Главная > Разное > Эволюция атмосферы, биосферы и климата
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 7. Механизмы ледниковых эпох

Предпоследняя часть работы В. А. Костицына посвящена анализу причин и механизмов, порождающих оледенения, а следовательно, и катастрофические изменения условий обитания человека. Вопрос этот имеет не только познавательное значение. Окончание последнего ледникового периода почти на памяти человечества. А переход от максимума голоцена к малому ледниковому периоду произошел всего лишь сотни лет тому назад. Быстрое наступление ледников в Гренландии и резкое похолодание

климата в северо-восточной части Американского континента изменило всю историю освоения Америки. Если бы сохранились климатические условия, Которые были в период освоения скандинавами Исландии и Гренландии, если бы Гренландия продолжала оправдывать свое название зеленой страны, то именно она сделалась бы базой для колонизации Америкой. И экспедиции в виноградную страну (Винланд) не были бы случайным эпизодом, который сохранила память человечества лишь в исландских сагах.

Но в средние века надвинулись льды, плавание в Северной Атлантике стало трудным. Исландия оказывалась порой надолго отрезанной от Европы морскими льдами. Что же касается Гренландии, то только отступление ледника в XX веке обнажило остатки европейских поселений. Они были покинуты обитателями, о судьбе которых нам ничего не известно. Вернулись ли они в Исландию или погибли в неравной борьбе с природой и жителями полярной Америки, лучше приспособленными к невзгодам арктического климата, — этого мы, вероятно, никогда не узнаем.

Ледниковые эпохи обладают удивительной периодичностью и, кто знает, не находимся ли мы уже в конце затянувшегося межледниковья? И, может быть, активная деятельность человека способна оттянуть начало нового оледенения или, наоборот, приблизить его. Одним словом, проблема оледенения — это проблема вполне современная, представляющая не только теоретический интерес. Поэтому объяснение оледенений, вскрытие механизмов, их определяющих, уже давно привлекают внимание исследователей. В начале XX века наиболее популярней теорией образования ледников была теория, выдвинутая С. Аррениусом. Он связывал процесс оледенения с горообразованием и тектонической деятельностью. Существовало и много других попыток объяснить феномен ледниковых эпох. Но, по-видимому, В. А. Костицын был первым, кто отчетливо понял, что причины оледенения — это результат действия целого ряда разнообразных механизмов. Он убедительно показал, что гипотеза С. Аррениуса вряд ли может рассматриваться в качестве серьезного обоснования причин больших оледенений. В самом деле, периоды интенсивного горообразования и большие оледенения разнесены по времени на многие миллионы лет. Одновременно В. А. Костицын сделал очень важное замечание о том, что пермо-карбоновые оледенения в

Южном полушарии наблюдались в то же время, когда в Северном полушарии отмечался аридный климат. Отсюда следует его основной вывод о том, что в процессах оледенения большую роль могут играть локальные механизмы, один из которых им и рассматривается в предлагаемой работе. Замечания о пермо-карбоновых оледенениях могли, наверное, навести его и на другие выводы. Однако они были сделаны лишь через 40 лет другим советским исследователем, В. Я. Сергиным. Но об этом ниже.

Одна из загадочных особенностей оледенений четвертичного периода — их периодичность. И, следовательно, необходимо, чтобы среди механизмов, вызывающих оледенение, существовали механизмы, порождающие периодические процессы. В. А. Костицын предполагал существование одного из таких механизмов. Это чисто локальный механизм типа пружинного маятника. Конечно, такой механизм способен породить колебательный режим, и это убедительно демонстрируется В. А. Костицыным.

Система его уравнений существенно нелинейна и, кроме колебательных режимов, допускает и режимы апериодические. Читатель видел, какой сложности режимы релаксационного типа допускаются этой системой уравнений. Расчеты автора показывают, что по порядку величин периоды оледенений Северной Европы совпадают с периодами, рассчитанными для колебаний Скандинавской платформы под действием льда, образующегося на ее поверхности. Другими словами, механизм вертикальных движений материковых платформ нельзя не учитывать при анализе процессов локального оледенения: они четко коррелированы с периодическим наступлением и отступлением ледников.

