Ледниковые периоды в истории Земли и ждать ли их в будущем

Множество фильмов-катастроф посвящено наступлению нового ледникового периода… Но с ледником тесно связаны и наши представления о буйной юности человечества, бегавшего с дубиной за мамонтом. Последней ледниковой эпохе мы даже кое-чем обязаны.

Эпохи, эры, периоды

Начать стоит с того, что, с научной точки зрения, ледниковый период не ушёл в прошлое вместе с мамонтами и дубинами, а продолжается по сей день. Геология выделяет ледниковые эры — огромные, продолжительностью в сотни миллионов лет, этапы истории нашей планеты, в течение которых климат был намного прохладнее современного. Каждая из таких эр наступала и прекращалась по своим, не всегда очевидным причинам. После окончания очередной ледниковой эры наступала термоэра — теплое время, когда практически не происходило оледенений. Сейчас идёт кайнозонская ледниковая эра, начавшаяся 65 миллионов лет назад.

Ледниковую эру геологи разбивают на интервалы — ледниковые периоды, во время которых приполярные регионы Земли занимают обширные ледники. Но и это ещё не всё. Внутри ледниковых периодов сменяют друг друга ледниковые и межледниковые эпохи, когда площадь покрытых ледником территорий увеличивается или уменьшается в несколько раз. Мы живём в очередную межледниковую эпоху.

О климате первозданной Земли наука может лишь строить предположения разной степени обоснованности. Но раз уж была жидкая вода (это известно), то были и условия для её удержания в таком состоянии. Вероятно, в эпоху, когда лучи тусклого, ещё красноватого Солнца едва пробивались сквозь первичную, пыльную от частого падения астероидов атмосферу, состоящую из водорода, метана, аммиака и прочих вредных для здоровья газов, на Земле уже был лёд. Но следы оледенений возрастом четыре миллиарда лет едва ли будут найдены. Всей воды на планете в те времена не хватило бы даже на белый панцирь для одной современной Гренландии.

Первой и самой продолжительной в истории Земли стала раннепротерозойская ледниковая эра — её называют ещё гуронским оледенением. Эра началась 2,4 миллиарда лет назад и продлилась 300 миллионов лет. Похолодание вызвала жизнедеятельность примитивных водорослей: фотосинтез уже шёл полным ходом, и поступающий в атмосферу кислород превращал метан в дающие меньший парниковый эффект углекислоту и водяной пар. Планета, получавшая от Солнца на 15−20% меньше энергии, чем в наши дни, стала остывать, и моря замёрзли. Океаны уже существовали в раннем протерозое, хотя были не так глубоки и покрывали лишь половину поверхности Земли.

Очень странно выглядел в эту эпоху наш мир. Скованные холодом, ржаво-серые днём и поблёскивающие инеем на рассвете, безжизненные каменистые пустыни. Смёрзшиеся песчаные дюны. Бессмысленно взрезающие равнины русла пересохших рек — ведь во время великих оледенений осадки почти прекращаются. И колоссальные ледниковые щиты, раскиданные без видимой географической логики, — в тропиках, а не у полюсов. Ведь для образования ледников, кроме мороза, нужны ещё и снегопады. В Гуронскую же эру эволюция жизни шла своим чередом и даже добилась некоторых успехов. А значит, у экватора оставались незамерзающие моря, вода в которых могла испаряться, обеспечивая рост ближайших к берегам ледников.

Солнце постепенно разгоралось, вулканы исправно пополняли атмосферу газами, и в конце риасия Земля оттаяла. Следующий миллиард лет был довольно тёплым, хотя полярные шапки периодически возникали. Катастрофа повторилась 900 миллионов лет назад. Наступила вторая ледниковая эра — криогений. Это был самый холодный период в истории Земли. Он длился четверть миллиарда лет.

