БИОСФЕРА И ЕЕ ПРОШЛОЕ

В современной науке для обозначения живого покрова Земли используется термин «биосфера». История его происхождения такова. В 1869 г. географ Ф. Ратцель ввел термин «сфера жизни». Спустя несколько лет, в 1875 г., геолог Э. Зюсс предложил объединить всю совокупность живых организмов, населяющих нашу планету, под названием «биосфера». Это понятие было тесно связано с эволюционными представлениями видных естествоиспытателей XIX в. Ж. Ламарка и Ч. Дарвина.
Определение биосферы как особой оболочки Земли широко использовалось выдающимся отечественным ученым В. И. Вернадским, который придал этому термину более глубокий смысл. В понимании В. И. Вернадского биосфера — это прежде всего область распространения жизни, охватывающая не только сами организмы, но и среду их обитания. В одной из работ этого ученого приводится еще более широкая трактовка термина «биосфера», претендующая на охват всей области влияния жизни. С этих позиций закономерной представляется наша попытка обратить внимание на процессы исторического взаимодействия оледенения и биосферы, оледенения и жизни.
Биосфера образовалась в докембрийское время, около 3,5 млрд. лет назад, в процессе эволюции материи. Космические и геологические факторы создали среду, пригодную для жизни, а ее сохранению, безусловно, во многом способствовал биотический круговорот, преемственно связанный с абиотическим круговоротом минеральных веществ, который происходил и до возникновения биосферы.
По представлению В. И. Вернадского, биосфера образует сложную, закономерно организованную, саморегулируемую систему. Биогенному круговороту, так же как и абиогенному, присуща естественная саморегуляция. Это фактически результат взаимодействия трех функционально и экологически различных групп организмов: продуцентов, консументов и деструкторов органического вещества. В последнюю группу входят микроорганизмы, осуществляющие процессы разложения остатков растений и животных, превращения их в минеральные соли и простейшие органические соединения, впоследствии вновь потребляемые зелеными растениями для синтеза органического вещества. Именно деструкторы являются активными агентами биотического круговорота, поскольку они способствуют вовлечению в него всевозможных форм жизни. В ходе геологического развития Земли природа испытывала многочисленные формы жизни, населяла ими нашу планету, объединяла их во взаимосвязанные системы, и таким образом формировалась биосфера. Ведущую роль в процессе эволюции жизни, несомненно, играли биотические факторы, которые во многих случаях определяли изменения абиотических компонентов. Посредством изменчивости и естественного отбора организмы приспосабливались к последствиям собственной жизнедеятельности. В процессе приспособления к новым природным обстановкам менялись требования к видообразованию, совершенствовались адаптационные механизмы, расширялся биотический круговорот, в целом росла организованность жизни и многообразие ее форм. Следовательно, развивалась большая устойчивость жизни.
На протяжении истории формирования биосферы поверхность Земли неоднократно подвергалась оледенениям, которые, однако, сплошными не были, поэтому никогда и не прерывали развитие жизни на Земле. Более того, они оказывали стимулирующее воздействие на этот процесс. Самая простая последовательность событий, отражающая влияние оледенений на природу Земли, представляется таким образом. Формирование ледниковых покровов сопровождалось значительным понижением уровня Мирового океана. Напротив, исчезновение льдов вело к повышению уровня океана (такие колебания уровня известны под названием гляциоэвстатических). Изменения площадей и объемов ледниковых тел вызывали упруго-эластические деформации земной коры, проявлявшиеся в форме гляциоизостатических движений.
Все эти изменения состояния суши и океана, нередко принимавшие колоссальные масштабы, предопределяли сдвиги в системах атмосферной циркуляции и океанических течений, что сопровождалось пространственными перемещениями всех природных зон. Реакции растений и животных при этом выражались в миграциях и активном образовании видов, что заметно даже у млекопитающих.
С развитием оледенении менялся газовый состав атмосферы. Регулятором состава, и в частности баланса кислорода и углерода, выступала жизнь. Этот механизм влиял на температурный режим земной поверхности. Уменьшение концентрации углекислоты вело к понижению а увеличение — к повышению температуры. Американские ученые Л. Беркнер и Д. Маршалл выдвинули гипотезу, согласно которой распространение ледников было связано с усиленным фотосинтезом, обусловленным определенными изменениями в биосфере. В свою очередь изменения температурного режима в порядке обратной связи вызывали сдвиги в структуре биосферы.
Анализ соотношений между древними оледенениями и жизнью весьма актуален: он помогает постичь истинное место и назначение живой природы и человека, определить их развитие в будущем.

