гравия, используемых в строительстве. Морена представляет собой тиль, нагроможденный в виде отчетливых насыпей, образовавшихся вдоль краев ледника. Их размеры позволяют представить себе огромность ледников: например, большая часть острова Лонг-Айленд в Нью-Йорке сложена мореной. Эти созданные ледником насыпи определяют и приятный пологий рельеф местности, столь обычный в большей части района Великих озер в Северной Америке.
Большая часть тиля, отложенного огромным континентальным ледяным щитом, происходит из весьма отдаленных источников. Ледники, медленно расплывающиеся во все стороны из регионов с максимальной толщиной ледяного покрова, соскребали по пути всю существовавшую тогда почву и даже часть коренных пород. Таща под собой гравий и обломки пород, они действовали наподобие гигантских листов наждачной бумаги, протягиваемых по местности, сглаживая рельеф в одних местах и подчеркивая его в других, где более мягкие породы были содраны и унесены, а более твердые остались на месте. Оставшиеся после такой обработки ледниковые царапины и штрихи все еще видны на обнаженных поверхностях твердых пород или в рельефе и в наши дни; их размеры колеблются от нескольких сантиметров до нескольких километров или даже больше. Используя аэрофотоснимки и спутниковые фотографии, геологи нанесли на карты ориентировку этих отметок и длинные насыпи моренных отложений, некоторые из которых протягиваются на сотни километров, чтобы выяснить направления течения льда и определить территории с наибольшей толщиной ледяного щита. Такого рода исследования показали, что существовало множество центров — даже в пределах одного континента, например Северной Америки. Когда в каждую межледниковую эпоху льды начинали таять и отступали к таким центрам, они оставляли после себя свой груз песка, гравия и «муки» из дробленых обломков пород и эрратических валунов, а многие местности, находившиеся до этого под покровом ледника, оказывались погребенными под слоем тиля.
В качестве интересного примечания к изучению ледниковых тилей, или валунных глин, отметим, что в нескольких местах на территории Соединенных Штатов они, как оказалось, содержат алмазы. В штатах, расположенных непосредственно к югу от Великих Озер, близ южной границы распространения великих ледяных щитов, в ледниковых отложениях было найдено около восьмидесяти алмазов разного размера. Первые из них были открыты более ста лет назад и очень скоро был сделан вывод, что их принесли ледники откуда-то с севера. Алмазы образуются в глубинах Земли, на глубине 200 километров или более, и выносятся на поверхность вместе с редкими магматическими породами, называемыми кимберлитами. Существование алмазосодержащих тилей говорит о том, что где-то к северу от области Великих Озер существуют выходы кимберлитов — вероятно, поблизости от Гудзонова залива или залива Джеймса. Хотя с тех пор здесь были проведены тщательные поиски на большой территории, никаких признаков кимберлитов не было найдено. Так что где-то в Канадской тундре ждут своего открытия месторождения алмазов.
Лед — не особенно твердый материал, тем не менее трехкилометровая толща льда создает огромную нагрузку на земную кору. Подобно тому как удаление вещества путем эрозии с горных областей вызывает поднятие земной коры (см. об этом в главе 4), увеличение их веса заставляет кору погружаться. Поверхностные породы центральной Гренландии в наши дни грузом лежащей на них ледяной шапки опущены вниз до уровня моря. Плотность льда составляет приблизительно одну треть от плотности пород мантии, поэтому добавление трехкилометрового слоя льда к коре должно вызывать в качестве компенсации опускание ее приблизительно на один километр в нижележащую мантию. В действительности это воздействие может быть и не таким значительным, поскольку мантия, хотя и поддается, является очень вязкой. Поэтому реакция на изменение массы ледникового льда как при погружении, так и при всплытии будет медленной. Тем не менее в Скандинавии, в Северной Америке, вокруг Гудзонова залива, и в других областях с толстым ледяным покровом во время максимума накопления льда кора находилась под особенно большим давлением. По мере отступления льда во время нынешнего межледникового периода кора снова начала подниматься, но медленно. В некоторых местах это поднятие, связанное с отступлением ледника, все еще продолжается. Хотя по мере таяния больших ледниковых щитов уровень океана также быстро поднимался, в большинстве местностей суша освобождалась ото льда быстрее и продолжала подниматься даже после исчезновения льдов, часто образуя при этом ряд приподнятых террасообразно пляжей, прежних береговых линий, которые сейчас располагаются высоко над уровнем моря. Подобно другим характеристикам оледенения, эти бывшие береговые линии были тщательно нанесены на карту и прекрасно показывают, где находились места с наибольшей толщиной ледяного покрова, поскольку они представляют собой области наибольшего погружения, которые именно поэтому оказались наиболее приподнятыми над уровнем моря. Во многих случаях эти приподнятые берега были датированы с помощью изотопа углерод 14 и кусков дерева или другого органического материала, который был на них найден, и по этим данным оказалось возможным рассчитать скорость поднятия. Классическим примером, показанным на рис. 12.2, является Скандинавия. С помощью карт приподнятых берегов и других особенностей были построены овальной формы изолинии высоты поднятия коры, которое произошло после таяния здесь всего льда, что произошло около 10 000 лет назад и все еще продолжается.
Рис. 12.2. Приподнятые над уровнем моря древние береговые линии и другие признаки указывают на то, что земная кора на территории Скандинавии значительно поднялась за счет таяния ледяного покрова после последнего ледового максимума. Изолинии показывают величину поднятия в метрах и ясно показывают области, где накопление льда было наибольшим. Приводится с изменениями по рисунку 19-30 из книги: Ф. Пресс и Р. Сивер. «Земля», 4-е изд. Изд-во «В. X. Фримэн и Компания», 1986.
Заслуживают упоминания еще два дополнительных следствия самого последнего оледенения, которые сформировали облик суши. Одним из них является широкое распространение лёсса — тонкозернистого, отложенного ветром осадка, который покрывает значительные части континентов, а вторым — странные ландшафты, указывающие на гигантские по масштабу наводнения.
Происхождение лёсса — задача сложная, но все отложения этого своеобразного осадка, которые были тщательно изучены, произошли, по-видимому, в периоды наибольшего похолодания. Некоторые лёссы представляют собой просто переотложенную ветром каменную муку из пород, раздробленных ледниками, другие имеют иное происхождение. Во время оледенений внутренние части континентов, расположенные в средних и даже низких широтах, были холоднее и более безводны, чем сейчас, и во многих случаях беднее растительностью. Системы ветров также были, вероятно, более мощными. В результате мы имеем более сильную эрозию и перенос больших количеств тонкозернистого материала. Мы знаем, что увеличение содержания пыли в атмосфере по своей интенсивности носило глобальный характер, поскольку исследование керна скважин, пробуренных во льду в Антарктиде и Гренландии, показало, что слои, соответствующие ледниковым максимумам, являются более «пыльными», чем другие части разреза скважин. Самые знаменитые лёссовые отложения встречаются в Китае, где служащие жилищами людей пещеры были вырезаны в толще лёсса мощностью в несколько сот метров. Детали флуктуации тонкослоистой текстуры лёсса при ледниковом климате, очень похожие на текстуры глубоководных морских осадков, рассматриваются в следующем разделе.
По мере отступления ледяных щитов северного полушария после максимума Висконсинского оледенения вдоль их южных окраин образовались озера талой воды, как, например, озеро Агассиз. Их сток постоянно изменялся по мере отступления льда (а иногда на короткое время и возобновляющегося наступления) и компенсационного поднятия коры в ответ на исчезновение ледников и образования новых русел рек, прорезывающих барьеры из коренных пород. Время от времени глубокие озера прорывались через естественные плотины или другие препятствия, находя себе новые русла для стока, результатом чего были катастрофические наводнения. Одно из таких событий образовало ледниковое озеро на территории нынешней восточной части штата Вашингтон на западе Соединенных Штатов. Здесь в промежуток от 16 до 12 тысяч лет назад большое озеро Миссула прошло через несколько циклов наполнения, прорыва ледяного барьера и излияния огромных масс воды на запад через базальты Колумбийского плато и в реку Колумбия. Во время этих событий мощные потоки прорыли каньоны в коренных породах, вырезали огромные котловины и оставили после себя формы рельефа, похожие на гигантскую рябь с «волнами» высотой свыше 5 метров, разделенными промежутками в 100 метров. Этот район, подвергшийся воздействию ледниковых наводнений, получил название Ченнэлд-Скэйблэндз (Channeled Scablands), что приблизительно означает «земля, изрытая каналами и покрытая струпьями» — название, которое отражает уникальный характер рельефа. Его особенности долгое время ставили в тупик геологов, особенно тех, кто были до такой степени привержены идеям Хаттона об актуализме, что не были в состоянии понять периодически развивающиеся события катастрофического характера, формирующие ландшафт, но в конце концов их происхождение было разгадано. Впоследствии были открыты следы и других сверхнаводнений, связанных с отступлением ледовых шапок, как в Евразии, так и в Северной Америке. Вероятно, самое крупное из таких наводнений произошло около 8000 лет назад, когда озеро Агассиз, к тому времени соединившееся с другими озерами, располагавшимися вдоль края таявшего Канадского ледяного щита (рис. 12.3), внезапно прорвало ледяную преграду и вылилось на север в Гудзонов залив. Хотя скорость этого процесса неизвестна, объем вылившейся воды был огромен: по оценкам ученых, в результате этого наводнения уровень всего Мирового океана повысился на 20-40 сантиметров!
Рис. 12.3. Карта, показывающая расположение отступающего Севере-Американского ледяного щита (точечный узор), каким он был 8500 лет назад. Огромное сплошное озеро (темно-серый фон), включающее воды озера Агассиз и других более мелких озер, было подпружено вдоль южного края ледяного покрова. Около 8000 лет назад эти воды прорвали распадающийся ледник и влились в Северную Атлантику через Гудзонов залив. Расположение льдов и озера показаны на основе информации из книги А. Г. Даусона «Оледенение Земли». Изд. «Раутледж», 1992.
ХРОНИКИ ОЛЕДЕНЕНИЯ В ГЛУБОКОМ МОРЕ И В САМОЙ ТОЛЩЕ ЛЬДА
Как уже отмечалось выше, именно в океанах сохранилась наиболее непрерывная хроника изменений климата в ледниковый период. Даже в тропиках, вдали от прямого влияния полярных ледяных шапок, осадки обнаруживают особенности, которые тесно связаны с циклами наступления и отступления ледников. В сущности, только после того, как длинные керны морских осадков стали доступными для исследования, стало возможным расшифровать истинные подробности Великого Ледяного века. Хотя в этих осадках заключено много указаний на изменения ледникового климата, пожалуй, наиболее ценным признаком является хроника кислородно-изотопного состава морской воды.
Живущие в океане организмы, строящие свои раковины из карбоната кальция, запечатлевают в изотопном составе кислорода особенности окружающей их морской воды, тем самым регистрируя сигнал, отражающий как температуру воды, так и количество воды, которое было связано ледниковыми льдами. Графики, подобные приведенному на рис. 11.4, показывают, что последние несколько миллионов лет были временем постоянного уменьшения как объема Мирового океана, так и его температуры. Но в то же время, как видно из графика на рис. 12.4, хроника событий оказывается гораздо более сложной, если горизонтальный масштаб растянуть, чтобы увидеть подробности последних нескольких сотен лет.