До конца причины похолодания не ясны. Оно могло стать результатом дрейфа континентов — в этот период суша расположилась необычно, образовав экваториальное кольцо. Из-за этого в холодный сезон — зимой в северном полушарии и летом в южном — в мировой океан не поступали тёплые течения из тропиков, он беспрепятственно охлаждался и замерзал. А летом уже не оттаивал, так как лёд эффективно отражает солнечные лучи. Дополнительным (или основным — версии разнятся) фактором оказалось снижение доли в атмосфере второго по важности парникового газа — углекислого. Растворяясь в воде, углекислота минерализуется, соединяясь с вымываемым из горных пород кальцием. Обычно снижение температуры тормозит этот процесс, так как покрытая ледниками суша перестаёт поставлять в океан соли. Но при экваториальном расположении континентов этот предохранительный механизм не сработал.

Так или иначе, в криогении наступающие с севера и юга ледники выползли из морей на берег и сомкнулись. Солнце на небосводе сияло уже почти так же ярко, как ныне, но белая, сверкающая поверхность планеты больше не воспринимала тепло. На экваторе температура редко поднималась выше −20 градусов. У полюсов же поверх обычного водяного льда намерзал «сухой» — кристаллическая углекислота. Моря замерзали в буквальном смысле слова. Это сейчас шельфовый ледник, стекая с суши, движется по дну до глубины 200, максимум 300 метров. Тогда, миновав континентальный шельф, глетчеры продолжали сползать по материковому склону до глубины 2000 метров, на поверхности нависая над дрейфующими ледяными полями отвесными стенами в полкилометра высотой. Отколовшиеся и унесённые в приполярные районы айсберги больше напоминали крупные острова с горными цепями.

Разумеется, в холодном аду не выжил никто, кроме бактерий. И долгое время считалось, что терять нечего, ибо в те дикие времена на Земле только они и обитали. Но теперь известно, что это не так. Многоклеточные существа появились более миллиарда лет назад, и к началу Криогения в морях водились весьма странные червеобразные твари, не родственные каким-либо ныне здравствующим животным. Если бы не катастрофическое оледенение, жизнь вышла бы на сушу намного раньше. Но это была бы совсем другая жизнь.

Бактерии же всё-таки уцелели в подлёдных озёрах и в горячих ключах. В морях даже сохранялись одноклеточные водоросли, немедленно принимающиеся за фотосинтез там, где сквозь трещины в ледяном панцире проникал хоть какой-то свет. Между тем в атмосфере потихоньку накапливалась углекислота, производимая вулканами. Земля оттаяла в эдиакрии — 635 миллионов лет назад, — и всё вернулось на круги своя.

До следующего раза.

Кайнозой

Третья ледниковая эра наступила в палеозое. Начавшись 460 миллионов лет назад в ордовикский период, она продолжалась весь силур, девон, карбон и завершилась лишь 230 миллионов лет назад — в середине триаса. Но по сравнению с эрой Гуронского оледенения и с криогением климат на планете мог считаться буквально курортным. Наступления глетчеров, трёхкилометровыми валами докатывающихся до субтропических широт, сменялись оттепелями, во время которых температура на планете мало отличалась от современной. Тем не менее первых успехов позвоночные добились в холодных, нередко посещаемых айсбергами, экваториальных морях. А в конце девонского периода рыбы полезли на сушу по вполне понятной причине — в воде они ужасно мёрзли. Трудно поверить, но и каменноугольный период тоже был очень морозным, — хотя именно в это время образовалась основная часть угольных залежей, а значит, Землю покрывали густые леса древовидных папоротников и болота.