Но этот механизм, основанный на упругих свойствах среды, в которую погружены континентальные плиты, не единственный из механизмов, порождающих периодические процессы оледенения. Подробный анализ еще одного такого механизма в рамках нульмерной модели был рассмотрен братьями В. Я. и С. Я. Сергиными в семидесятых годах нашего столетия.

Эти работы ныне получили мировое признание и являются, вероятно, первым примером последовательного Применения современных методов системного анализа к изучению такого сложного явления, каким является оледенение планеты. В основе исследования Сергиных лежит тщательно построенная схема причинных связей. Они учитывают всю сложную структуру преобразования энергии

Солнца, поступающей в атмосферу и нагревающей подстилающую поверхность, структуру процесса образования и таяния льда, зависимость этих процессов от степени влажности атмосферы, балла облачности, а также многое другое. Авторы проделали огромную работу по параметризации этих связей. Ими была получена некоторая система обыкновенных дифференциальных уравнений, которая сначала была подвергнута анализу на аналоговых устройствах, а затем для нее был разработан метод численного решения.

Оказалось, что система уравнений В. Я. и С. Я. Сергиных так же, как и уравнения В. А. Костицына, допускает периодические решения. Заметим, что упругие свойства мантии Земли ими не учитывались. Колебательный характер оледенений вызывался механизмом другого типа.

Представим себе, что некоторая часть материков оказалась ледником. Вследствие этого увеличилось альбедо Земной поверхности: Земля стала отражать большее количество солнечного излучения. Это означает, что количество тепла, которое получает Земля, уменьшилась и средняя температура планеты, а следовательно, условия для увеличения ледников оказались более благоприятными — оледенение начнет расширяться. Это вызывает дальнейшее увеличение альбедо, что в свою очередь приводит к уменьшению средней температуры и т. д.

Но увеличение площади ледников включает еще один важный механизм. Вместе с увеличением площади льда, как мы видели, уменьшается и средняя температура. Следствия этого факта не однозначны. Создавая более благоприятные условия для образования льда, понижение температуры одновременно уменьшает испарение с поверхности океана. К этому надо еще добавить, что увеличение ледников понижает уровень мирового океана, уменьшая тем самым его площадь, что тоже сказывается отрицательно на количестве влаги, поступающей в атмосферу. Одним словом, оледенение приводит к засушливости климата. Но в условиях засушливого климата зимой выпадает относительно небольшое количество осадков. И несмотря на то, что лето становится холоднее, количество солнечных дней из-за засушливости климата увеличивается. В результате при Достаточно высокой степени засушливости баланс влаги в ледниках даже в условиях низких температур может оказаться отрицательным: ледники начнут уменьшаться, Земля вступит в новый межледниковый период. И заметим, что этот период начинается при

самых суровых климатических условиях, когда ледники окружают холодные арктические пустыни. Подтверждение этому — известные факты: в горах Монголии, на плоскогорьях Тибета практически нет ледников, хотя они расположены гораздо выше снежного Монблана.

Итак, как же развивается процесс межледникового периода? Вместе с отступлением ледников начинает уменьшаться альбедо и, следовательно, начинает расти средняя температура планеты.

В этот межледниковый период таяние ледников приведет к увеличению площади мирового океана. А поскольку одновременно будет расти средняя температура, то начнет расти количество воды, испаряющейся в атмосферу. Значит, начнет возрастать и влажность климата. В течение зимы станет выпадать все больше осадков, а лето из-за большой влажности климата станет более пасмурным. Поэтому, несмотря на то, что средние температуры относительно высоки, количество снега, растаявшего за лето, может оказаться меньше, чем его выпало зимой. В этот момент ледники снова начнут наступать. Межледниковый период кончился, процесс оледенения снова начал набирать силу.