ДРЕВНИЕ ОЛЕДЕНЕНИЯ

Рис. 1. Ледниковые эпохи в истории Земли (по Д. Тарлингу)

Изучение древних оледенений началось более 200 лет назад. Лучше всего выявлены следы оледенений четвертичного периода, самого молодого этапа истории Земли, продолжительностью 1,8 млн. лет. Долгое время считали, что новейший этап развития оледенений ограничивался завершающей частью четвертичного периода — плейстоценом. Однако новые исследования показали, что последний ледниковый этап имел гораздо большую длительность и своими истоками уходил в миоцен; соответственно предлагается более широкий термин: позднекайнозойский ледниковый этап. Этим этапом вовсе не ограничивается изучение системы «оледенение —жизнь», так как наша планета испытала еще несколько более древних ледниковых этапов, которые повторялись примерно через 200 — 250 млн. лет. Помимо позднего кайнозоя, следы оледенений четко установлены в карбоне-перми, раннем палеозое и докембрии. Все эти вспышки ледниковых процессов непосредственно связаны с периодами интенсивного горообразования и, таким образом, отражают результаты глубинных процессов в недрах Земли. Вероятно, оледенения были не случайными эпизодами, а вполне закономерными вехами в эволюции всей ее природы.
Вполне понятно, что изученность оледенений во многом зависит от сохранности их следов, выраженных в отложениях и рельефе. Поэтому выделение признаков древних оледенений всегда непросто, особенно в горных странах, где преимущественно представлены самые молодые ледниковые отложения и формы рельефа.
Типичные древние ледниковые отложения — тиллиты — представляют собой сильно уплотненные плохо сортированные грубозернистые обломочные фации, имеющие сходство с основной мореной ледников четвертичного периода. Однако нередко тиллиты преобразованы под действием текучих вод, особенно ярко проявившимся во время таяния ледниковых покровов.
Во многих странах уставовлены определенные диагностические признаки древних морен, позволяющие подтвердить их ледниковое происхождение. Тем не менее генезис тиллитов подвергается критике, причем образование их приписывается турбулентным потокам. При обосновании древних оледенений существенное значение придается также наличию штрихованных льдом поверхностей, валунных мостовых, курчавых скал, бараньих лбов и т. д. Убедительным аргументом служит распространенность ледниковых форм, а также наличие парагенетических комплексов ледниковых и перигляциальных (приледниковых) элементов в сочетании с находками остатков холодовыносливых растений и животных.
При выделении древних оледенений степень достоверности во многом зависит от геологического возраста. Для докембрийского времени установлены признаки не менее четырех крупных ледниковых эпох, однако в наиболее древних породах (более 2,8 млрд. лет) из-за глубокой метаморфизации трудно выявить надежные признаки ледникового происхождения. Возраст самой древней из ледниковых эпох — гуронской — около 2,3 млрд. лет назад. За ней следовали гнейсёская (950 млн. лет), стёртская (750 млн. лет) и варангская (680 — 660 млн. лет) эпохи (рис. 1). Лучше всего изучена последняя из них: её следы обнаружены почти на всех материках, в том числе и на территории нашей страны. В северных районах Скандинавии известны мостовые из валунов с четкой ледниковой штриховкой, относящиеся к варангской эпохе (рис. 2). Стёртские ледниковые отложения найдены в Австралии, Китае, Юго-Западной Африке и Скандинавии, гнейсёские — в Гренландии, Норвегии и Свальбарде (Шпицберген) , гуронские — в Канаде, Южной Африке и Индии.

Рис. 2. Варангское оледенение в северном полушарии (по Н. М. Чумакову, А. Кайё и А. М. Спенсеру)
1 — варангский ледниковый покров; 2 —местонахождения тиллитов; 3 — направления движения льда

Рис. 3. Реконструкция материка Гондваны в начале пермского периода (по В. Гамильтону и Д. Кринсли)
1 — ледниковые отложения (тиллиты); 2 — направления движения льда. На схеме показаны палеошироты

