МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ
ИСТОРИИ ОЛЕДЕНЕНИЙ

В предыдущей главе приводился ряд величин абсолютного возраста, иллюстрирующих историю новейшего ледникового этапа. Возникает вопрос: каким путем были получены эти геохронологические показатели и другая палеогляциологическая информация?
Здесь прежде всего надо сказать, что реконструкции истории оледенений непосредственно основываются на материалах изучения ледниковых и других генетически связанных с ними отложений. Наиболее полной информацией мы располагаем об отложениях четвертичной системы. Методы их изучения в принципе мало отличаются от обычных стратиграфических методов, применяемых в геологии. Все решает последовательность напластования. Однако в одном разрезе четвертичных отложений редко встречается более двух моренных горизонтов, и очень трудно найти разрезы, полностью вскрывающие весь комплекс ледниковых отложений. Нередко во время молодых оледенений происходила полная или частичная переработка более древних морен.
Несмотря на пробелы в геологической летописи событий, изучение самих морен дает чрезвычайно ценный материал для реконструкции динамики ледниковых покровов и обстановок моренонакопления. В современных условиях практикуется сопряженный анализ вещественного состава и строения морен, включающий гранулометрический и петрографический состав, изучение формы крупных обломков, минеральный состав мелкозема, ориентировку удлиненных обломков и т. д. Полученные данные позволяют конкретно представить себе общий характер и направление движения древних ледников, их температурный режим, взаимодействие с подстилающим ложем и другие принципиально важные индикаторы. В меньшей степени литологические материалы способствуют установлению последовательности событий, особенно при отсутствии надежной геохронологической привязки.
Важное значение для определения возраста и пространственных корреляций морен играет ископаемая флора и фауна межледниковых отложений, но интерпретация этих данных осложняется из-за неоднократных миграций организмов, обусловленных изменениями климата. Прямой путь для геохронологических исследований открывает изотопная хронометрия, которая за последние десятилетия достигла больших успехов. Применявшиеся ранее методы датирования геологических событий по изотопам урана и свинца, имеющим большие периоды полураспада, мало подходили для изучения четвертичного периода, который в целом относительно непродолжителен.
Весомый вклад в исследование четвертичной истории внесло радиоуглеродное датирование. Этот метод основан на объективных закономерностях радиоактивного распада и отличается высокой точностью по сравнению со многими другими геохронологическими методами. Радиоактивный углерод (¹⁴С) образуется в атмосфере при бомбардировке атомов азота космическими лучами, затем при окислении он входит в состав углекислоты, которая усваивается растениями и попадает в организмы животных. При жизни растений и животных поддерживается равновесие концентрации ¹⁴С в природе. С гибелью организма это равновесие нарушается, так как происходит только распад ¹⁴С с образованием азота. Период полураспада ¹⁴С составляет 5570 лет, и с теоретических позиций применение радиоуглеродного метода не превышает 50 тыс. лет.
Контроль метода был проведен на археологических образцах известного возраста и годичных кольцах деревьев. Величины возраста, полученные разными методами, обнаружили четкую сходимость в пределах последних 5000 лет, Для более древнего периода контроль, к сожалению, не был осуществлен, в частности, из-за отсутствия столь долго живущих деревьев. Однако имеются случаи хорошей согласованности результатов датирования разнотипных материалов, взятых из одного горизонта. При оценке точности радиоуглеродных датировок надо принимать во внимание возможность ошибок за счет загрязнения образцов углеродом более молодого и более древнего возраста. С этой целью проводится исследование темпов образования ¹⁴С в верхних слоях атмосферы. В качестве образцов берутся годичные кольца деревьев. Выявленные различия между предполагаемым и действительным содержанием ¹⁴С могут отражать не только изменения в эффективности обмена углеродом между атмосферой и океаном, но и колебания в притоке космической радиации. Определить степень участия этих факторов пока еще очень трудно, но можно предполагать, что существует тесная зависимость от интенсивности магнитного поля Земли, которое влияет на ионосферу, служащую барьером для солнечной радиации.
Разработка хронологии четвертичного периода — чрезвычайно сложная задача. До использования радиоизотопных методов неоднократно предлагались геохронологические шкалы, основанные на темпах накопления ритмично-слоистых осадков разного генезиса, чаще всего озерных. Сделанные на этой основе оценки продолжительности этапа развития покровных оледенений в умеренных широтах колебались от 1 млн. до 400 тыс. лет.
За последние десятилетия для изучения истории четвертичного периода широко привлекаются глубоководные донные осадки океанов. При этом детально исследовались турбулентные и донные течения, процессы оползания и переотложения рыхлых материалов. На дне океана были обнаружены выходы коренных пород, и выяснилось, что тектонический режим океанического ложа отнюдь не был таким спокойным, как полагали.
Большое внимание при изучении четвертичных осадков уделялось выявлению признаков ледниковой обработки песчаных зерен, тогда как для осадков более низких широт детально анализировалось воздействие перигляциальных процессов на строение поверхности зерен. Изменения характера поверхности зерен в разных морских обстановках — также предмет специальных исследований. Колебания температуры поверхностных вод четко проявляются и в минеральном составе донных осадков, и в насыщенности их карбонатом кальция.
Определение возраста молодых донных океанических осадков осуществляется с помощью радиоуглеродного метода, а для более древних горизонтов привлекаются другие радиоизотопные методы или проводится экстраполяция с учетом темпов осадконакопления.
Американский геохимик Ч. Эмилиани первый предложил использовать при изучении морских осадков палеотемпературный метод, основанный на определении соотношения изотопов кислорода ¹⁶О : ¹⁸О в створках фораминифер (для контроля проводятся соответствующие анализы современных образцов). Полученные данные свидетельствуют о температурах поверхностных вод во время жизни микроорганизмов. При этом предполагается, что осадконакопление происходило непрерывно и с одинаковой скоростью, так что ход изменений температуры, установленный по изотопам кислорода, является функцией времени.
Выяснилось, что при испарении воды ее молекулы, содержащие более легкий изотоп, перемещаются быстрее, чем те, которые содержат более тяжелый. Следовательно, концентрация изотопов кислорода в воде непосредственно зависит от температуры. При понижении температуры на 1° С доля изотопа ¹⁸О увеличивается на 0,02%. Во время оледенений более легкий изотоп ¹⁶О активно испарялся и включался в состав ледниковых покровов, тогда как в океанах накапливался более тяжелый изотоп ¹⁸О. Во время межледниковий талая вода, обогащенная изотопом ¹⁶О, возвращалась в океаны.
Анализ колонок донных осадков Карибского моря палеотемпературным методом ясно показал, что во время последнего материкового оледенения температура поверхностных вод понижалась на 6° С. Всего за последние 425 тыс. лет было выделено восемь крупных циклов изменений температуры (каждый цикл включал одно оледенение и одно межледниковье). Привязка к абсолютной хронологической шкале осуществлялась с помощью радиоизотопных методов: радиоуглеродного в молодой части, протактиниево-ториевого (²³¹Pa : ²⁸⁰Th) в более древней.
Для датирования вулканических пород используется калий-аргоновый метод. Полученные с его помощью результаты успешно привлекались для расшифровки летописи позднекайнозойского оледенения Антарктиды.