В этом рисунке есть несколько интересных особенностей. Первой из них является закономерность: содержание изотопов кислорода в воде в последние полмиллиона лет повторяется удивительно систематическим образом, отражая существование циклов наступания и отступания льдов. Здесь показано только пять ледниковых периодов, но если этот график продлить в прошлое до почти трех миллионов лет, то оказывается, что характер графика сохраняется. Он указывает на существование периодического чередования холодных и теплых периодов. Длина (продолжительность) циклов, показанных на рис. 12.4, составляет по грубой оценке 100 000 лет. Для более древних частей графика эти циклы оказываются несколько короче, но несмотря на это, очевидно, что какой-то фактор очень регулярно влияет на климат Земли. Есть определенный ритм в последовательности ледниковых периодов, который должен управляться влиянием какого-то фактора, который изменяется сходным образом. Насколько сейчас известно науке, единственное объяснение, которое кажется приемлемым, состоит в том, что эта причина находится вне Земли и, вероятно, связана с колебаниями количества энергии, получаемой Землей от Солнца.
Рис. 12.4. Регулярные изменения изотопного состава кислорода в раковинах донных организмов отражают изменения температуры океана и объема льда за последние 600 000 лет. Положительные значения на этом графике соответствуют холодным, ледниковым периодам, а отрицательные — межледниковым эпохам. Фактические данные, полученные из кернов глубоководных скважин, позволяют продлить график влево гораздо дальше, чем показано здесь, и свидетельствуют о существовании в прошлом многочисленных дополнительных ледниково-межледниковых флуктуации.
Второе важное наблюдение, которое можно сделать, рассматривая рис. 12.4, состоит в том, что последние пять похолодании были значительно длиннее по своей продолжительности, чем межледниковые эпохи, и что начало теплых периодов обычно очень резко следовало за временем наибольшего распространения льда. Если современный нам межледниковый промежуток следует закономерности последних нескольких таких интервалов, нам не придется долго ждать следующего ухудшения климата, несмотря на тот факт, что Висконсинский ледниковый максимум произошел всего лишь 20 000 лет назад. Причины внезапного начала и короткой продолжительности межледниковых эпох неизвестны.
Вплоть до этого момента в нашем обсуждении проблем чередования оледенений и потеплений принималось, что изменения содержания изотопов кислорода надежно документируют изменения средней мировой температуры и величины площади ледников. Но так ли это? Есть ли какой-нибудь способ независимой проверки этого утверждения? Один из самых убедительных примеров подтверждающих данных происходит из, казалось бы, невероятного источника — тропических кораллов. Коралловые рифы растут очень близко к поверхности моря. Если уровень моря поднимется на несколько метров, то кораллы умрут — но поверх них, ближе к поверхности воды, растут все новые и новые. Путем непрерывного нарастания все выше и выше рост рифов идет в ногу с подъемом уровня моря, поэтому кораллы являются хорошим индикатором прошлых уровней моря. В некоторых местах, например в Карибском море, такие коралловые рифы были разбурены скважинами и их керн изучен. С помощью радиоуглеродного и ряда других методов был определен возраст разных частей керна. Кораллы, жившие близ поверхности моря тысячи лет назад, сейчас находятся на глубине в десятки метров, погребенные в рифе под толщей своих потомков. Измеряя их возраст и глубину, на которой они сейчас находятся, можно построить график зависимости их возраста от глубины (рис. 12.5). Он показывает, что самый последний момент низкого уровня моря совпадает со временем ледникового максимума, определяемого по данным изотопно-кислородного анализа, что соответствует возрасту около 20 000 лет. Он также показывает, что за последние 20 000 лет было два или три раза, когда уровень моря поднимался очень резко, почти мгновенно в геологическом масштабе, вероятно, в ответ на особенно быстрое таяние ледяных щитов. За последние 20 000 лет океаны поднялись более чем на 110 метров, покрыв очень обширные области, бывшие сушей в периоды максимальных похолоданий.
Рис. 12.5. За последние 20 000 лет за счет таяния континентальных льдов уровень моря поднялся почти на 120 метров. Этот график, построенный на основе изучения ныне находящихся под водой кораллов, показывает, что во время подъема уровня моря было по крайней мере три периода времени, когда подъем происходил очень быстро — около 14 000 лет назад, 11 500 лет назад и снова около 7600 лет назад. Таяние ледяных шапок Гренландии и Антарктиды подняло бы уровень моря еще на 65 или 70 метров. Приводится с изменениями по рисунку 3 из статьи П. Бланшона и Дж. Шоу в журнале «Джиолоджи», том 23, стр. 5. Геологическое общество Америки, 1995.
Хотя изменение содержания изотопов кислорода в морской воде в прошлом дали, вероятно, самую подробную информацию о смене ледниковых циклов, чем любой другой ряд фактов, они все же не являются единственным указателем, содержащимся в океанических осадках. Ископаемая летопись планктона, например, показывает, что — как и следовало ожидать — интервал времени, в течение которого существовали тепловодные виды, во время наступания ледников сокращался, а в межледниковые эпохи расширялся. Некоторые виды, менее выносливые по отношению к низким температурам, во время ледниковых периодов вымирали. Зерна пыльцы растений, приносимые в океаны реками и ветром и сохранившиеся в осадках, также содержат богатую информацию о климатических условиях во время ледниковых циклов. Изучение пыльцы, сохранившейся в керне из отложений вдоль западных берегов Северной Америки и в других местах, показывает, что состав растительности в каждой конкретной местности изменялся в ногу с циклами, определяемыми по изотопам кислорода. Взятые в совокупности, эти различные количественные признаки, характеризующие морские осадки, дали гораздо более ясную картину колебаний климата в течение Великого Ледяного века, чем можно было представить из данных, полученных только на суше. А совсем недавно к арсеналу средств исследования оледенений добавился новый источник данных — сам лед. Как в Антарктиде, так и в Гренландии в самой ледниковой шапке были пробурены глубокие скважины. Даже в очень холодной Антарктиде резкие колебания температуры между зимой и летом достаточны, чтобы в накапливающемся льду возникали годичные слои, так что керн, взятый с разных глубин, может быть датирован очень точно, путем мучительно-занудного подсчитывания этих слойков. Самые глубокие скважины, пробуренные во льду, охватывают два цикла оледенения до времени около 250 000 тысяч лет назад. Определение содержания изотопов кислорода в керне является дополнительным методом по отношению к замерам в морской воде. Кроме того, ледяной керн содержит и другую информацию, которую нельзя получить по данным отложениям. Мы уже упоминали данные о «запыленности» атмосферы, но, возможно, самый ценный метод состоит в прямом определении состава атмосферы. При нарастании слоев льда последний захватывает крошечные пузырьки воздуха и путем тщательного извлечения его из образцов керна скважин геохимики могут реконструировать колебания состава атмосферы в прошлом. Одним из особенно интересных результатов этих исследований является наблюдение, показывающее, что в прошлом происходили флуктуации концентраций двух парниковых газов — углекислого газа и метана, которые, возможно, влияли на флуктуации температуры. Концентрация этих газов систематически колебалась в соответствии с циклами вариаций содержания изотопов кислорода, причем их концентрация в атмосфере была гораздо ниже средней в холодные периоды и выше во время межледниковых. Являются ли они причиной или следствием — об этом все еще горячо спорят.
ЧТО ВЫЗЫВАЕТ ГЛОБАЛЬНЫЕ ОЛЕДЕНЕНИЯ?
Знай мы ответ на этот вопрос хоть сколько-нибудь точно, многим ученым, работающим сейчас над его разрешением, пришлось бы сосредоточить свою творческую энергию на других проблемах. Говоря откровенно, в настоящее время достигнуто довольно хорошее понимание относительно общего комплекса условий, которые необходимы или, по крайней мере, достаточны, чтобы ввергнуть Землю в новое оледенение. Что менее ясно, так это природа явления, которое играло роль спускового крючка, заставлявшего Землю с такой регулярностью метаться между теплыми и холодными периодами на протяжении последних нескольких миллионов лет. Нет недостатка в идеях по этому вопросу, но ни один единый механизм так и не появился в качестве общего фаворита. Но что представляется очевидным в результате накапливающихся данных, так это то, что должен существовать ряд сложных взаимодействий и обратных связей среди нескольких различных факторов, каждый из которых в отдельности не в состоянии запустить наблюдаемые явления, работая же в согласии, весь этот комплекс факторов может. Не так уж много вариаций факторов требуется, чтобы нарушить равновесие. В глобальном масштабе различия между температурами ледниковых и неледниковых эпох могут составлять только несколько градусов Цельсия, самое большее — десять.
Одной из особенностей оледенения, которую давно поняли, но которая после открытия тектоники плит приобрела большое значение, является тот факт, что полярные ледяные шапки не могут образоваться в открытом море. Даже если другие факторы вызывают охлаждение планеты, все же крупномасштабное оледенение может начаться только при наличии какой-нибудь суши в высоких широтах. То обстоятельство, что крупный Антарктический континент располагается как раз вокруг южного полюса, является, без сомнения, причиной того, что нынешняя ледяная шапка вокруг Южного полюса образовалась раньше, чем аналогичная шапка северного полушария, и сохраняется в качестве крупной географической структуры даже в течение теплых межледниковых эпох вроде современной. Для всех других эпох прошлого всякий раз, когда обнаруживаются признаки обширного оледенения, реконструкции расположения континентов неизменно показывают наличие больших массивов суши близ полюсов. Например, все южные континенты, которые были когда-то частями Гондваны — Индия, Австралия, Антарктида и Южная Америка, — содержат отложения ледникового тиля (валунной глины), в них найдены ледниковые шрамы в коренных породах и другие признаки ледяного покрова, относящегося к позднему палеозою, то есть между 250 и 300 миллионами лет. Именно в это время Гондвана располагалась над Южным полюсом. Таким образом, для начала Ледникового века необходимо наличие континента в высоких широтах, но столь же необходимы еще два фактора — обильные снегопады и низкая температура, особенно летом. Парадоксально, но первое из этих условий требует умеренно теплых океанских вод, по крайней мере в средних широтах, чтобы обеспечить испарение и поступление атмосферной влаги для осаждения в полярных районах. Как уже упоминалось в главе 11, одна из гипотез, выдвинутых для объяснения начала оледенения в северном полушарии, утверждает, что образование Панамского перешейка около трех миллионов лет назад отвело теплые воды Атлантического океана к северу и увеличило осадки в восточной Канаде, Гренландии и Скандинавии — трех из числа главнейших центров мощных накоплений льда. Но даже участившиеся снегопады не смогли бы запустить механизм глобального оледенения, если бы весь накапливающийся лед стаивал бы летом. Температура должна была быть достаточно низкой, чтобы происходило накопление ледовой массы.
Средние температуры любой местности на поверхности Земли контролируются множеством факторов, но в глобальном масштабе важными факторами являются, во-первых, сколько энергии Земля получает от Солнца, а во-вторых, сколько ее задерживается океанами и атмосферой и не излучается обратно в космос. Задолго до того, как стало известно, что Земля переживала регулярно повторяющиеся периоды наступления и отступления ледников, математики и астрономы показали, что количество энергии, получаемой от Солнца в каждой конкретной местности, должно было в прошлом колебаться закономерным образом в результате воздействия некоторых особенностей вращения Земли по орбите. Разработку астрономической теории оледенения принято приписывать Милутину Миланковичу, югославскому математику, жившему в 1879-1958 годах. И действительно, он детально развил эти идеи и изложил их в современной форме. Но еще до работ Миланковича другие исследователи высказывали предположение, что оледенения могли быть результатом орбитальных изменений, вызывавшим уменьшение количества падающей на Землю солнечной энергии. Вероятно, самым выдающимся из них был шотландский интеллектуал Джеймс Кролл, который впервые опубликовал свои идеи в 1864 году. О Кролле рассказывают интересную историю: когда появилась в печати его статья об оледенении, этот человек-самоучка работал швейцаром. Это была одна из его нескольких профессий, которые он использовал, когда работал или писал по ряду тем. В конце концов его талант был признан и он был направлен на работу в Геологическую службу Шотландии, но по мере того как шло время, его идеи о Великом Ледниковом веке пользовались все меньшим и меньшим доверием. Против него выдвигались разнообразные возражения, в первую очередь тот факт, что изменения получаемой Землей солнечной энергии, вызванные орбитальными вариациями, казались слишком малыми, чтобы объяснить значительные климатические изменения.