Докембрийские оледенения развивались отнюдь не в исключительных природных обстановках. Напротив, по представлениям А. В. Сидоренко, с раннего архея существовала принципиальная общность геологической истории Земли. Для архея и протерозоя установлены такие же соотношения геологических процессов, как и для последующих эпох. Поскольку древнейшие из известных пород формировались тогда, когда уже была вода в жидкой фазе, естественно, возникает предположение и о длительном развитии жизни, на что указывает присутствие живого вещества в осадочных породах докембрия. Это вещество изменило состав атмосферы и преобразовало геохимическую обстановку осадконакопления. Не исключено, что усиленная фотосинтетическая деятельность примитивных организмов стимулировала развитие древнейших оледенений. Следы оледенений обнаружены и в раннепалеозойских породах. Полнее исследованы ледниковые отложения Сахары, относящиеся к позднему ордовику (460 — 430 млн. лет назад). Местами встречаются типичные ледниковые долины U-образной формы со следами штриховки на скальных выступах. Кроме того, обнаружены водно-ледниковые осадки и многолетнемерзлые грунты (каменные полигоны). Позднеордовичские ледниковые образования, вероятно, накапливались в высоких широтах поблизости от морского берега.
Изучение позднепалеозойских тиллитов, относящихся к каменноугольному и пермскому периодам, подкрепило концепцию дрейфа материков, выдвинутую геофизиком А. Вегенером в 1912 г. Согласно этой концепции длительное время существовал обширный материк Гондвана, объединявший Южную Америку, Африку, Индию, Австралию и Антарктиду. Максимум оледенения приходился на раннепермское время. Затем в связи с начавшимся смещением этого материка к северу произошло почти одновременное таяние ледниковых покровов. Любопытно заметить, что вероятность развития оледенения Гондваны отмечалась еще в середине XIX в., когда теория материкового оледенения фактически еще не была разработана.
Рассмотрим теперь некоторые данные об оледенении в разных частях Гондваны. В Южной Америке только в бассейне р. Параны ледниковые отложения позднего палеозоя прослеживаются на территории площадью более 1,5 млн. км². Хотя во многих местностях, особенно вдоль подножий Анд, эти отложения находятся не в первичном залегании, в ходе исследований были найдены классические признаки деятельности ледников: основные морены, поверхности с валунной отмосткой, выработанные ледниками долины, бараньи лбы, озы и др. Судя по палеоботаническим данным, эти ледниковые образования относятся к разным этапам каменноугольного периода и самому началу пермского периода, 335 — 260 млн. лет назад. Вероятно, это была одна из наиболее продолжительных ледниковых эпох, включавшая не менее 17 подвижек ледников; преобладал перенос льдов с востока на запад.
Позднепалеозойские ледниковые отложения Южной Африки были описаны в 1870 г., когда было введено понятие о тиллитах серии двайка и были найдены поверхности с валунной отмосткой, долины, заполненные ледниковыми осадками, и т. д. Местами установлены признаки перемыва тиллитов текучими водами. Благодаря детальным текстурно-фациальным исследованиям удалось выделить несколько самостоятельных ледниковых лопастей, причем некоторые из них двигались с юго-востока Южной Африки в Южную Америку (рис. 3). Эти ледниковые лопасти существовали примерно в одно и то же время.

Рис. 4. Папоротникообразные ископаемой гондванской флоры (по Э. Арберу)

Всего в Южной Африке в позднем палеозое обособлено четыре ледниковых цикла в интервале 345 — 270 млн. лет назад. Так же, как и в Южной Америке, максимум оледенения приходился на конец каменноугольного и Начало пермского периодов. Оледенение развивалось в полярных широтах на низменной суше, хотя местами есть признаки существования горных ледников.
На территории Индии в 1859 г. было описано позднепалеозойское оледенение талчир, следы которого представлены слабосортированными осадками, основными моренами, поверхностями с валунной отмосткой. Находки ископаемой флоры позволили выяснить, что талчирские ледниковые слои накапливались в конце каменноугольного и самом начале пермского периодов (285 — 270 млн. лет). Всего в Индии различают три главных цикла развития этого оледенения, причем общая обстановка примерно сходна с южноафриканской.
Позднепалеозойские ледниковые отложения были обнаружены и на большей части Австралии. Здесь найдены следы горного и покровного оледенений, которые указывают на тесную зависимость от ухудшения климата, обеднения состава флоры и фауны с середины каменноугольного периода. Горное оледенение, возможно, перестало самостоятельно существовать в связи с образованием крупного ледникового покрова в начале пермского периода (280 млн. лет назад) на юго-востоке Австралии, Этот покров удерживался на протяжении примерло 10 млн. лет, а впоследствии горные ледники местами сохранялись до казанского времени (250 — 245 млн. лет назад).
В Антарктиде позднепалеозойские ледниковые отложения были найдены в Трансантарктических горах и горах Элсуэрта. Предположительно развитие этого оледенения относят к тому же самому временному интервалу, что и в других частях Гондваны (конец каменноугольного и начало пермского периодов). Антарктида около 280 млн. лет назад, как и в настоящее время, находилась в полярных широтах. Следовательно, в истории этого континента оледенения неоднократно повторялись.
Уместно заметить, что данные по ледниковым отложениям и истории оледенения позднего палеозоя — отнюдь не единственный аргумент в пользу концепции дрейфа материков. Не менее важная информация получена благодаря применению палеомагнитного метода, сейсмических исследований и бурения океанических осадков. Достаточно хорошо изучено географическое положение отдельных материков за последние 200 млн. лет; на основании этого можно проследить черты сходства и различия ископаемых организмов, пути их распространения, возможные случаи изолированного развития и т. д.
Этап активизации оледенений на рубеже каменноугольного и пермского периодов совпал со значительными изменениями состава флоры и фауны. Если каменноугольный период характеризовался господством земноводных, то с перми началось распространение пресмыкающихся. Особенно хорошо изучены пермские пресмыкающиеся Южной Африки, включавшие целый ряд травоядных и хищных форм, которые обитали в условиях умеренно теплого климата. В то же время в Северной Америке и Европе животный мир был более разнообразен: помимо пресмыкающихся, там водились различные земноводные и рыбы. Природные условия этих материков, возможно, приближались к пустынным.
Позднекаменноугольное время, как известно, совпало с накоплением мощных залежей угля, что обусловливалось быстрым ростом биомассы. Климат тогда был довольно однообразным, без резких сезонных различий, о чем свидетельствует отсутствие годичных колец у деревьев. На рубеже каменноугольного и пермского периодов резко изменилась растительность. Под влиянием оледенения на материке Гондваны распространились формации папоротникообразных — флора Glossopteris (рис. 4), приспособившиеся к перигляциальным обстановкам и резко отличавшиеся от космополитических формаций других материков. Таким образом, именно оледенение Гондваны обострило температурные контрасты полярных и экваториальных широт и дифференциацию природных зон, что сыграло важную роль в развитии биосферы.

ПОЗДНЕКАЙНОЗОЙСКИЙ ЭТАП
ОЛЕДЕНЕНИЯ ЗЕМЛИ

Кайнозойская эра, самая молодая в геологической истории Земли, охватывавшая последние 70 млн. лет, была связана с коренными преобразованиями природы. В позднем кайнозое не только в полярных, но и в умеренных широтах активизировались процессы оледенения. Во время максимального развития оледенения не менее одной трети поверхности нынешней суши (около 45 млн. км²) было сковано льдом и, кроме того, площадь морских льдов в два-три раза превышала современную.
Следы позднекайнозойских оледенений по сравнению с более древними оледенениями Земли яснее выражены в строении поверхности, что облегчает задачу их исследования. Недаром именно с позднекайнозойскими оледенениями тесно связана разработка учения о материковых оледенениях, которое часто называют ледниковой теорией.
Ледники привлекали внимание ученых очень давно. Еще в XVI в. исландский ученый Т. Вигалин отметил, что в Исландии со времени открытия ее в конце IX в. ледники испытывали весьма значительные колебания в краевых зонах и эти колебания, по всей вероятности, подчинялись более крупным планетарным изменениям климата. В конце XVIII — начале XIX в. в результате детальных наблюдений в предгорных районах Альп были установлены следы более обширного распространения ледников в прошлом. Находки крупных валунов в альпийских долинах и на равнинах Средней Европы навели на мысль, что эти камни могли быть принесены только льдом. Одним из первых мнение о ледниковом периоде высказал великий немецкий поэт И.-В. Гёте, который, как известно, увлекался естественными науками.
Дальнейшее развитие ледниковой теории связано с исследованиями Л. Агассиза в Швейцарии в 30-х годах прошлого века. Опираясь на наблюдения И. Венеца, И. Шарпантье и других естествоиспытателей, ученый писал о материковом оледенении, распространявшемся на обширных пространствах Европы. Термин «ледниковая эпоха» был тогда же предложен швейцарским геологом X. Шимпером. Против этой концепции выступил известный естествоиспытатель Ч. Лайель, который склонялся к признанию переноса валунов плавучими льдами. Дрифтовая гипотеза Лайеля в середине XIX в. находила немало сторонников.

Рис. 5. Зарисовка обнажения морены у г. Хяменлинна в Финляндии (из
книги П. А. Кропоткина «Исследования о ледниковом периоде», 1876)
а — ледниковый щебень; b — гранитные бугры

В изучение древнего оледенения на востоке Европы деятельно включились русские ученые. В 1856 г. московский геолог Г. Е. Щуровский опубликовал карту материкового оледенения России, ставшую прообразом нынешних палеогеографических карт. В поддержку ледниковой теории в 1871 г. определенно высказался петербургский геолог Ф. Б. Шмидт. В середине 70-х годов П. А. Кропоткин в России, О. Торелль в Швеции и А. Гейки в Великобритании почти одновременно опубликовали работы о материковом оледенении, основанные на детальных полевых наблюдениях. Среди них бесспорно наиболее значительными были «Исследования о ледниковом периоде» (1876 г.) П. А. Кропоткина. Книга отличалась глубоким Обоснованием ледниковой теории и комплексной палеогеографической трактовкой древних оледенений и их отложений (рис. 5). Благодаря этому дрифтовой гипотезе был нанесен сокрушительный удар.
Для России идеи П. А. Кропоткина играют совершенно исключительную роль. Дело в том, что на территории нашей страны древние ледниковые покровы не только обладали громадными размерами, но и образовывали целую систему со сложным распределением во времени и пространстве. Этому способствовали общеклиматические и морфоструктурные условия. Недаром геолог Г. Шпрайтцер в середине 1930-х годов писал, что по сравнению с другими древнеледниковыми областями Русская равнина наиболее подходит для выяснения проблем истории четвертичных оледенений. Действительно, на этой территории решаются многие ключевые вопросы палеодинамики ледниковых покровов. Соответственно возрастает значение идей П. А. Кропоткина, впервые обосновавшего наличие обширных покровов материковых льдов на северо-западе России.
Развитие ледниковой теории в нашей стране проходило в обстановке оживленных дискуссий со сторонниками антигляциализма и гляциомаринизма. Нападки со стороны явных антигляциалистов, отрицавших ледниковую теорию, были лишены глубокого научного обоснования и оторваны от практики конкретных геологических наблюдений и исследований, а потому и не получили сколько-нибудь прочной опоры.
Несколько иначе обстоит дело с гляциомаринистами, собравшими значительный набор фактов, свидетельствующих о широком распространении четвертичных морских отложений на равнинах Северной Евразии. Попытки синхронизировать эти морские трансгрессии с периодами активизации оледенения, как нам представляется, вряд ли могут оказаться плодотворными, так как они идут вразрез с громадной суммой геологических и палеогеографических данных. Тем не менее нет никаких сомнений в том, что морские и ледовоморские обстановки были весьма характерны для прибрежных равнин Северной Евразии во время продолжительных интервалов четвертичной истории.
Решение этой проблемы тесно связано с современной трактовкой многократности и продолжительности материковых оледенений. П. А. Кропоткин считал, что была только одна ледниковая эпоха. Однако впоследствии благодаря находкам межморенных отложений с ископаемыми остатками теплолюбивых растений и животных неоднократность покровных оледенений была доказана. Эти находки убедительно свидетельствуют о перерывах в развитии оледенений. Если ледники тогда были такие же, как в настоящее время, либо достигали еще меньших размеров, представляется возможным выделять межледниковья. К сожалению, у исследователей еще нет единого мнения по поводу числа самостоятельных межледниковий и оледенений.
Первые доказательства трехкратного оледенения Среднеевропейской равнины, основанные на изучении условий залегания моренных и межморенных отложений, были представлены А. Пенком в 1879 г. В России после классических исследований межморенных отложений, выполненных А. П. Павловым и Н. Н. Боголюбовым в конце XIX в., тоже появились убедительные аргументы в пользу выделения трех самостоятельных оледенений. В итоге последующих работ полигляциализм пустил настолько основательные корни, что попытки возродить, хотя и с известными оговорками, концепцию единого оледенения (моногляциализм) не увенчались успехом.
Идеи полигляциализма опираются на довольно упрощенную трактовку истории четвертичного периода, которая очень Часто рассматривается как чередование оледенений и межледниковий. Мало что меняется и от дополнительного обособления некоторых ледниковых стадий и межстадиалов. Такой схематичный подход во многом определялся несовершенством геохронологических представлений и неверной оценкой продолжительности ледниковых и неледниковых интервалов четвертичной истории.
Только благодаря внедрению радиоизотопных методов датирования удалось усовершенствовать абсолютную хронологическую шкалу четвертичного периода. И хотя этот процесс еще окончательно не завершен, наши представления о динамике ледниковых процессов претерпевают коренную перестройку. К настоящему времени разработаны детальные схемы периодизации позднего кайнозоя. Общее число выделяемых покровных оледенений значительно возросло, возраст древнейшего из них был определен более чем в 5 млн. лет, тогда как признаки горного оледенения были четко установлены даже в эоцене.

Рис. 6. Гляциоэвстатические колебания уровня Мирового океана в позднечетвертичное время

штриховая линия — предполагаемый ход изменений

Проблемы истории позднекайнозойских оледенений — особая тема, к которой мы еще обратимся в одной из последующих глав. Здесь же уместно рассмотреть вопрос о продолжительности материковых оледенений на примере самого последнего из них. Многочисленные геохронологические данные показывают, что последняя трансгрессия материковых льдов на равнины Восточной и Средней Европы длилась всего около 10 тыс. лет и по продолжительности была соизмерима с послеледниковым временем — голоценом. Есть основания полагать, что такую же длительность имел и теплый интервал в середине валдайской (вюрмской) эпохи, 50 — 40 тыс. лет назад, описанный нами под названием карукюлаского межледниковья.
Таким образом, за последние 50 тыс. лет суммарная продолжительность двух наиболее теплых интервалов и интервала наибольшего развития покровного оледенения составляла 30 тыс. лет. Остальные 20 тыс. лет приходились на переходный этап, во время которого развивалось преимущественно горное оледенение (впоследствии покровное). Этот длительный этап, предшествовавший разрастанию ледниковых покровов классического валдая (вюрма), можно назвать предледниковым, или анагляциальным. Существование такого интервала вытекает не только из геохронологических данных, но и из гляциологических моделей Дж. Вертмана, согласно которым рост ледниковых покровов должен занимать в 2 — 3 раза больше времени, чем их распад. Известно, что в конце последнего покровного оледенения материковые льды в умеренных широтах растаяли за несколько тысяч лет.
Рассматриваемый предледниковый переходный интервал характеризовался значительными палеогеографическими событиями. В средней полосе Европы формировались лесные ландшафты более северных вариантов. Об этом убедительно свидетельствуют результаты комплексного изучения отложений озерных котловин Центральной России (Неро, Татищево, Сахта, Степная Нива и др.). Кроме того, выяснилось, что предледниковый период по времени совпал с планетарной трансгрессией Мирового океана, которая распространялась на окраины материков (в частности, на северные равнины Евразии). Это был, вероятно, завершающий этап трансгрессии, тогда как ее более ранний этап приходился на карукюлаское межледниковье (рис. 6). Непродолжительный период активизации последнего валдайского оледенения ознаменовался глубокой и резкой регрессией Мирового океана, амплитуда которой достигала 130 м.
Результаты датирования по изотопам урана показали, что и 120 — 50 тыс. лет назад в развитии материкового оледенения и в реакции Мирового океана на этот процесс существовали сходные пространственно-временные соотношения. Можно также констатировать, что основная масса радиоизотопных датировок осадков предпоследнего микулинского, или рисс-вюрмского, межледниковья заключена в относительно небольшом временном диапазоне порядка 15 — 10 тыс. лет (это подтверждается подсчетами по ритмической слоистости межледниковых озерных осадков).
Мнение об относительно небольшой продолжительности вспышек покровного оледенения в более ранние этапы четвертичной истории не бесспорно. Тем не менее, по нашему мнению, веские основания для подобных заключений содержатся в итогах сопряженного анализа микропалеонтологических и радиоизотопных данных, включая реконструкции палеотемператур океана по изотопам кислорода. Заметим, что именно такими короткими вспышками представлялись материковые оледенения плейстоцена и А. П. Павлову.
По суммарной продолжительности собственно ледниковые интервалы, связанные с наибольшими трансгрессиями материковых льдов, несомненно уступали переходным и межледниковым интервалам. Это обстоятельство имеет особенно важное значение для понимания филогенетического развития организмов, населяющих нашу планету, а также процессов формирования рельефа, почв и других компонентов природной среды.
Позднюю часть четвертичного периода (последние 700 тыс. лет), включавшую наиболее значительные материковые оледенения в умеренных широтах северного полушария, нередко называют плейстоценом. В качестве его синонима часто употребляется термин «ледниковый период», иногда он распространяется и на четвертичный период в целом (1,8 млн. лет). Строго говоря, применение термина «ледниковый период» в обоих случаях мало оправданно, так как покровные оледенения вовсе не исчерпывали содержание истории ни плейстоцена, ни тем более всего четвертичного периода. Однако громадное воздействие материкового оледенения на поверхность Земли бесспорно. Зная, какие значительные и быстрые геоморфологические преобразования вызывают ледники в наши дни, не приходится сомневаться в том, что за несколько тысяч лет плейстоценовые ледниковые покровы могли произвести значительную моделировку поверхности обширных территорий. Вопрос об оценке масштабов этой работы до сих пор остается открытым. Например, оценки разрушения ледникового ложа в области Балтийского щита за весь плейстоцен колеблются от нескольких метров до 30 — 60 и более. Не менее велики расхождения и в оценках размеров ледниковой аккумуляции. Путь для решения этих проблем — детальный объемный анализ отложений ледниковой формации. Заметим, что темпы разрушения ложа больших долинных ледников Кавказа составляют не менее 2 мм/год.
Для того чтобы объяснить некоторые важные особенности геологической деятельности древних ледниковых покровов в умеренных широтах, необходимо хотя бы вкратце упомянуть о выдвинутой в конце 60-х — начале 70-х годов советским ученым М. Г. Гросвальдом концепции широкого развития оледенений на шельфах. Очевидно, что ледниковые покровы в периоды их максимального распространения могли питаться за счет осадков, приносимых ветрами южных румбов, так как в скованный льдами Арктический бассейн эти влагонесущие воздушные потоки вряд ли могли проникать. Соответственно на южной периферии крупных ледниковых покровов происходил более интенсивный энерго- и массообмен, получавший отражение и в больших масштабах воздействия льда на ложе. С данным процессом, вероятно, была связана и интенсивная аккумуляция ледниковых отложений в краевой зоне, Следами этой деятельности служат, например, мощные ледниково-аккумулятивные образования Балтийской гряды и Валдайской возвышенности, сформировавшиеся во время последнего покровного оледенения.