Рис. 8. Пыльца и споры некоторых растений умеренной зоны (рисунок М. X. Моносзон)
1 — ель обыкновенная; 2 — лещина обыкновенная; 3 — береза пушистая; 4 — дуб черешчатый; 5 — липа мелколистная; 6 — сосна обыкновенная; 7 — ольха черная; 8 — вяз гладкий; 9 — ива трехтычинковая; 10 — подорожник ланцетовидный; 11 — лисохвост луговой; 12 — полынь обыкновенная; 13 — марь белая; 14 — щитовник болотный; 15 — хвощ болотный; 16 — многоножка обыкновенная

В Европе возраст одного из древних материковых оледенений (гюнцского?) был определен в 400 — 350 тыс. лет назад, что свидетельствует в пользу относительно короткой геохронологической шкалы плейстоцена. Однако остается некоторое сомнение в правомочности полученных результатов, так как трудно точно измерить малые количества какого газообразного продукта распада, как аргон.
Методы абсолютной хронологии, основанные на применении радиоактивных изотопов, имеют неоспоримое преимущество для установления последовательности событий четвертичной истории, но есть у этих методов и свои ограничения. Прежде всего нельзя исключить вероятность различных загрязнений, попавших в анализируемые образцы. Между датированными отрезками времени остаются различные по продолжительности интервалы, особенно в эоплейстоцене, континентальные отложения которого довольно слабо изучены. Наконец, далеко не всегда находятся подходящие образцы для датирования, а сами радиоизотопные анализы дорогостоящие.
В силу вышеизложенных причин часто практикуются методы относительной геохронологии, существенно дополняющие определения абсолютного возраста. В качестве объектов исследования привлекаются костные остатки млекопитающих, раковины моллюсков, створки фораминифер и остракод, пыльца и споры растений. По этим остаткам фиксируются в основном температурные колебания, но в ряде случаев регистрируются также изменения осадков и другие показатели климатов прошлого — индикаторы условий обитания растений и животных.
Следует отметить, что имеются немалые трудности при сопоставлении данных по эволюции морских и континентальных организмов. Правда, океанологи и гидробиологи полагают, что установленную последовательность колебаний температуры морской воды можно непосредственно сопоставить с изменениями климатических условий на суше, но на самом деле эта зависимость гораздо сложнее.
Путем привязки результатов микропалеонтологических исследований морских осадков к абсолютной хронологической шкале, созданной на основе радиоуглеродных, протактиниево-ториевых и протактиниево-иониевых датировок, удалось детально проследить колебания природных обстановок за последние 175 тыс. лет. При этом в колонках с наиболее однородной текстурой осадков была выявлена постоянная скорость седиментации порядка 2,5 см в 1000 лет. Мощность всей толщи плейстоценовых отложений составляла 38 м, а продолжительность четвертичного периода — более чем 1,5 млн. лет.
Для регистрации последовательных изменений природной среды в прошлом широко используется спорово-пыльцевой анализ. Этот метод прежде всего основывается на хорошей сохранности внешних оболочек пыльцевых зерен и оболочек спор растений (рис. 8), особенно при отсутствии доступа воздуха (например, в торфе, озерных илах и глинах). Пыльца и споры производятся растениями в огромных количествах. Так, из одной сережки орешника выпадает до 14 млн. пыльцевых зерен, а из одного растения щавеля — 400 млн. Перенос пыльцы и спор осуществляется ветром, текучими водами, насекомыми, летучими мышами, птицами и даже пресноводными моллюсками. Эксперименты показали, что преобладает транспортировка этих микроскопических частиц на относительно небольшие расстояния. Поэтому «пыльцевой дождь» для конкретной территории в большинстве случаев примерно соответствует составу наземной растительности.
Пыльца и споры садятся на поверхность суши и на дно водоемов. Эти частицы очень малы (от 10 до 150 мк) и обычно бывают достаточно полно представлены даже в небольших образцах породы. Отбор образцов из геологических разрезов проводят послойно, причем большая частота отбора обеспечивает детальную информацию. В итоге спорово-пыльцевого анализа составляются диаграммы, на которых графически показано процентное содержание пыльцы и спор различных растений. Этот метод обладает высокой информативностью, во всяком случае, по сравнению с другими палеогеографическими методами.
В Англии получило распространение изучение остатков жуков, прежде всего их надкрылий, которые лучше всего сохраняются в озерных и болотных отложениях. По строению эти ископаемые формы обнаруживают сходство с современными и позволяют воссоздать условия обитания. В ряде разрезов слои с остатками жуков датированы радиоуглеродным методом, получена своеобразная летопись изменений природы. При сопоставлении с результатами спорово-пыльцевого анализа выяснилось, что благодаря высоким темпам распространения жуки быстрее реагируют на изменения температуры, чем растения. Таким путем удалось существенно дополнить представления о климатах эпохи последнего оледенения и послеледникового времени.