Катастрофическим для жизни на планете оказалось не само по себе палеозойское оледенение, а его окончание, ознаменовавшееся величайшим в истории Земли вымиранием видов. По одной из гипотез, «оттаивание» планеты привело к срабатыванию «метангидратного ружья». Метан способен консервироваться, образуя в соединении с водой подобные снегу хлопья. Но устойчивы гидраты только при высоком давлении на дне моря или при низкой температуре — в вечной мерзлоте. Если повышение концентрации углекислоты в атмосфере и усиление парникового эффекта ведёт к таянию вечной мерзлоты и прогреванию морей, метан высвобождается, усиливая парниковый эффект, и скорость его выброса нарастает лавинообразно. Смешавшись же с атмосферным кислородом, этот газ просто взрывается. Реальность такого сценария, впрочем, весьма и весьма спорна, но факт остаётся фактом: в конце пермского периода вымерло 96% морских и 70% населявших сушу видов.

В четвёртую, кайнозойскую ледниковую эру мы живём. Что позволяет нам её хорошо изучить. Собственно, кайнозойский период стал ледниковым лишь 34 миллиона лет назад, когда глетчеры, сползая с антарктических горных хребтов на равнину, после перерыва в 200 миллионов лет снова украсили планету южной полярной ледяной шапкой, полностью скрывшей Антарктиду лишь 13 миллионов лет назад. В северном же полушарии оледенение началось ещё позже. Холодать стало ещё при динозаврах — в конце мела. Это было связано с уменьшением концентрации углекислого газа в атмосфере. Но и в начале кайнозоя северное побережье Гренландии покрывали лиственные леса. Потом они сменились хвойными. Потом тундрой. Окончательно ледяной покров утвердился на острове только 10 миллионов лет назад.

Четвёртая ледниковая эра, таким образом, только начинается. Морозы крепчают. Глядя на следы глетчеров, в недавнем (по меркам геологии) прошлом доходивших до широты Киева и Волгограда, можно подумать, что теперь ледник отступает. Но это не так. Он просто берёт разбег.

Регулярные «приливы» и «отливы» глетчерных полей продолжаются уже 25 миллионов лет — с тех пор, как кайнозойский период стал ледниковым. Изменения климата обусловлены циклами, открытыми в начале прошлого века сербским учёным Митулином Минковичем. Под воздействием гравитации Луны и планет наклон земной оси изменяется в различных направлениях с периодами в 26 тысяч и 41 тысячу лет. Кроме этого, с периодом в 93 тысячи лет колеблется эксцентриситет («сжатость») земной орбиты. Свою лепту вносит Солнце, активность которого тоже меняется периодически.

Условия для наступления ледника складываются в результате неблагоприятного сочетания астрономических факторов каждые 100 тысяч лет. Если в летние месяцы Земля находится в апогее (на максимальном расстоянии от светила), наклон оси особенно велик, а солнечная активность минимальна, количество получаемой северным полушарием энергии оказывается на 5−10% меньше нормы. Ледники увеличиваются, отражающая способность поверхности планеты растёт, что ведёт к дальнейшему охлаждению, и глетчеры продвигаются ещё дальше на юг.

Оледенение — самоподдерживающийся процесс, который продолжается до тех пор, пока похолодание не уравновесится снижением влажности. Растущие ледяные панцири поглощают воду, моря мелеют, их площадь сокращается, а низкая среднегодовая температура дополнительно снижает испарение. Из-за этого в атмосфере Земли становится меньше белых, хорошо отражающих свет облаков. Воздух разогревается и раскалённые ветры пустынь останавливают продвижение ледника.

В теории оледенения в северном полушарии должны чередоваться с наступлением льдов в южном. Но на практике этого не происходит. Южнее экватора слишком мало суши, плавучие же ледяные поля легко разрушаются течениями.

Безледниковый период

Наряду с экстремально холодными Земля переживала и жаркие эпохи. Юрский и меловой геологические периоды иногда именуются «безледниковой эрой». Во времена господства динозавров на планете, возможно, совсем не было многолетнего льда. Даже высоко в горах. Высокая концентрация углекислого газа в атмосфере в те времена создавала настолько мощный парниковый эффект, что средняя температура вод мирового океана составляла не 3,7 градуса, как сейчас, а 20 градусов!