НАЧАЛО ПОЗДНЕКАЙНОЗОЙСКОГО
ЛЕДНИКОВОГО ЭТАПА

Новейший этап развития покровных оледенений, охватывающий поздний кайнозой, совпал с существенными изменениями органического мира Земли, включая и эволюцию самого человека. Нам представляется, что преобразования биосферы нашей планеты во многом были сопряжены с новым видообразованием и с адаптацией организмов к быстро менявшимся природным обстановкам.
Надо заметить, что в позднекайнозойское время происходило не только образование крупных ледниковых покровов в полярных и умеренных широтах. Кроме того, формировались ледники в горах даже в экваториальных районах Южной Америки, Центральной Африки и Новой Гвинеи. Вместе с тем на юге тропической зоны ощущался сильный дефицит влаги, что определило распространение пустынь с более аридными, чем в настоящее время, обстановками. Точного совпадения периодов максимального развития ледниковых покровов в умеренных широтах и максимальной аридности в тропиках, однако, могло и не быть. Важно отметить лишь общую приуроченность таких периодов к холодным интервалам позднекайнозойской истории.
До ледниковой эпохи, в раннем кайнозое, климат земного шара, по всей вероятности, был теплее и суше современного, причем система природных зон отличалась меньшей дифференцированностъю, а атмосферная циркуляция проявлялась менее интенсивно. На обширных территориях преобладали саванны и леса, а средние температуры были порядка 22° С. Хотя, конечно, и тогда существовали заметные контрасты между полярными и тропическими широтами, но даже в Антарктиде ледников еще не было.
Естественно, что для изучения истории позднего кайнозоя важно знать, когда возникло оледенение. Эту дату часто связывали с первым появлением ледниковых отложений в умеренных широтах. Однако еще более показательны данные по морской фауне. Установление холодных обстановок в бассейне Средиземного моря произошло примерно 1,8 — 1,7 млн. лет назад, и этот рубеж обычно принимают за границу неогенового и четвертичного периодов. Тем не менее есть свидетельства более раннего начала развития оледенения в северном полушарии, порядка 4 — 3 млн. лет назад. В осадочных породах Исландии за последние 3,1 млн. лет зафиксировано не менее 10 ледниковых циклов.
В южном полушарии оледенение имеет еще более древний возраст. Крупным очагом оледенения была Антарктида, которая постепенно утратила сухопутные связи с другими частями Гондваны и заняла околополюсное положение еще в начале кайнозоя. Формирование пролива между Антарктидой и Южной Америкой произошло в конце мелового периода, а связь с Австралией прервалась только в середине кайнозоя, около 35 млн. лет назад. Последующее формирование циркумантарктической системы морских течений способствовало термической изоляции Антарктиды, вокруг которой образовался пояс холодных придонных вод. Все это наряду с соответствующей перестройкой атмосферной циркуляции создало необходимые предпосылки для активизации ледниковых процессов на антарктической суше. В первой половине кайнозоя, и в частности в эоцене, очаги оледенения там существовали, вероятно, только в горах. Весьма благоприятным фактором для развития оледенения послужило поднятие Трансантарктических гор в позднем палеогене. На равнинах и плато Южного континента средние температуры тогда все еще достигали 20 — 22° С.
Только в миоцене произошло резкое похолодание, способствовавшее формированию очагов покровного оледенения. Постепенно сливаясь между собой, эти очаги объединились в единый ледниковый покров. В конце миоцена, немногим более 5 млн. лет назад, антарктическое оледенение достигло максимального развития, что обусловило необратимые изменения флоры и фауны этого континента. Оледенение сопровождалось резким уменьшением объема и понижением уровня Мирового океана. В это время Средиземное море утратило связь с океаном и там существовали обособленные водоемы, в которых накапливались мощные толщи соленосных осадков.
Последующая частичная деградация ледникового щита Антарктиды в его краевой части привела к повышению уровня Мирового океана. Отголоском этого процесса была плезанская трансгрессия в Средиземноморском бассейне, датируемая переходом от миоцена к плиоцену, около 5 млн. лет назад.
В начале плиоцена произошла окончательная изоляция Атлантического океана от Тихого в связи с поднятием Панамской глыбы. К этому времени относится образование Гольфстрима и начало развития оледенения в северном полушарии. Наиболее определенные факты имеются по западному горному обрамлению Северной Америки и по Исландии, где крупные ледники, несомненно, существовали около 3 млн. лет назад.
Дальнейшее развитие антарктического оледенения характеризовалось ситуацией, в целом довольно близкой к современной; неоднократные колебания охватывали преимущественно периферические части ледникового покрова. Например, довольно значительное сокращение масштабов оледенения отмечено 2,8 — 2,43 млн. лет назад, когда климат Антарктиды был теплее современного. Этому интервалу соответствует широкое распространение морских трансгрессий.
Обширные пространства Прикаспийской и Куринской низменностей в то время были затоплены акчагыльским морем, которое, как выяснилось, сообщалось с Мировым океаном. Проникновение океанических вод в глубь Евразии было, по-видимому, связано с таянием периферических частей Антарктического ледникового покрова. Похолодание 2,4 — 1,9 млн. лет назад вызвало понижение уровня океана и спад акчагыльской трансгрессии. В осевых частях Прикаспийской и Куринской впадин акчагыльские толщи увенчаны пресноводными и солоноватоводными слоями лиманного и лиманно-морского характера, указывающими на глубокую регрессию. Возраст этих слоев 1,95 — 1,8 млн. лет назад, что с известной долей условности может свидетельствовать об активизации материкового оледенения. Очень близкая датировка установлена для оледенения Аргентинских Анд — 2,06 млн. лет.
Напомним, что на уровне 1,8 млн. лет проводится нижняя граница четвертичного периода. В Средиземноморском районе, выше контакта астийских и калабрийских морских осадков, в это время появились более холодостойкие виды моллюсков и фораминифер. В континентальных отложениях при переходе от нижнего виллафранка к среднему в фауне млекопитающих тоже найдены более холодовыносливые формы. Изменения органического мира Средиземноморья, вероятно, были реакцией на активизацию ледниковых процессов в более высоких широтах и горных районах. Таким образом, в акчагыльское время в Южной и Северной (включая Гренландию и Исландию) полярных областях существовали крупные очаги оледенения. Поэтому проведенное нами сопоставление событий ледниковой истории Антарктиды и колебаний уровня Средиземного моря и Понто-Каспийского бассейна (табл. 1), несомненно, имеет важное значение для сравнения природных изменений в обоих полушариях.
История оледенения Антарктики в четвертичный период, к сожалению, слабо изучена. Изучение донных осадков океана у берегов этого материка показало, что 100 — 70 тыс. лет назад приантарктические воды были намного теплее (12° С) современных (1 — 2° С). Отмеченный интервал очень близок к планетарной трансгрессии Мирового океана, приходившейся на рисс-вюрмское, или никулинское, межледниковье. В то время происходило усиленное таяние Антарктического ледникового покрова.