Рис. 9. Формирование рельефа краевой ледниковой зоны во время
подвижки ледника (вверху) и после его таяния (внизу) (По В. Шенпсу)
КМ — конечная морена; ЛГ — ледяные глыбы; ЗР — зандровая равнина;
Д — дельта; О — озеро; М — моренная равнина; ОГ — озовая гряда;
К — котловина; ОЗ — озерная равнина

Рис. 10. Палеомагнитная шкала геологического времени (слева) и изменения палеотемператур за последние 5 млн. лет (справа) (по Д. Тарлингу),

Физические свойства климата неизбежно проявляются в составе и строении поверхностных отложений (рис. 9). Само присутствие донной морены указывает на пребывание ледника. По составу крупных валунов в морене можно представить пути движения ледника и характер его воздействия на ложе. Наличие ленточных отложений свидетельствует о развитии плотинных озер, получавших сток талых ледниковых вод. Для диагностики очень холодного климата важную роль играет изучение следов многолетней мерзлоты (палеокриологический метод). Современные исследователи достаточно уверенно различают такие ископаемые мерзлотные явления, как каменные полосы и полигоны, криотурбационные смятия слоев, морозобойные клинья, полигональные грунты, термокарстовые воронки, валунные поля и солифлюкционные покровы. Большой набор интересной информации о климатических условиях прошлого дает изучение лёссов и погребенных почв. Даже гранулометрический анализ лёссов позволяет раскрыть важные особенности перигляциальных обстановок. Дополнительные сведения получают благодаря применению минералогического, геохимического и других методов.
Еще одно важное средство изучения истории четвертичного периода — анализ изменения магнитного поля Земли. Палеомагнитные исследования обнаружили ряд колебаний полярности магнитного поля Земли, и эти колебания в нескольких случаях удалось датировать с помощью калий-аргонового метода. Палеомагнитный метод широко распространен для датирования как континентальных, так и морских отложений (рис. 10). Выяснилось, что присущая настоящему времени нормальная полярность была свойственна последним 700 тыс. лет, составляющим магнитную эпоху Брюнес. Предыдущие 1,7 млн. лет с обратной полярностью относятся к эпохе Матуяма. В ее пределах выделены два коротких интервала с нормальной полярностью — Ярамилло (900 тыс. лет назад) и Олдувей (1,9 млн. лет назад). Все эти события в истории магнитного поля Земли позволяют установить важнейшие геохронологические вехи четвертичного периода.
Новейшие исследования помогли подробно проследить ход изменений полярности магнитного поля Земли и наметить довольно тесные зависимости между этими изменениями и вымиранием организмов. Синхронность подобных явлений показывает, что уменьшение полярности магнитного поля Земли перед сменой знака сопряжено с быстрым притоком космической радиации к поверхности Земли, соответственно возрастают темпы мутации, вызывающей вымирание старых и появление новых видов.
Комплекс данных по глубоководным осадкам океанов позволил выделить около 1,8 млн. лет назад начало крупного планетарного похолодания, сопоставляемого с нижней границей четвертичного периода. В это время усилилась миграция североатлантической фауны в Средиземное море, средняя температура поверхностных вод там понизилась до 20° (в настоящее время 25 — 26° С). Раннечетвертичное похолодание открыло эпоху часто повторявшихся на фоне общего ухудшения климата температурных колебаний. Амплитуда этих колебаний последовательно увеличивалась, и к началу плейстоцена (около 700 тыс. лет назад) холодные интервалы проявились особенно резко. Это послужило мощным стимулом развития материковых оледенений не только в полярных, но и в умеренных широтах.

СКОЛЬКО ОЛЕДЕНЕНИЙ БЫЛО
В ЧЕТВЕРТИЧНОМ ПЕРИОДЕ?

Концепция множественности оледенений давно завоевала широкое признание, однако вопрос о числе оледенений все еще остается дискуссионным. Долгое время считали, что в четвертичном периоде было не менее четырех крупных покровных оледенений, оставивших следы в рельефе и отложениях материков умеренной зоны северного полушария. С известной долей условности число оледенений иногда доводили до пяти.
Такая позиция основывалась на популярной модели оледенения Альп, разработанной в начале нынешнего столетия А. Пенком и Э. Брюкнером. В основу этой модели были положены материалы изучения рельефа альпийских предгорий, где широко распространены террасы, сложенные водно-ледниковыми галечниками. Каждый террасовый уровень прислонен к определенным конечным моренам, фиксирующим стационарное положение концов ледников во время одного и того же наступания. Таким путем четыре основные террасы были сопоставлены с четырьмя оледенениями; гюнц, миндель, рисс и вюрм.
Если во время оледенений происходила аккумуляция галечников, принесенных потоками талых ледниковых вод, то межледниковьям отвечали промежуточные интервалы врезания рек. Для обоснования альпийской модели привлекались, хотя и в весьма ограниченном объеме, материалы изучения межледниковых озерно-болотных осадков, преимущественно рисс-вюрмского возраста. Принципиально это мало повлияло на общую геоморфологическую ориентацию альпийской модели оледенения, которая оказала большое влияние на исследователей древнего горного оледенения.
Во всяком случае, названия альпийских оледенений и межледниковий широко применяются во многих горных странах, в том числе находящихся далеко за пределами Альп. Причина тут кроется в естественном желании исследователей располагать единым планетарным эталоном, с которым можно было бы сравнивать данные, полученные в разных районах.
В последние годы альпийская модель была усовершенствована в связи с выявлением в горах Центральной Европы в раннечетвертичное время еще двух древних оледенений — дунай и бибер. Несмотря на это усложнение, суть модели мало изменилась. Отдельные ее компоненты характеризуют формы рельефа, а не конкретные интервалы времени. Например, установлено, что накопление осадков вюрмской террасы происходило в течение длительного периода, включавшего два оледенения и два межледниковья. Врез, определивший обособление этой террасы, был обусловлен тектоникой, а не эрозией.
Другие схемы четвертичной истории в большей степени строились на учете характера самих отложений и условий их залегания. Еще в конце XIX в. гряды конечных морен на Среднеевропейской и Русской равнинах связывались с конкретными горизонтами ледниковых отложений. Особое внимание обращалось на находки межморенных морских и континентальных осадков. При исследовании их применялись методы микропалеонтологии, включая спорово-пыльцевой и диатомовый анализы, а при изучении самих морен — различные литологические методы (определение гранулометрического и минерального состава мелкозема, замеры ориентировки удлиненных обломков, анализ петрографического состава валунов и т. д.). В итоге проведенных работ удалось обосновать выделение нескольких крупных эпох материковых оледенений.

Таблица 2

Принципиальная схема сопоставления основных четвертичных оледенений

Альпы	Среднеевропейская равнина (по П. Вольдштедту)	Русская равнина (по И. П. Герасимову и К. К. Маркову)	Северная Америка (по Р. Флинту)
Вюрм	Вислинское оледенение	Валдайское оледенение	Висконсинское оледенение
	Вартинская стадия	Московская стадия
Рисс	Заальское оледенение	Днепровское оледенение	Иллинойское оледенение
Миндель	Эльстерское оледенение	Окское оледенение	Канзасское оледенение
Гюнц			Небраскское оледенение

Сопосnавление данных эпох в разных частях Европы показано в табл. 2. Следует сказать, что эта корреляция отражает лишь самые общепринятые закономерности. На самом деле существует очень много схем, сильно различающихся между собой в пределах не только одних и тех же стран, но и районов. Авторы некоторых схем стремились увеличить число древних оледенений, отвечающих гюнцскому, дунайскому и биберскому в Альпах. На других схемах оледенения, показанные в табл. 2, подразделяются на ряд самостоятельных.
Причины указанных расхождений во многом объясняются прерывистым залеганием толщи четвертичных отложений с частым выпадением отдельных горизонтов. Находки межледниковых слоев между двумя моренами встречаются довольно редко, и во многих случаях приходится полагаться на далеко не полную информацию. К этому надо добавить, что и результаты аналитических исследований не всегда бывают однозначными. Даже материалы спорово-пыльцевого анализа, которые очень часто используют как основу при датировании межледниковых отложений, не составляют в этом отношении исключения. Нередко на спорово-пыльцевых диаграммах отражается лишь небольшая и малопоказательная часть межледниковья. Могут быть и такие случаи, когда несколько разновозрастных межледниковых горизонтов обладают сходными спорово-пыльцевыми характеристиками.
В результате изучения состава и строения североамериканских моренных горизонтов и развитых на них ископаемых почв Г. Чемберленом и Ф. Левереттом была разработана модель с четырьмя оледенениями, напоминающая альпийскую. Но за последние годы она подверглась значительной модификации, особенно в связи с привлечением материалов спорово-пыльцевого анализа. Однако существенную роль в схеме играют погребенные почвы. Основным репером служит палеопочва сангамонского межледниковья — вероятного аналога европейского рисс-вюрма.
Лучше всего в Северной Америке изучена самая молодая висконсинская ледниковая эпоха. Оледенение в ту пору достигло гораздо меньшего распространения, чем в предыдущую эпоху — иллинойскую. В штате Иллинойс во время висконсинской эпохи образовалось семь моренных горизонтов, что свидетельствует о неоднократных колебаниях ледникового покрова. Американские исследователи считают, что в висконсинское время было по крайней мере два крупных этапа активизации оледенения, разделявшихся фармдейлским потеплением, которому отвечает самостоятельный горизонт погребенных почв. Сложно развивалось, вероятно, оледенение на территории Северной Америки и во время более древних эпох.
Проблема сопоставления горных и равнинных оледенений вызвала серьезные дискуссии. Среди исследователей высказывались мнения как в пользу параллелизации оледенений Русской равнины с альпийскими, так и против таковой. Несомненным представляется тот факт, что влияние классической альпийской схемы в нынешних условиях стало сдерживать развитие полигляциалистической концепции. На равнинах Европы схемы расчленения четвертичных отложений все более усложняются, а попытки ввести большее число самостоятельных оледенений встречают отрицательную реакцию, и потому приходится осуществлять привязку не к альпийским оледенениям в целом, а к их стадиям, хотя, строго говоря, далеко не всегда подобные корреляции глубоко обосновываются.
Возьмем в качестве примера наиболее простую стратиграфическую схему, предложенную для Среднеевропейской равнины. Она сводится к выделению трех самостоятельных оледенений: эльстерского, заальского и вислинского. Для современных исследователей сопоставление вислинского оледенения с альпийским вюрмом не вызывает особых возражений; корреляция рисса и минделя соответственно с заале и эльстером представляется лишь вероятной, а поиск аналога гюнца на севере Европы весьма проблематичен. Для европейской части СССР степень надежности подобных сравнений тоже резко убывает с нарастанием геологического возраста.
Широко распространенные местные схемы подразделения плейстоцена на ряд оледенений и межледниковый обычно включают также расчленение на ранний (нижний), средний и поздний (верхний) плейстоцен. Началу позднего плейстоцена на многих схемах отвечает микулинское межледниковье (рисс-вюрм), началу среднего — лихвинское межледниковье (миндель-рисс).
Не приходится сомневаться в том, что для более молодой части плейстоцена достоверность хроностратиграфических данных в целом более велика благодаря лучшей сохранности и морфологической выраженности соответствующих отложений. Это, впрочем, отнюдь не исключает расхождений во взглядах исследователей. Тем не менее для среднего и особенно раннего плейстоцена ситуация гораздо более сложна и дискуссионна, чем для позднего плейстоцена.
Еще несколько лет назад, подводя итоги дискуссии по стратиграфии нижнего плейстоцена, советский исследователь Н. И. Кригер отмечал, что пока можно считать доказанным существование следов только одного окского оледенения, но оговаривал вероятность выделения двух или даже трех доднепровских оледенений. В самые последние годы появились фактические аргументы для обособления трех самостоятельных оледенений в нижнем плейстоцене.
Наиболее убедительна аргументация литовских исследователей, располагавших многочисленными литологическими и палеоботаническими данными. Стратиграфическая схема нижнего плейстоцена Литвы предусматривает выделение первого, дзукийского и дайнавского оледенений, что хорошо коррелируется с новейшими западноевропейскими схемами, в частности с данными о многочленности кромерского комплекса. Эти представления увязываются и с полигляциалистической концепцией С. А. Яковлева, который признавал древнейшее ледниковье, I и II древнеледниковья, считая последнее аналогом окского оледенения.
Заметим, что типичные морены раннего плейстоцена представлены только в дзукийоком и дайнавском горизонтах, тогда как область развития более раннего оледенения, условно названного первым, была невелика и, по-видимому, не охватывала территорию Литвы. Дзукийское и дайнавское оледенения характеризовались гораздо большими масштабами и проникали даже на территорию Белоруссии, где их аналогами, вероятно, были варяжское и березинское оледенения.
Проблема стратиграфического расчленения среднего плейстоцена имеет исключительно важное значение. Несмотря на немалые достижения в изучении этого этапа, приходится согласиться с мнением Л. Н. Вознячука, что наши знания еще недостаточны для понимания процессов, отразивших воздействие среднеплейстоценового оледенения на развитие природы Русской равнины.
Главное внимание исследователей акцентировалось на анализе отложений одинцовского (рославльского) времени, поскольку от этого зависит признание самостоятельности московского оледенения. Многолетняя дискуссия по этому вопросу все еще не завершена, и наряду с достаточно обоснованным мнением о двух среднеплейстоценовых оледенениях (днепровском и московском) развиваются представления о том, что московское оледенение было лишь одной из стадий убывания днепровского оледенения.
Упомянутая дискуссия заслоняет другую не менее важную и спорную проблему истории днепровского оледенения. Ввиду ограниченности фактической информации нельзя с уверенностью отстаивать синхронный характер границы этого оледенения на равнинах Европы. Не достигнуто ясности в выделении стадий днепровского оледенения, особенно в период его наибольшего распространения. Недостаточно объясненными с позиций динамической гляциологии остаются и условия формирования гигантских ледниковых лопастей — Днепровской и Донской, разделявшихся неледниковым барьером Среднерусской возвышенности. А. А. Величко с соавторами представил факты, свидетельствующие о разновозрастности упомянутых лопастей: Донская лопасть образовалась во время окского оледенения, а Днепровская — во время днепровского.
Сложная история позднего плейстоцена, наиболее обеспеченная разносторонней документацией, заслуживает самостоятельного изложения. Все исследователи считают, что началу позднего плейстоцена соответствует микулинское межледниковье Русской равнины и эмское межледниковье Западной Европы, сопоставляемое о рисс-вюрмом в Альпах. Благодаря четкой стратиграфической выраженности и насыщенности органическими остатками эти межледниковые отложения обычно составляют основу при межрегиональных корреляциях (рис. 11).

Рис. 11. Пространственно-временные соотношения оледенений и
межледниковнй позднего плейстоцена на севере Европы
Точками показаны межледниковые периоды,
штриховкой — развитие оледенения

Различные представления по истории послемикулинского времени (валдая, или вюрма) можно объединить в две группы. Одни исследователи признают единое оледенение огромной длительности с наибольшим распространением ледникового покрова в конце валдая. Другая позиция, которой придерживается и автор книги, отражает наличие двух оледенений. Она находит подтверждение в хроностратиграфии межморенных осадков, лёссов и погребенных почв. Убедительные аргументы в пользу этой концепции были представлены исследователями морской геологии, геоморфологии побережий, осадконакопления в пещерах и т. д.
Оледенения позднего плейстоцена — ранне- и поздневалдайское разделялись более теплым периодом, продолжавшимся не менее 25 тыс. лет. В составе этого периода была выделена оптимальная часть — карукюлаское меж-ледниковье (50 — 40 тыс. лет), прохладный соминский интервал (40 — 32 тыс. лет), кемпинское похолодание (32 — 29 тыс. лет) и теплый брянский интервал (29 — 25 тыс. лет назад).
Карукюлаское межледниковье получило свое название от хутора Карукюла на юго-западе Эстонской ССР, близ г. Килинги-Нымме. Здесь при бурении в глубокой древней долине была обнаружена толща ледниковых отложений — морен разного состава, переслаивающихся с песками. Под плотной верхней мореной в шурфах были вскрыты спрессованные слои торфа и озерных осадков с многочисленными стволами и ветками деревьев. Неоднократное датирование ископаемой древесины и торфа по ¹⁴С позволило установить возраст в интервале 50 — 40 тыс. лет назад. Тщательное исследование растительных остатков, включая пыльцу и споры, показало, что озерные и болотные отложения района Карукюла образовались в природной обстановке современного типа. Отсюда появились основания для выделения карукюлаского межледниковья — крупного неледникового интервала в истории Русской равнины.
Сходные данные были получены и в других районах этой равнины. Тем не менее для окончательного доказательства межледниковья 50 — 40 тыс. лет назад необходимо было проверить одно существенное условие: исчезали ли полностью ледниковые покровы не только на периферии, но и в центре области древнего оледенения Европы (рис. 12).
В последние годы были проведены тщательные исследования в северных районах Скандинавии, Финляндии и на Кольском полуострове, где, согласно геологическим представлениям, располагалась центральная часть Европейского ледникового покрова, оставившего верхнюю морену.
Под этой мореной были найдены морские и континентальные отложения, возраст которых радиоуглеродным методом был определен в 50 — 40 тыс. лет назад. Эти отложения накапливались во время произрастания редкостойной северной тайги и березового криволесья, которые и в настоящее время распространены в этих районах. Таким образом, природные условия в эпоху рассматриваемого межледниковья были сходны с современными, но резко отличались в период образования верхней морены, когда север Европы был скован ледниковым покровом.
По окончании карукюлаского межледниковья, 40 — 25 тыс. лет назад, Европейский ледниковый покров еще не существовал. Этот длительный интервал характеризовался неоднократными колебаниями климата, в целом менее благоприятными по сравнению с современными и межледниковыми условиями. В средней полосе Русской равнины в то время были широко распространены хвойные леса с елью и сосной, местами с примесью березы и ольхи, а на широте Москвы изредка встречались даже широколиственные деревья. Во время непродолжительных похолоданий более теплолюбивые растения и животные устремлялись к югу и в рассматриваемой полосе доминировали таежные ландшафты.
Принимая во внимание геологические и микропалеонтологические данные, можно сделать заключение, что разрастание горных ледников в Скандинавии, несомненно, началось еще в соминское время (40 — 32 тыс. лет назад). Ориентируясь на модель развития горного оледенения, предложенную М. В. Троновым, можно наметить определенную последовательность событий того времени: закрытие склонов гор снежно-фирновыми полями, заполнение каров, образование ледниковых языков, слияние этих языков, подпруживание масс льда и нарастание их мощности, формирование крупных долинных ледников, а затем и сложных ледников дендритового типа. К концу фазы сетчатого оледенения все долины были заполнены льдом и над ними возвышались только гребни боковых хребтов. К этой картине, вероятно, следует добавить появление ледяных шапок на плоских возвышенных участках. Ледники, занявшие территорию Скандинавского нагорья, на западе и северо-западе имели сток к Атлантическому океану, и там на уровне гидростатического равновесия происходил откол айсбергов.

Рис. 12. Распространение покровных оледенений на севере Европы в позднечетвертичное время (по М. Г. Гросвальду и Л. Р. Серебрянному)
Площадь распространения материковых ледниковых покровов во время; 1 — ранневалдайского оледенения; 2 — поздневалдайского оледенения; 3 — стадии сальпаусселькя; 4 — современные ледники; 5 — площадь развития мощных многолетних морских льдов во время оледенений

Развитие оледенения в горных странах осуществлялось на фоне климатических колебаний разной направленности и амплитуды. Резко выраженная волна похолодания в кемпинское время (32 – 29 тыс. лет назад) сопровождалась активизацией ледниковых процессов. Одновременно на равнинах средней полосы Европы расширилась площадь распространения сезонного снежного покрова и возросла длительность его пребывания. В отдельных местностях на поверхности возникли мерзлотные явления типа морозобойных клиньев. Вместе с тем, судя по палеоботаническим данным, указывающим на произрастание лесов, летние температуры воздуха все еще оставались достаточно высокими.
Не исключено, что в кемпинское время горные ледники могли разрастаться настолько, что выходили в предгорья, формируя крупные ледники подножий. Эти ледники сливались между собой и распространялись на возвышенности Северной Скандинавии.
Во время брянского потепления (29 — 25 тыс. лет назад) темпы наступания ледников замедлились и. вероятно, на какой-то период установилось более или менее стационарное положение их концов. Небольшое понижение средней летней температуры воздуха могло быть причиной быстрого растекания ледникового покрова. Возраст такого перелома, с которого началось разрастание Европейского ледникового покрова, примерно оценивается в 25 тыс. лет назад. В это время очаги горного оледенения стали играть подчиненную роль по сравнению с сильно увеличившимся ледниковым щитом.
В ходе этого процесса наряду с внешним воздействием (общее похолодание климата) произошли изменения в системе атмосферной циркуляции — постепенно уменьшалась роль влагонесущих потоков воздуха с запада (возможно, в связи с ослаблением действия Гольфстрима под влиянием возросшего откола айсбергов), и в питании ледникового щита стали активно участвовать средиземноморские циклоны. Эти воздушные потоки во многом определяли баланс массы и интенсивное рельефообразующее воздействие ледникового покрова на Русской равнине. В то же время, как справедливо отмечал Г. Хоппе, на севере и северо-западе ледникового щита мог ощущаться дефицит питания.
Еще около 25 тыс. лет назад, когда ледниковый покров занимал значительную часть Фенноскандии, его мощность сильно увеличилась и подстилающая поверхность оказывала относительно небольшое влияние на движение льда, определявшееся главным образом вязкопластичным растеканием. Заметим, что сток льда осуществлялся не только в сторону Русской и Среднеевропейской равнин, но и к западу, в сторону Атлантики. В этом отношении Скандинавское нагорье перестало быть серьезным препятствием, поскольку оно было в значительной части перекрыто льдом, над которым возвышались лишь отдельные гребни и вершины. На выровненных участках нагорья нивально-ледниковая денудация способствовала срезанию ледораздельных массивов, однако оледенение Скандинавского нагорья, строго говоря, не было покровным и, вероятно, там господствовали условия, существующие теперь в горах северо-восточной Гренландии.
Максимальное распространение последнего ледникового покрова на равнинах средней полосы Европы было относительно непродолжительным. Кульминация произошла около 17 — 16 тыс. лет назад, когда ледник достиг высот Балтийской гряды и Валдайской возвышенности, а затем началась общая быстрая деградация оледенения. Сокращение мощности ледникового покрова, по-видимому, сопровождалось образованием периферических участков мертвого льда, подобно тому, как это наблюдается у краев крупных современных ледников Исландии и Шпицбергена. Преобразование активного льда в мертвый определялось трещинами, на ледниковыми ложбинами стока, мореносодержанием льда и, конечно, характером подстилающей поверхности. Вместе с тем на обширных участках краевой зоны, видимо, в условиях менее быстрой деградации формировался рельеф моренных гряд с ледяными ядрами.
Эти два типа деградации покровного оледенения — ареальный и фронтальный — достаточно хорошо изучены. Во время деградации Европейского ледникового покрова в начале преимущественно сокращалась его площадь и преобладало фронтальное отступание. Примерно 13 — 10 тыс. лет назад резко усилилось снижение поверхности ледникового покрова, сопровождавшееся соответствующим уменьшением объема, и в это время повысилась роль ареальной деградации. Только в теплое аллерёдское время (12 — 11 тыс. лет назад) Европейский ледниковый покров потерял более половины своего максимального объема. К концу аллерёда территория Русской равнины полностью освободилась от ледникового покрова.
Кратковременное похолодание и наступание льдов во время стадии сальпаусселькя (10,8 — 10,2 тыс. лет назад) были заключительными аккордами в истории последнего материкового оледенения Европы. В это время возник массивный пояс краевых ледниковых образований вдоль берегов Норвегии, в Средней Швеции, в Южной Финляндии и Центральной Карелии. По окончании стадии сальпаусселькя на территории Северной Скандинавии быстро расширялись свободные от льда площади. Отмирание остатков Европейского ледникового покрова завершилось 9 — 8 тыс. лет назад.
Подведем теперь итоги и переведем возрастные показатели из абсолютных (полученных радиоуглеродным методом) в относительные. Картина динамики последнего оледенения на севере Европы представится тогда в следующем виде.
Во время межледниковья, продолжавшегося не менее 10 тыс. лет, в горах Скандинавии ледники занимали примерно такую же площадь, как и в настоящее время. Следующий более длительный период (не менее 15 тыс. лет), названный предледниковым, характеризовался активизацией горного оледенения. Примерно в середине этого периода был короткий холодный интервал, когда ледники распространялись за пределы гор на окружающие плато и возвышенности. Как показало изучение штриховки, оставленной льдом на скальных породах, главный ледораздел тогда находился в области Скандинавского нагорья и примерно совпадал с нынешним главным водоразделом. Западнее этого рубежа ледники спускались к побережью Атлантического океана, а восточнее — в сторону Ботнического залива.
Период развития материкового оледенения продолжался всего 17 тыс. лет, из них примерно половина приходилась на этап наступания и половина — на этап убывания. Лучше всего изучен этап убывания, так как следы его четко фиксируются в строении рельефа и составе поверхностных отложений. По сути дела, в скульптуре рельефа северных районов Европы запечатлена полная последовательность деградации ледникового покрова с неоднократными колебаниями его края.
Об этапе наступания ледников мы располагаем разрозненной информацией, поскольку отложения того времени погребены под более молодыми, относящимися к эпохе деградации. Вполне вероятно, что сделанные нами оценки в ходе будущих исследований удастся уточнить, однако вряд ли особенно существенно. Конечно, нельзя исключить возможность, что самые ранние стадии формирования ледникового покрова имеют возраст, немного превышающий 25 тыс. лет назад, и в крайнем случае могли относиться к холодному интервалу — 32 — 29 тыс. лет назад. Однако это лишь предположение, пока не подкрепленное геологическими фактами, хотя оно и отвечает гляциологическим моделям, согласно которым этап разрастания ледникового покрова был по меньшей мере вдвое больше этапа его убывания.
Чтобы представить значение этих цифровых величин, обратимся к реконструированной модели последнего Европейского ледникового покрова. Во время своего максимального развития он распространялся не только на северные районы Европы, но и на крайний север Сибири, арктические острова (Колгуев, Новая Земля, Земля Франца-Иосифа и др.) и окружающие мелководные моря (Балтийское, Северное, Белое, Баренцево и др.). Высота ледникового покрова местами достигала 3 км, а его общая площадь лишь вдвое уступала современной Антарктиде.
Немногим более 10,5 тыс. лет назад край этого гигантского ледника располагался на высотах Валдая, около 10 тыс. лет назад отступил в район Финского залива, а еще через 2 тыс. лет растаял у подножия Скандинавского нагорья. По сравнению с прежними представлениями история покровного оледенения Европы оказалась несравненно более динамичной и насыщенной разнообразными событиями.