Зона умеренного климата (где снег зимой всё-таки выпадал) начиналась в безледниковую эру лишь на побережье Северного Ледовитого океана. И простиралась до полюса, вблизи которого всюду, где имелась суша, паслись стада динозавров. Южнее побережья, до широты Архангельска, пролегала полоса субтропиков, а дальше начинался «зелёный ад» — душная сельва с дикими первобытными крокодилами.

Но южнее сороковой параллели припекало и крокодилов. Часть планеты, сейчас наиболее благоприятная для животной и растительной жизни, тогда напоминала калифорнийскую Долину Смерти. Только температура воздуха там колебалась у отметки +50 градусов круглый год, вынуждая даже самых стойких ящериц и жуков до наступления темноты отсиживаться в подземных убежищах… Известие о наступлении ледника они, должно быть, восприняли бы с огромным облегчением.

Текущая твердь

Удивительное зрелище представляют собой кальгаспоры, или «кающиеся монахи», — порождённые неравномерным таянием, склонённые в сторону солнца ледяные шипы. На склоне Эвереста, на леднике Кхумбу, высота «монахов» достигает 30 метров

Сотворённые изо льда и снега персонажи, такие как японская юки-онна, Снежная королева, Снегурочка, в сказках не редкость. И удивительно, что никому из фантастов не пришло в голову рассматривать ледник как живое существо, подобное океану Солярису. Глетчер питается и растёт, проявляя даже некоторую волю к самосохранению. Ведь чем больше пространства ему удаётся покрыть, тем холоднее становится в регионе и тем больше условий для его дальнейшего распространения.

Питается ледник снегом. Исключения существуют — например, один глетчер может пополняться льдом из другого, расположенного выше по склону, — но снег предпочтительнее. Выпадая на уже обледеневшую поверхность, снег не тает даже при положительной температуре воздуха. А если и подтаивает, то вода, просачиваясь глубже, замерзает вновь. В результате белый покров спрессовывается, превращаясь в фирн — плотную, но ещё не твёрдую благодаря множеству пузырьков воздуха массу. Фирн накапливается, сжимается под собственным весом, выдавливает воздух и на глубине 100-150 метров превращается в пористый глетчерный лёд. И тогда ледник оживает — начинает двигаться. Стеклянная хрупкость льда — фикция. Даже при небольшом давлении лёд течёт.

Текут ледники от зоны питания к зоне таяния. Небольшой глетчер может представлять собой впадину — ледоём, откуда расползаются ледяные реки, — или коническую шапку на вершине горы, опять-таки распадающуюся на отдельные потоки, которые образуют озёра, заводи, стремнины и даже ледопады на обрывах. На плоской же поверхности глетчер превращается в приплюснутый купол, под собственным весом равномерно растекаясь во все стороны. И следует отметить, что, если ледник достаточно велик, то «плоской» для него станет любая поверхность. Он сминает и погребает под своей массой даже горные цепи.

Лишь океан способен остановить ледник, подобный Гренландскому (3,4 километра толщины) или Антарктическому (4,7 километра), — а ведь они жалкое подобие ледников древних! Морская, солёная, неохотно замерзающая вода подтачивает сползающий на шельф лёд, норовит выдавить его вверх, отрывая от дна. В конце концов море разламывает ледник на айсберги и уносит их к экватору.

Скорость течения глетчера в норме составляет лишь десятки метров в год, но она сильно зависит от подлёдного рельефа. Иногда возникают островки неподвижного «мёртвого» льда — попавшего в ловушку или оторвавшегося от основной массы. Но на крутых склонах скорость течения ледника может достигать одного километра в год и более. Благодаря прыти ледовые реки, бегущие с молодых гор Новой Зеландии и Огненной Земли, достигают зоны вечнозелёных лесов, скатываются, подобно обычным ручьям, между древесными стволами и кое-где даже низвергаются в море.