Спустя долгое время после смерти Кролла, когда его идеи были почти забыты, Миланкович начал свои математические исследования орбитальных вариаций Земли и их влияния на климат. Его первая работа была опубликована в 1920-х годах, причем все его вычисления были проделаны вручную — жуткая работа. Миланкович кропотливо рассчитал вариации количества солнечной энергии, получаемой Землей в северном полушарии за последние 650 000 лет. В своих вычислениях он (а после него и другие исследователи) принимал, что мощность солнечного излучения в течение этого периода оставалась постоянной. Этот аспект теории Миланковича стал предметом споров, поскольку даже малые изменения солнечного энергопроизводства могли бы иметь значительные последствия для Земли. Но даже при постоянной мощности солнечного излучения Миланковичу пришлось рассмотреть три различных механизма, благодаря которым количество падающей на Землю энергии могло колебаться: во-первых, мелкие регулярные изменения угла наклона земной оси относительно плоскости орбиты; во-вторых, незначительные изменения формы земной орбиты, которые приближают или удаляют Землю от Солнца в крайних точках орбиты; и в-третьих, медленное вращение земной орбиты, которое постепенно сдвигает время нашего наибольшего приближения к Солнцу с зимы на лето и обратно. Все эти вариации действуют в разных масштабах времени, то усиливая, то ослабляя друг друга, но главное — это то, что они действуют регулярно. Как и более ранняя работа Кролла, вычисления Миланковича вызвали сильное волнение при своей первой публикации, после чего последовал шквал работ, пытающихся связать известные ледниковые отложения с циклами Миланковича. Однако, следуя судьбе идей Кролла, работа Миланковича несколько потускнела по мере выдвижения против нее ряда возражений. Но эта ситуация резко изменилась, когда геологи получили возможность собирать и исследовать керны глубоких скважин, пробуренных в дне океанов. Как мы видели выше, осадки, отложившиеся в море за несколько миллионов лет, содержат удивительно регулярные вариации целого ряда характеристик, которые оказались связанными с циклами оледенения.
В последние годы вычисления Миланковича были повторно выполнены с помощью компьютера. Это позволило внести в них ряд уточнений, но главные его результаты остаются теми же. И хотя остается возражение, что изменения получаемой от Солнца энергии, обусловленные этими циклами, сами по себе недостаточно велики, чтобы запустить или привести к концу периоды оледенения, тот факт, что математическое моделирование климатов прошлого, которое включает вычисленные Миланковичем вариации, довольно хорошо согласуется с реальными фактическими данными, убедило большинство ученых, работающих в этой области, что астрономические факторы каким-то образом все же работают, может быть, действуя в качестве спускового механизма, могущественной соломинки, которая ломает верблюду спину, когда все остальные факторы действуют совместно в одном направлении.
Циклы Миланковича показывают, как солнечная энергия, получаемая Землей, изменялась во времени, но сколько этой энергии удерживалось? Этот вопрос оказался даже более сложной задачей, чем вычисление орбитальных вариаций, поскольку решение ее зависит, среди прочих факторов, от распределения суши и моря, от характера поверхности суши и от состава атмосферы. Например, морская вода поглощает большую часть получаемой солнечной энергии, но лед или пустыни отражают значительную часть ее. Поэтому континентальные ледяные шапки создают положительную обратную связь, отражая солнечную энергию и еще больше охлаждая планету уже одним своим наличием. Но если ледяные шапки появляются в высоких широтах, где количество падающей солнечной энергии на единицу площади в данном месте гораздо меньше, чем в тропиках, то таким образом охлаждающее действие расположенных в высоких широтах ледников может быть нейтрализовано распределением суши при обширных океанах и небольшим числом континентов на низких широтах. Однако изменения распределения континентов относительно полюсов происходят очень медленно, и хотя они должны влиять на чувствительность Земли к вариациям других параметров, они не могут объяснить быстрые колебания между условиями ледниковых и межледниковых эпох Великого Ледникового века.
С другой стороны, состав атмосферы подвергается существенным изменениям за короткие промежутки времени. Анализ пузырьков воздуха, захваченных льдами из Гренландии и Антарктиды, как уже указывалось, показал, что во время ледниковых циклов содержание как углекислого газа, так и метана в атмосфере изменялось в ногу с климатом. Оба эти парниковых газа задерживают тепло, которое излучает Земля, и не дают ему уходить в космос, а керны, полученные из льда, показывают, что содержание обоих этих газов в теплые периоды увеличивается, а в холодные уменьшается. Однако внимательный анализ времени наступления этих изменений показывает, что в большинстве циклов они, по-видимому, следуют за изменениями температуры с некоторым запозданием. Если запаздывание будет подтверждено дополнительными исследованиями, то это будет означать, что они являются, скорее, результатом ледниковых циклов, а не их причиной. Но даже если это и так, то они должны были усиливать флуктуации температуры, при этом более высокие концентрации парниковых газов должны были поддерживать Землю несколько более теплой в межледниковые эпохи, а более низкие концентрации способствовали дальнейшему охлаждению в эпохи похолоданий.