ОЛЕДЕНЕНИЕ ГОРНЫХ СТРАН

В последние годы получены новые данные по истории древнего оледенения в горных странах. В частности, довольно большой объем информации накоплен по Альпийской области, где детальные исследования ледниковых отложений и связанных с ними форм рельефа проводятся с конца XIX в. Именно на этой территории зародилась концепция вюрмского оледенения — последнего в плейстоценовой истории Альп (рис. 13), во время которого только крутые скальные вершины и гребни гор поднимались над поверхностью льда, а в предгорных областях ледники подножий сливались между собой.

Рис. 13. Распространение оледенений в Альпийской области (по А. Пенку и Э. Врюкнеру)
1 — в вюрме; 2 — в риссе; 3 — в минделе

В условиях этой эталонной горноледниковой области вряд ли приходилось надеяться на благоприятные шансы для выяснения хода развития оледенения в прошлом. Ведь разрушительное воздействие ледников наиболее интенсивно проявляется именно в горах. Тем не менее тщательные поиски подходящих объектов для детальных исследований, и в частности для радиоуглеродного датирования, увенчались успехом. В целом ряде разрезов под верхней мореной, отнесенной к вюрму, были вскрыты пресноводные и болотные осадки, нередко с обломками древесины, накоплявшиеся скорее всего во время сокращения площади оледенения в Альпах.
В свете радиоуглеродных определений возраста интервал, предшествовавший последнему оледенению, оказался весьма продолжительным. Самые молодые датировки образцов, взятых под верхней мореной, имели значения порядка 25 тыс., а самые древние — 44 — 40 тыс. лет назад. В последнем случае вмещающие отложения содержали остатки теплолюбивых растений, что дало повод австрийскому палеоботанику А. Фрицу выделить самостоятельное межледниковье — низелахское.