Случаются и катастрофические подвижки — сёрджи, когда ледник ускоряется до 300 метров в сутки. Но необходимое для этого давление так велико, что глетчер быстро лопается, крошится и устремляется далее по склону уже в виде потока из обломков льда и камня.

Растекаясь от зоны питания, лёд следует не порожняком. Он несёт с собой фрагменты скалы, тяжёлым напором отламывая их от коренной породы. Куски камня глетчер использует как инструмент для растачивания и углубления русла — именно по этой причине фьорды так глубоки. Естественно, в процессе работы осколки тупятся, обкатываются и превращаются в валуны. Крупный ледник не мелочится, перетаскивая глыбы с поперечником в десятки метров на многие сотни километров. Так, на территории Москвы найдены доставленные глетчером фрагменты карельских скал. Валуны можно обнаружить всюду, где проходил ледник, но большая часть груза сбрасывается на его границе — в зоне таяния. Там образуются морены — тянущиеся на тысячи километров цепи курганов из принесённого ледником материала.

Век мамонта

На продолжении кайнозойской эры условия на Земле становились всё более суровыми. Три миллиона лет назад ледник, уже давно укрепившийся в Гренландии и на арктических островах, форсировал неглубокие моря и создал плацдармы на Аляске, на Лабрадоре, на севере Скандинавии, на полярном Урале и на плато Путорана. И оттуда ринулся на юг, слившись в единый массив площадью 35 миллионов квадратных километров и сделав большую часть Евразии и Северной Америки непригодными для жизни.

С тех пор на планете два полярных ледника. И северный в два с половиной раза больше южного. Но, в отличие от стабильного, раз и навсегда утвердившегося в очерченных океаном границах Антарктического панциря, Арктический ледник каждые сто тысяч лет ненадолго отступает на исходные позиции. Межледниковья, в одно из которых мы живём, продолжаются от 10 до 30 тысяч лет, — в зависимости от того, о каких широтах идёт речь. На побережье Гренландии, например, межледниковье заняло лишь несколько столетий.

Человечество использовало последнюю оттепель с толком, успев создать цивилизацию. Тем не менее большая часть истории нашего вида, не говоря уже о древних предках, приходится на эпоху господства ледника. И представления о ней, бытующие в массовой культуре, очень далеки от действительности.

Ни мамонты, ни охотники на них, разумеется, не жили ни в арктических приледниковых пустынях, ни в тундре — такой, какую мы видим сейчас. Большинство привычных нам ландшафтов вообще исчезают в ледниковую эпоху, сменяясь другими. В частности, в моменты наступления ледника пропадает, скрываясь под глетчерами, зона вечной мерзлоты. А значит, нет места для тундры и лесотундры.

Исчезают с наступлением ледника и зоны таёжных, смешанных и лиственных лесов. Ведь климат становится очень сухим. Зато сразу за узкой полосой каменистых арктических пустынь, уже в десятках километров от границы глетчерных полей, начинаются пышные тундростепи. Весной, после таяния снегов, равнины покрываются густым травяным ковром высотой в человеческий рост. А летом, когда температура воздуха достигает 40 градусов — ведь Солнце на границе умеренных широт и субтропиков и в ледниковые эпохи светит так же ярко, — трава высыхает на корню, чтобы осенью промёрзнуть и уйти под тонкий слой снега, превратившись в готовое сено.

Тундростепь обеспечивала пищей неисчислимые стада травоядных, в том числе и мамонтов. Но зимой она превращалась в очень неуютное место. Точно так же, как сейчас в Антарктиде, скатывающиеся с купола ледника тяжёлые массы холодного воздуха порождали непрерывный многомесячный буран, быстро остужающий раскалённую степь до −40 или −50 градусов.

Но отступать было некуда. Оставшиеся у экватора саванны и леса отделялись от тундростепей широкой полосой пустынь и полупустынь. Первобытные охотники укрывались в пещерах и перекрытых бивнями мамонта землянках и коротали дни, ругая суровый климат. Сами же мамонты просто поворачивались кормой к ветру и старались не обращать на него внимания. Мохнатые слоны пережили не меньше полутора десятков наступлений ледника, который загонял их к обмелевшему Чёрному морю. Межледниковья, во времена которых мамонтам приходилось радикально менять образ жизни, беспокоили их больше.

Останки мамонтов встречаются в вечной мерзлоте до самого побережья Ледовитого океана. Там они жили в периоды, когда климат становился тёплым и влажным, мерзлота исчезала до самого моря и современные тундры и редколесья сменялись заросшими густым кустарником арктическими лугами. Теснимые лесами, которые занимали место тундростепей, мамонты отступали на крайний север. Где и тонули в болотах, чтобы спустя сотни и тысячи лет, после похолодания климата, оказаться впаянными в мерзлоту.

Ледниковый период будущего

«Зима близко!» — любимая присказка Старков из мира «Песни льда и пламени», отличающегося крайней нестабильностью политических и климатических условий. Так вот, зима действительно близко. У нашего, реального мира те же проблемы, что и у континента Вестерос.

Кайнозойское оледенение произошло по геологическим меркам совсем недавно, а катастрофические масштабы приняло и того позже — уже в эпоху наших предков. Вероятно, это будет последняя ледниковая эра в истории Земли, ведь светимость Солнца постепенно возрастает. Но до тех пор наше межледниковье кончится. В ближайшие 20-30 миллионов лет климат на планете будет становиться суровее.

Может показаться, что надвигающийся пик кайнозойского оледенения — опасность, грозящая в перспективе столь отдалённой, что ею со спокойной совестью можно пренебречь. Но множество накладывающихся астрономических циклов могут значительно повлиять на среднегодовую температуру. И в будущем небольшие колебания климата способны создать человечеству серьёзные проблемы.

Современный климатический оптимум кончился. Но и в прошлом веке в Европе уже не было так тепло, как в предыдущий оптимум X-XIII веков, когда в Шотландии и на Лабрадоре рос виноград, а почти безжизненное ныне побережье Гренландии зеленело сочными травами. И до конца кайнозоя, скорее всего, Гренландия «Зелёной страной» уже не станет. Зато холода XIV-XVII веков, «малого ледникового периода», в будущем покажутся сущей ерундой. Современный межледниковый период, начавшийся 12 тысяч лет назад, тоже подходит к концу.

Завершилась и оптимальная фаза великого четырёхсоттысячелетнего климатического цикла, который в свой разгар, в самую жару, четверть миллиона лет назад остановил Днепровское оледенение на широте Киева. А значит, второй раз этот номер уже не пройдёт и следующий девятый вал ледника соединится с горными глетчерами Кавказа и Альп.

* * *

Если верить теоретическим предсказаниям, похолодание должно вот-вот начаться. Пока, правда, между теорией и реальностью наблюдаются расхождения, — и будоражит умы именно наблюдаемое таяние льдов. Но это совершенно нормально. Если бы на Земле хоть что-то делалось разумно, как следует и в срок, то кто бы нас сюда пустил?

Если же говорить всерьёз, то сейчас человеческая деятельность, способствующая увеличению парникового эффекта и росту глобальной температуры, с успехом противостоит космическим силам, ответственным за наступления ледников. Но исход этой неравной борьбы предрешён. Зима близко. Ледниковый период не кончился. Он впереди.

Что почитать?

• Грег Бир «Планета-бродяга»
• Джеймс Блиш «Век лета»
• Алексей Кудашев «Ледяной остров»
• Говард Лавкрафт «Хребты Ужаса»
• Джордж Мартин «Песнь льда и пламени»

Что посмотреть?

• Ледниковый период (2002)
• Послезавтра (2004)
• Абсолютный ноль (2006)
• Ледяная дрожь (2010)
• 100 градусов ниже нуля (2013)
• Сквозь снег (2013)