Даже из этого краткого изложения должно быть ясно, что на вопрос: что вызывает глобальное оледенение? — имеется много возможных ответов. Ввиду столь большого количества действующих факторов, причем каждый из которых взаимодействует с другими, появление мощных быстродействующих компьютеров оказалось настоящим благодеянием для исследований климата ледниковых эпох. С их помощью оказалось возможным промоделировать, как климатические условия должны отвечать на различные количества углекислого газа в атмосфере, различные расположения континентов относительно полюсов, на различные части циклов Миланковича и множество других потенциально важных факторов. Научная литература включает множество статей, обсуждающих модели общей циркуляции (General Circulation Models), или GCM, как их называют посвященные, с помощью которых можно предсказать распределение температур, направления ветров и многие другие климатические особенности для различных возможных сочетаний условий в прошлом. Много полезных догадок было высказано на основании математических моделей, разработанных для этих разных предположений. Тем не менее, как и при долговременных метеорологических прогнозах, все они очень чувствительны к незначительным вариациям входных данных, и основанные на них предсказания точны лишь в той степени, в какой создатели моделей учитывают взаимодействие всех параметров задачи. В конечном счете эталоном, по отношению к которому следует оценивать эти теоретические построения, должна быть информация, получаемая от самой Земли, природные записи в горных породах, отражающие фактические изменения климата в прошлом.
КЛИМАТ ЭПОХ ОЛЕДЕНЕНИЯ, ЭВОЛЮЦИЯ ЧЕЛОВЕКА И НАЧАЛО РАЗВИТИЯ ЦИВИЛИЗАЦИИ
Древнейшие из известных ископаемые остатки гоминид (гоминиды — это род, к которому принадлежит и наш вид — Homo, то есть человек) имеют возраст почти 4,4 миллиона лет. Они найдены в Эфиопии в тесной связи с отложениями вулканического пепла, которые можно датировать очень точно, поэтому их возраст можно считать хорошо установленным. Очень вероятно, что это наши прямые предки.
Около 800 000 лет после этих ранних гоминид в местности, которая сейчас называется Танзанией, почти в 2000 километров от места находки эфиопских окаменелостей, начало формироваться замечательное скопление ископаемых остатков совершенно другого характера. Здесь в результате серии вулканических извержений вся местность оказалась покрыта слой за слоем тончайшим вулканическим пеплом. После дождей этот пепел в поверхностном слое походил на разведенный цемент, и всякое существо, которое передвигалось по нему, оставляло следы, создавая тем самым живую запись о жизни животных, процветавшей в этой части Африки. Но кроме следов всевозможных животных — от кролика до слона, здесь, на этом моментальном снимке, сделанном природой более трех с половиной миллионов лет назад, было обнаружено кое-что еще, а именно следы группы гоминид, пересекших это место. Вероятнее всего, существа, оставившие эти следы, были очень похожи на те, которые представлены древнейшими эфиопскими окаменел остями. Некоторые ученые, изучавшие эти окаменевшие следы, считают, что они были оставлены семейной группой — мама, папа и сынок, но, может быть, более важно то, что отпечатки указывают на то, что эти гоминиды ходили на двух ногах, совсем как современные люди. Таким образом, около четырех миллионов лет назад или раньше наши предки спустились с деревьев тропических лесов Африки и распространились в травяных равнинах, освоив вертикальную походку. Многие палеонтологи считают, что этот переход был подсказан постепенно увеличивающейся засушливостью климата, которая наступала в Африке по мере охлаждения глобального климата, уменьшив площадь лесов и увеличив распространение степей. Тем не менее настоящие трудности существования в условиях Великого Ледникового века еще только ждали наших предков, хотя, возможно, они не так ощущались в тропиках, как в высоких широтах.
Австралопитеки, как называются сейчас существа, оставившие упомянутые выше эфиопские окаменелости (и другие подобные им гоминиды), обладали маленьким мозгом. Хотя они и были двуногими, они все же не были очень ловкими существами. И тем не менее они просуществовали несколько миллионов лет, причем часть этого времени они жили параллельно с нашим видом. Человек (Homo) впервые выходит на сцену в Африке среди ископаемых остатков других гоминид около двух миллионов лет назад. Приблизительно в это же время в осадках появляются обработанные каменные орудия. Одной из главных отличительных особенностей новых гоминид был их большой мозг — по крайней мере, по сравнению с любым из представителей вида австралопитеков, который предшествовал им. Почему Homo появился именно в это время и почему его мозг стал больше, чем у ранних гоминид? Не существует определенного, общепринятого и согласованного ответа на этот вопрос, но есть много гипотез. Одна из них предполагает, что совпадение между появлением Homo и началом оледенения в северном полушарии не случайно. Согласно этому взгляду, изменение климата, особенно чередование долгих ледниковых и коротких межледниковых эпох благоприятствовало животным, обладавшим способностью приспосабливаться к изменениям, индивидам, обладавшим изобретательностью и умом. В Африке эпизоды оледенения отличались холодным и сухим климатом; жизнь в это время была труднее, чем во время теплых и относительно более влажных межледниковых периодов. Правильна или нет эта интерпретация, неизвестно. Но самые крупные изменения среды обитания, сопровождавшие циклы холодного и теплого климата, которые регулярно сменяли друг друга на протяжении нескольких последних миллионов лет, должны были сыграть свою роль в усилении миграции и изоляции отдельных групп как Homo, так и других животных. Быстрая эволюция новых видов и подвидов, явная среди млекопитающих в целом, и уж конечно для рода Homo, была неизбежным результатом.
Приблизительно миллион лет назад один из видов Homo, а именно Homo erectus (человек прямоходящий), переселился из Африки в Европу и Азию. Остатки предков человека встречаются очень редко, и антропологи и палеонтологи пережили трудные времена, пытаясь установить генеалогию современных людей, но все же известно, что около 100 000 лет назад, в начале самого последнего эпизода оледенения, в Европе и на Среднем Востоке жила группа представителей Homo sapiens (человек разумный), известных под названием неандертальцы. Несмотря на появившийся в наше время образ неандертальца как тупоумного пещерного жителя с дубиной в руке, эти люди имели большой мозг — такой же величины, как и наш, вели общественный образ жизни и, по-видимому, были довольно разумны. В Европе они жили в условиях климата, все более и более ухудшавшегося в сторону самого холодного ледникового периода. И все же неандертальцы исчезли из ископаемой летописи около 30 000 лет назад и их сменили уже, по существу, современного типа люди, названные кроманьонцами. Эти люди появились в Африке на десятки тысяч лет раньше, проникли в Европу около 45 000 лет назад и некоторое время сосуществовали с неандертальцами. В противоположность неандертальцам они, по-видимому, шили себе одежду, делали хотя бы грубые укрытия и были, вероятно, лучше оснащены для жизни в условиях сурового климата. Они первыми испытали на себе холод Европы периода оледенения, а также оставили после себя прекрасные памятники пещерной живописи, которые представляют нам подлинный облик некоторых ныне вымерших животных, которые оживляли ледниковый ландшафт, как, например, огромные, мохнатые, вооруженные изогнутыми бивнями мамонты.
Помимо самого климата, важным фактором, влиявшим на людей, были связанные с оледенением колебания уровня моря, сопровождавшие ледниковые циклы. В результате сильного понижения уровня моря во время Висконсинского ледникового максимума оказались обнаженными обширные области континентов, которые сейчас покрыты водой. В некоторых местах по ним проходили маршруты миграции древних людей, а также животных. Австралия и Новая Гвинея были связаны сушей. Большая часть Индонезии была доступна существам, передвигающимся на ногах или посредством очень коротких путешествий по воде, и Homo sapiens мигрировал туда из Азии. По-видимому, наиболее известным результатом понижения уровня моря во время последнего ледникового максимума явилось заселение людьми Америки. Еще 20-30 тысяч лет назад было возможно пройти пешком из Северной Азии на Аляску. Через сухопутный мост, бывший тогда на месте Берингова пролива, в Северную Америку мигрировали мамонты и другие крупные животные, а около пика Висконсинского оледенения за ними последовали и любопытные представители сибирских племен. Хотя большая часть восточной Сибири и Аляски была свободна ото льда, остальная часть Северной Америки была покрыта ледниками, которые блокировали новым иммигрантам путь на восток или на юг, пока климат не сменился на современный межледниковый и льды не стали отступать. В науке до сих пор еще продолжаются споры относительно точной хронологии этих миграций, но общепринято считать, что по мере повышения температуры стал открываться коридор между ледниками Скалистых гор на западе и ледниковыми щитами, отступавшими в сторону Гудзонова залива, на востоке, тем самым сделав возможной миграцию на юг, в страны с более теплым климатом. Мы хорошо знаем, что уже 12 000 лет назад в юго-западной части Соединенных Штатов жили люди, а к 10 000 лет назад они проникли и в Южную Америку.
Хотя наши прямые предки очень страдали от тягот в течение Висконсинского оледенения, знакомая нам человеческая цивилизация зародилась и развилась во время последующего межледникового эпизода, в котором мы сейчас живем. Но даже если это и так, все же климат его не был столь устойчивым и ровным, как мы его представляем, исходя из опыта нашей собственной короткой жизни. Со все возрастающей — по мере приближения к нашему времени — детальностью палеоклиматологи составили впечатляющую хронику изменений климата за последние несколько тысяч лет, используя для этого самые разнообразные данные — от писанных исторических хроник до толщины древесных колец в древних деревьях. В результате этих исследований больше нет никаких сомнений, что в течение этого времени происходили сильные флуктуации как региональных, так и локальных климатических условий. Предметом яростных споров является масштаб влияния, которое эти изменения оказали на ход развития цивилизации. Проблема здесь та же, которая встает перед исследователями вымираний, происходивших в далеком геологическом прошлом, а именно выяснение связи между причиной и следствием.
Мы знаем, что даже местные и короткие во времени колебания климата оказывают сильное давление на человеческие популяции, — вспомним, например, засушливые районы центральной части Соединенных Штатов (так называемая dust bowl, то есть «чаша с пылью»), где засуха 1930-х годов наряду с несовершенной практикой сельского хозяйства вызвали экономическое бедствие и в конце концов вынудили тысячи оклахомцев переселиться в Калифорнию. Этот эпизод американской истории обессмертил Джон Стейнбек в своем романе «Гроздья гнева». Но еще более крупные изменения климата постоянно воздействовали на планету с начала цивилизации. Мы можем здесь лишь слегка коснуться некоторых из них.
Общепринято считать началом человеческой цивилизации возникновение земледелия. Согласно этому определению, цивилизация началась как в Старом, так и в Новом свете приблизительно в одно время. Имеющиеся данные показывают, что около 6000-7000 лет назад на Среднем Востоке стали одомашнивать овец и выращивать злаки. Приблизительно в это же время жители южной Мексики стали выращивать кукурузу. Климатические исследования показывают, что это время было климатическим оптимумом нашей современной межледниковой эпохи: среднегодовая глобальная температура была значительно выше, чем теперь, количество дождевых осадков почти повсюду на Земле было выше, чем сегодня. Фактически нет никаких данных, свидетельствующих о существовании в это время каких-либо пустынь. Что это — еще одно совпадение или же существует связь между этим благоприятным климатом и возникновением цивилизации?
Несколько тысяч лет спустя после этого климатического оптимума, около 4200 лет назад, цветущая, энергично разраставшаяся цивилизация — Аккадское царство, проникшая уже на Средний Восток, приблизительно между современной Турцией и Персидским заливом, внезапно пала. В ее северных областях наступил быстрый упадок земледелия. Согласно записям на глиняных табличках, найденных археологами, значительная часть населения мигрировала в южные города империи вдоль рек Тигр и Евфрат; в результате их переполнения беженцами возник кризис, аналогичный сегодняшним, когда массы переселенцев отягчают бюджет современных правительств. В течение десятилетий археологи ломали головы, пытаясь выяснить причины этих явлений. Исследования последних лет показывают, что начало этого кризиса совпало с признаками внезапной засухи в северных областях Аккадского царства, которая продолжалась около 300 лет. Такое изменение климата могло бы объяснить хорошо подтвержденные документами миграции, поскольку население северных областей, зависящих от земледелия, не могло существовать без регулярно выпадающих дождей и не имело развитой ирригационной системы. На юге же Тигр и Евфрат обеспечивали гораздо более устойчивое водоснабжение.
Трудно точно определить причину упомянутого выше изменения климата, которое, очевидно, повлияло на падение Аккадского царства; во всяком случае, некоторые историки возражали против утверждения, что одного только ухудшения климата достаточно, чтобы объяснить быструю гибель этой цивилизации. Но ближе к нашему времени мы имеем лучше подтвержденные документами доказательства резкого климатического изменения и его влияния на жизнь людей. Чуть более 1100 лет назад, к концу девятого века, климат в Северном Атлантическом регионе потеплел и оставался сравнительно мягким в течение около 300 лет. Климатологи окрестили этот период «малым оптимумом». Помимо исторических хроник (которые лишь изредка упоминают подробности, касающиеся климата), вариации содержания изотопов кислорода, определенные по годам в керне скважин, пробуренных в гренландском ледяном покрове, подтверждают, что в это время действительно наблюдался теплый промежуток времени. Именно в этот период викинги, отважные норвежские мореплаватели, заселили отдельные части Гренландии. Оттуда по сравнительно свободным ото льда водам северной части Атлантического океана они отправились на запад и достигли Северной Америки. На острове Ньюфаундленд существует хорошо сохранившееся, а сейчас и восстановленное поселение викингов, относящееся к 1000 году, которое, вероятно, и есть та страна, которую саги викингов называют Винланд. Но викинги недолго оставались в Северной Америке: помимо прочих трудностей, им пришлось конкурировать с местными американцами, которые прибыли на континент за тысячи лет до них, и не из Европы, а из Сибири.
К концу четырнадцатого столетия климат Северной Атлантики снова ухудшился, причем до такой степени, что сначала затруднились, а затем фактически и вовсе прекратились контакты между Скандинавией и поселениями викингов в Гренландии. В конце концов все, кто там остался, погибли. «Малое оледенение», которое последовало за малым оптимумом, продолжалось приблизительно с 1450 по 1850 годы и повлияло на области, расположенные далеко за пределами Гренландии. Во время климатического оптимума в Европе произошел рост сельского хозяйства и численности населения, но в последующий холодный период Европу одолевали наводнения, голод и чума. Особенно пострадали северные области, где поля во время климатического оптимума давали прекрасный урожай; теперь же стали регулярно повторяться сильные неурожаи. Крестьяне покидали свои фермы, многие сельскохозяйственные области опустели, периодически вспыхивали гражданские беспорядки. Ослабленное голодом население не могло выстоять против эпидемий чумы. Исторические хроники четко документируют суровость климата в Европе: голландские живописцы изображали катанье на коньках по льду каналов, а в семнадцатом столетии на льду замерзшей Темзы в Лондоне устраивались частые «морозные ярмарки». Темза перестала замерзать только с 1814 года.
Описанные только что колебания климата были кратковременными, слишком короткими, чтобы их можно было связать с более длинными ледниковыми циклами. Данные, которые мы о них имеем, тоже очень локальны — только из Европы и Северной Атлантики. Большинство исследователей считает, что они были вызваны изменениями рисунка океанских течений, в частности, изменением объема теплой воды, поступающей в Северную Атлантику с юга. Причины таких внезапных изменений направления течений, также как и их связь с межледниковыми периодами, не установлены, хотя проведенные в последние годы исследования гренландских ледяных кернов позволяют предположить, что предыдущий межледниковый период, начавшийся около 130 000 лет назад, отличался еще более короткими климатическими вариациями, чем современный. Вероятно, нам просто повезло с нашим достаточно устойчивым климатом во время возникновения и подъема индустриального общества в последние полтораста лет.
В широком смысле современные люди поистине являются порождением Великого Ледникового века. Наш род Homo появился в Африке после начала оледенения в Северном полушарии, а распространение нашего вида Homo sapiens по всему земному шару произошло во время Висконсинского ледникового периода, когда уровень океана был значительно ниже. Часто бывает трудно распутать причину и следствие, но, как мы уже видели, изменчивость межледникового климата за последние 10 000 лет, по-видимому, сильно повлияла на развитие человеческой цивилизации. Но 10 000 лет это очень короткий промежуток времени на геологической шкале. Если и есть какой-то урок, который мы можем извлечь из изучения геологической истории, то он состоит в том, что на любом отрезке временной шкалы и при любом ее масштабе постоянной особенностью этой истории является изменение — эволюционное изменение, изменение в очертаниях и расположении континентов и океанов, изменение климата. В коротком путешествии по геологическому времени, которое мы с вами совершили в этой книге, мы рассмотрели всего лишь несколько линий изменения, которые произошли за четыре с половиной миллиарда лет существования нашей планеты. Геологическая летопись, отражение событий в горных породах заканчивается в настоящем, где-то в конце теплого межледникового периода Великого Ледникового века. Нам остается только спросить: каких изменений мы можем ожидать в будущем?