Рис. 14. Гистограммы радиоуглеродных датировок четвертичных отложений Средней Европы (по М. Гайху)
а — древесина и торф из внеальпийских районов; б — сталагмиты из пещер
Альп; штриховкой выделены данные по южному макросклону

Даже в центральной части Альпийской области, близ г. Инсбрука, в долине р. Инн, под мореной вскрываются слоистые осадки древнего озера с остатками рыб, листьями ивы, ветками сосны, облепихи и зеленой ольхи. Древесные остатки подвергались радиоуглеродному анализу; возраст большой серии образцов составил 32 — 25 тыс. лет назад. В то время район Инсбрука был свободен от льдов и занят пресноводным озером. Температурные условия были менее благоприятны; выражено похолодание между 32 и 29 тыс. лет назад. Судя по результатам определения дейтерия в ископаемых растительных остатках, температуры 32 — 29 тыс. лет назад были на 4 — 5° ниже современных. Датирование древесины из надморенных отложений показало, что льды покинули рассматриваемую территорию около 11 тыс. лет назад.
Руководитель этих исследований австрийский географ Ф. Флири первый отметил, что диапазон классического вюрмского оледенения Альп и последнего материкового оледенения на севере Европы практически приходился на один и тот же интервал времени (рис. 14), хотя нельзя исключить, что максимумы этих оледенений не были вполне синхронными. Предвюрмский период характеризовался сокращением размеров горного оледенения, особенно во время низелахского межледниковья.
Таким образом, исследования подморенных и надморенных отложений в Альпах с широким применением радиоуглеродного датирования позволили выявить те же основные вехи эволюции оледенения, что и на севере Европы: межледниковье (свыше 40 тыс. лет назад) — длительное предледниковье (40 — 25 тыс. лет назад с более холодным интервалом около 32 — 29 тыс. лет назад) — основной период последнего оледенения (25 — 11 тыс. лет назад в центральной части Альп).
Следует отметить, что различные компоненты приведенной хронологической схемы были установлены не только в Австрийских, но также в Швейцарских, Французских и Итальянских Альпах. Наиболее любопытное и совершенно независимое подтверждение поступило в результате радиоуглеродного анализа натечных образований из альпийских пещер. Установлено, что в период наибольшего развития оледенения рост этих отложений прерывался. В послеледниковое время темпы накопления сталагмитов достигали 20 — 50 мм в столетие, а 35 — 22 тыс. лет назад в среднем были меньше. Можно предполагать, что в условиях прохладного и влажного климата предледниковья на склонах гор был развит сомкнутый покров мхов и лишайников, ограничивавший просачивание углекислоты. Правда, в отдельные фазы этот процесс, видимо, интенсифицировался, о чем можно судить по ускоренному росту сталагмитов.
Детальное изучение результатов радиоуглеродного датирования материалов из пещер разных частей Альп позволяет заметить некоторые территориальные закономерности в развитии климата и оледенения. Так, например, если в начале вюрма на севере этой горной страны рост сталагмитов прекратился около 18 тыс. лет назад, то на юге — около 14 тыс. лет назад.
Можно предполагать, что во время максимальной активизации ледниковых процессов основная масса льда концентрировалась в центре горной страны и в ее северном предгорном обрамлении, тогда как на юге еще сохранялись участки, свободные от льда и не скованные многолетней мерзлотой. По мере сокращения площади оледенения масса льда смещалась из предгорий в сторону гор, где, кроме того, активизировались процессы промерзания горных пород.
Сходные особенности можно отметить и для Скандинавского нагорья. Во время нарастания ледникового покрова в горах были участки, свободные от льда, где даже водились такие крупные травоядные животные, как мамонты (их остатки в центре Южной Норвегии были датированы 24 — 19 тыс. лет назад). Зато во время максимального распространения ледникового покрова и начальных этапов его таяния, по-видимому, Скандинавское нагорье было почти сплошь сковано льдом.
Применение радиоуглеродного метода открыло путь для пространственного сопоставления событий ледниковой истории в разных частях света. В итоге этих корреляций обнаружилась весьма сходная картина крупных изменений в динамике оледенения в позднем плейстоцене. И в Сибири, и в Северной Америке, и в Новой Зеландии была установлена та же последовательность, что и в Европе, причем расхождения в оценках возраста оказались невелики. Это замечательное сходство радиоуглеродных датировок из взаимно отдаленных районов служит веским доказательством тесных связей между солнечной активностью и процессами, протекающими в земной атмосфере и гидросфере.
Заключение о дробности оледенения, подтвержденное для позднего плейстоцена, вполне согласуется и с итогами изучения позднекайнозойской истории по морским осадкам. В целом данные морской геологии убедительно свидетельствуют о необходимости увеличения числа оледенений. Всего в глубоководных океанических осадках запечатлены следы 16 или даже 20 циклов, каждый из которых включал одно оледенение и одно межледниковье. Продолжительность каждого цикла в осадках древнее 500 тыс. лет составляла примерно 100 тыс. лет, а в более молодых осадках — 50 тыс. лет.

Рис. 15. Кривая солнечной радиации за последние 600 тыс. лет для 55° с. ш.
в пересчете на изменения высоты снеговой линии (по М. Миланковичу).

Для сравнения на нижнем графике показано развитие оледенений в Европе

Новые фактические данные, установленные по морским осадкам, как будто подкрепляют мнение югославского ученого М. Миланковича. Еще в 1914 г. этот исследователь астрономо-математическим методом обосновал периодичность оледенений в связи с изменениями наклона оси Земли по отношению к плоскости эклиптики (сходные идеи еще раньше высказывались русским географом A. И. Воейковым). В 1930 г. М. Миланкович вместе с B. Кёппеном сделал важное заключение: развитию оледенений при прочих равных условиях благоприятствует не холодная зима с малым поступлением твердых осадков, а холодное лето, влияющее на сохранение снегозапасов. М. Миланкович вычислил вековой ход летних сумм солнечной радиации в течение четвертичного периода.
Расчеты М. Миланковича, впоследствии несколько уточненные и подтвержденные новейшими методами, включая радиоизотопные, свидетельствуют, что в каждом из оледенений альпийской схемы можно выделить несколько крупных похолоданий (рис. 15). Например, в вюрме — три с максимумами около 115 тыс., 75 тыс. и 25 тыс., в риссе — два с максимумами около 230 тыс. и 175 тыс. лет назад. Эта детальная возрастная шкала неоднократно использовалась в практике изучения четвертичного периода.

---

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