Таблица 1

Развитие материкового оледенения Антарктиды и его корреляция с историей Средиземноморья и Понто-Каспия

Возраст, млн. лет*	Антарктида	Средиземноморье	Понто-Каспий
		Плейстоцен
0,7	Расширение в краевой зоне	Калабрий (средний и верхний вилафранк)	Апшерон (эоплейстоцен)
1,85	Частичная деградация в краевой зоне	Пьяченцо (румыний)	Акчагыл
3,3	Стабилизация	Табиан (дакий)	Киммерий
5,0	Максимум материкового оледенения	Мессиний	Понт
7,0	Последовательное разрастание покрова	Тортон (паннон)	Мэотис
10,5	Оформление ледникового покрова	Серравал	Сармат
14,0

* В оригинальном издании цифры в таблице расположены на границе между данной и выше расположенной стадиями - В. П.

Рис. 7. Характер колебаний мощности ледникового покрова в некоторых районах Восточной Антарктиды (по В. И. Бардину)
а — ледник Бирдмора, Трансантарктические горы; б – гора Инзель, Земля Королевы Мод; в — гора Коллинз, хребет Принс-Чарльз; 1 — 3 — стадии оледенения

Последующая эпоха, сопоставляемая с вюрмской, включала три потепления, датированных по донным осадкам в 39 тыс., 31 тыс. и 25 тыс. лет назад. На наш взгляд, все эти интервалы попадают в рамки средневюрмского потепления, которое началось примерно 50 тыс. и завершилось около 25 тыс, лет назад. К этому времени была приурочена самостоятельная трансгрессия Мирового океана. Ледниковым интервалам вюрмской эпохи отвечали две четко выраженные регрессии — уровень океана понижался на 120 м относительно современной отметки.
В нескольких горных районах Антарктического материка были обнаружены серии моренных отложений, различающихся по вещественному составу, степени выветрелости и высотному положению. Эти различия послужили основанием для выделения нескольких ледниковых стадий, возраст которых до сих пор, к сожалению, не удалось установить. Тем не менее, как показали исследования советского ученого В. И. Бардина, имеются совершенно определенные свидетельства больших колебаний мощности ледникового покрова между упомянутыми стадиями (рис. 7), причем по мере приближения к современности явно намечается тенденция к понижению мощности.
В грандиозных колебаниях водного баланса Земли, связанных с чередованием оледенений и межледниковий в четвертичном периоде, обширный Антарктический ледниковый покров, несомненно, принимал активное участие, на что прежде всего указывают результаты изучения донных осадков из приантарктических районов океана. Существенно, однако, то обстоятельство, что Антарктический покров даже в межледниковые эпохи плейстоцена продолжал существовать, а таяние происходило только в его периферических частях. Такую же относительную стабильность обнаруживал и Гренландский ледниковый покров.
Напротив, Североевропейский и Североамериканский (Лаврентийский) покровы характеризовались довольно быстрыми темпами формирования в начале ледниковий и еще более быстрыми темпами распада в самом конце их и в начале межледниковий. Эти покровы называют неустойчивыми в отличие от устойчивых Антарктического и Гренландского покровов.
Закономерности развития ледниковых покровов пока еще, к сожалению, мало известны, хотя существует ряд реконструкций, опирающихся на теоретические модели. Наиболее обоснованны представления о стремительных темпах распада неустойчивых ледниковых покровов, что подтверждено фактами из истории самого последнего оледенения. Разрастание крупных ледниковых покровов, по современным представлениям, занимало в 2 — 3 раза больше времени, чем их распад.

---

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ....................................................................................................................... 3
Биосфера и ее прошлое ............................................................................................. 5
Древние оледенения .................................................................................................. 7
Позднекайнозойский этап оледенения Земли ...................................................... 14
Начало позднекайнозойского ледникового этапа ................................................ 21
Методы изучения истории оледенений ..................................................................... 26
Сколько оледенений было в четвертичном периоде? .............................................. 35
Оледенение горных стран ........................................................................................... 49
Абсолютная хронологическая шкала плейстоцена ................................................... 55
Поведение ледников и колебания уровня океанов ................................................... 57
Ледниковые убежища и темпы расселения растений .............................................. 61
Развитие фауны млекопитающих в четвертичном периоде .................................... 74
Вымирание животных в позднем плейстоцене ........................................................ 81
Первобытные культуры и история четвертичного периода .................................... 96
Эволюция гоминид ..................................................................................................... 104
По следам первобытных охотников .......................................................................... 116
Заключение .................................................................................................................. 120
Литература ................................................................................................................... 122