Вот примерная и очень грубая схема того механизма, который был изучен В. Я. и С. Я. Сергиными. Я привел Схему периодического цикла. Но процесс может носить и апериодический характер: все зависит от соотношения тех геофизических параметров, которые определяют процесс оледенения. Периодический цикл характерен для Северного полушария. Оледенение Антарктиды носит апериодический характер: баланс антарктического льда всегда положителен. Количество осадков, выпадающих за зиму, гораздо больше того, что успевает стаять за короткое холодное и влажное лето. Антарктида теряет свой лед практически только за счет откалывания айсбергов. Количество льда южного континента продолжает и сегодня непрерывно увеличиваться; по-видимому, оно еще не достигло своего равновесия. Антарктида — это грандиозный насос, выкачивающий пресную воду из мирового океана. Он все время работает на понижение его уровня.

Интересно заметить, что подобная ситуация была далеко не всегда. Около 35 млн. лет тому назад в олигоцене Антарктида не была еще ледниковым континентом. Конечно, там были ледники, особенно в горах, которые в то время достигали, вероятно, очень больших высот (5000-6000 м). Но сплошного ледяного панциря в те

времена еще не было. Антарктида оставалась архипелагом и содержала большие пространства суши, не заполненные льдом. И, вероятно, тогда там жили не только пингвины. Что же произошло с Антрактидой? Почему там образовался сплошной ледяной массив? На это отвечают обычно так. В конце олигоцена (28—30 млн. лет тому назад) произошло постепенное опускание Тасманийского поднятия, а в Западном полушарии образовался пролив Дрейка. В результате сформировалось круговое Антарктическое, как его называют, Циркумполярное течение. Последствия этого факта были для Антарктиды катастрофическими. Уже в начале следующего периода (в миоцене) отдельные ледяные «лишаи» слились в единый ледяной материк.

История оледенения Антарктиды — это наглядная иллюстрация действия обоих механизмов, изученных В. А. Костицыным и В. Я. и С. Я. Сергиными. В самом деле, начавшийся еще в олигоцене медленный процесс оледенения антарктического архипелага включил в действие механизм, описанный В. А. Костицыным: Южнополярная континентальная платформа начала постепенно погружаться в мантию. Этот процесс вызвал дальнейшее увеличение мощности ледяного покрова. Вместе с погружением собственно антарктических земель происходило и погружение прилегающих районов мирового океана. Оно коснулось, конечно, и Тасманийского поднятия и того участка дна океана, который сейчас называется проливом Дрейка. Если бы Антарктида не омывалась со всех сторон мировым океаном, то, наверное, период опускания антарктической глыбы сменился бы периодом ее поднятия. Но, вследствие вращения Земли и результата этого вращения — западного переноса — возникло Циркумполярное течение ему больше не мешали глубины прибрежных морей. Это течение полностью отрезало Антрактиду от мирового океана. Теплые течения, зарождающиеся в экваториальной зоне, перестали омывать берега южного архипелага. Вокруг Антарктиды в летнее время непрерывной чередой стали проходить циклоны. Небо почти не видело солнца. Вступил в действие механизм, описанный Сергиными.

Заметим, что рост антарктического ледника непрерывно повышает аридность климата и его влияние сказывается

на климате всего земного шара и, прежде всего, субтропических областей Австралии и Африки.

Я обратил внимание читателя на то, что В. А, Костицын в своей работе обсудил некоторые особенности палеоклимата. Это ему понадобилось для критического анализа гипотезы Аррениуса. Он заметил, что пермо-карбоновое оледенение Южного полушария (Южная Америка, Африка и Новая Зеландия) привело к значительному повышению аридности климата Северного полушария. По существу, этого факта было уже достаточно, чтобы перейти к рассмотрению механизмов, связанных процессом влагообразования, без понимания которого, в свою очередь, не может быть достаточно полно объяснен процесс оледенения. Впервые зто сделали В. Я. и С. Я. Сергины.

Проблема ледниковых периодов еще долго будет оставаться в сфере интересов естествоиспытателей: она действительно сложна. На характер климата, а следовательно, и Оледенений Оказывают, конечно, большое влияние и космические факторы, такие как колебания земной оси, изменение величины солнечной постоянной и, наверное, многое другое. Но первостепенное значение имеют и локальные причины. И первым на это указал В. А. Костицын. Изучение локальных механизмов особенно важно теперь, когда роль антропогенных факторов непрерывно растет. Вот почему та страница истории естествознания, которой принадлежит деятельность В. А. Костицына, уже относится к теории ноосферы.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление