Мир путешествий и приключений - сайт для нормальных людей, не до конца испорченных цивилизацией

| планета | новости | погода | ориентирование | передвижение | стоянка | питание | снаряжение | экстремальные ситуации | охота | рыбалка
| медицина | города и страны | по России | форум | фото | книги | каталог | почта | марштуры и туры | турфирмы | поиск | на главную |


OUTDOORS.RU - портал в Мир путешествий и приключений

На суше и на море 1965(6)


Земная пыль и оледенения

Четвертичный период — последний миллион лет жизни Земли. Миллион лет, насыщенный разнообразными и бурными событиями. Колебания климата, оледенения, грандиозные переселения растительного и животного мира, появление новых видов растений, животных и человека, появление загадочных толщ горных пород (лёссов) — основные, но далеко не все проблемы, поставленные четвертичной историей Земли перед естественными науками. Уже больше ста лет решаются эти проблемы...

Может быть, разгадку надо искать в прошлом? За несколько миллионов лет до четвертичного периода в результате тектонических поднятий размеры материков достигли максимума. На суше господствовал теплый, засушливый климат. В умеренных широтах Европы и Азии обитали гиппарионы (предки лошади), слоны, страусы, жирафы. На арктических островах шумели широколиственные леса. Но вот началось похолодание, и следом за ним развилось оледенение. А потом еще несколько раз повторялись ледниково-межледниковые циклы.

Казалось, что никакие естественные земные причины не могли вызвать оледенений, и долгое время их стремились объяснить прохождением Земли сквозь пылевую туманность, изменением эксцентриситета и оси вращения Земли, непостоянством радиации Солнца, катастрофическими извержениями вулканов и другими феноменальными причинами.

В последние десятилетия ученые все большее внимание уделяли охлаждающему влиянию поднятия суши, особенностям атмосферной циркуляции, охлаждающему эффекту ледниковых покровов и другим естественным факторам, которые могли способствовать оледенениям (работы И. Д. Лукашевича, К. Брукса, К. К Маркова и др.). Однако этими факторами нельзя объяснить ни первопричины возникновения оледенений, ни их многократности. Видимо, остались неучтенными еще какие-то существенные процессы и их взаимосвязи.

Но оставим климат и оледенения, а также развитие органической жизни, с ними связанное. Обратимся ко второй загадке четвертичной геологии, породившей не меньше полемики и гипотез, — проблеме лёссов. Лёссовые породы (лёсс, лёссовидные суглинок, супесь) покрывают 10 процентов суши чехлом толщиной от нескольких до 150 метров, а обычно 10 — 30 метров. Этот покров протягивается тысячекилометровой полосой в средних широтах обоих полушарий, обычно южнее конечных морен бывших ледниковых покровов, а также по периферии пустынь. Лёссовые породы имеют ярусное (этажное) строение, обычно соответствующее количеству оледенений. Состав лёссовых пород поразительно сходен во всех областях земного шара: примерно 70 процентов частиц пыли, 15 процентов тонкопесчаных частиц и 15 процентов глинистых частиц.

Происхождение этих загадочных пород объясняли выпаданием космической пыли, выбросами вулканического пепла, чуть ли не «всемирными» потопами, почвообразовательными процессами, деятельностью ветра и другими факторами. Из этих объяснений наиболее обоснована эоловая (ветровая) теория В. А. Обручева и П. А. Тутковского, которые установили, что большая часть лёссовых пород произошла из пыли, вынесенной из современных и древних (приледниковых) пустынь. Но почему эти породы свойственны лишь четвертичному периоду? Почему содержание глинистых частиц закономерно уменьшается от нижних ярусов к верхним? На эти и ряд других вопросов не может ответить даже эоловая теория в ее современном виде. Видимо, и здесь не учтено все многообразие процессов, влиявших на образование лёссовых пород.

Сопоставим проблему оледенений и проблему лёссов. Оледенения и образование лёссовых пород протекали в одно и то же время. Оба процесса имели планетарный масштаб и развивались на одной и той же поверхности Земли. Но ведь на поверхности Земли, которая состоит из суши, океанов и атмосферы и которая геофизиками именуется системой «земная поверхность — атмосфера», все процессы взаимно связаны и взаимно обусловлены. Тогда почему при рассмотрении оледенений не объясняли образование лёссов и наоборот? А раз эта взаимосвязь не учитывалась, если их искусственно разъединяли для объяснения по отдельности, то не могло быть правильного решения этих проблем.

Попробуем выявить физическую суть этой взаимосвязи, выведенной пока лишь дедуктивно. Когда частицы пыли, глины и песка, из которых состоят лёссовые породы, переносились ветрами, то наиболее легкие (пылеватые и глинистые) частички должны были надолго оставаться в атмосфере и запылять ее. Но известно, что запыленная атмосфера задерживает приток солнечной радиации и ведет к похолоданию земной поверхности. Похолодание не могло быть равномерным: наклонно падающие солнечные лучи высоких широт отражались и ослаблялись сильнее, нежели круто падающие лучи низких широт. В соответствии с неравномерностью прихода солнечного тепла усиливался контраст температур (или, иначе, градиенты температур) между высокими и низкими широтами.

Возрастание температурных градиентов усиливало циклоническую циркуляцию атмосферы, интенсивность испарения и облачности. Но как известно, испарение происходит с затратами энергии и сопровождается понижением температуры тела (вспомним холодильники, основанные на данном принципе), а облачность хорошо отражает солнечные лучи и также приводит к похолоданию земной поверхности.

Таким образом, запыление атмосферы, вызывая неравномерное похолодание и усиление атмосферной циркуляции, приводило к дальнейшему автоматическому наращиванию похолодания. Такова одна из связей процессов в системе «земная поверхность — атмосфера». Взаимосвязью этих и ряда других процессов системы, о которых будет сказано дальше, можно объяснить ледниковые циклы, образование ярусов лёссовых пород и многие другие события четвертичного периода.

Здесь возникает вопрос: как начался процесс запыления и похолодания и почему именно в четвертичном периоде? Вспомним, что перед четвертичным периодом суша поднималась и ее размеры увеличивались, климат становился все более континентальным, области пустынь и полупустынь расширились. Теплый режим всей земли обусловливал длительное и знойное лето в пустынях не только субтропических, но и средних широт. Из-за сильного нагревания над ними почти весь год господствовали восходящие вихревые движения атмосферы, так называемые циклоны. Восходящие токи воздуха циклонов поднимали пыль до нижнего слоя стратосферы, а горизонтальные движения воздуха в атмосфере быстро распределяли пыль над всей земной поверхностью.

Можно сказать, что циклоны пустынь явились теми грандиозными «вулканами» земной поверхности, которые, работая из месяца в месяц, из года в год, из столетия в столетие, приводили к накоплению пыли в атмосфере и похолоданию земли. Заметим, что циклоны современных пустынь умеренных широт (центральноазиатских, североамериканских и др.) функционируют лишь три-четыре месяца года. Поэтому в настоящее время накопления пыли в атмосфере не происходит.

Но вернемся к уже начавшемуся первому похолоданию, которое успешно развивалось благодаря взаимосвязи между неравномерностью похолодания и интенсивностью атмосферной циркуляции, испарения и облачности.

С началом похолодания концентрация паров воды и углекислого газа в воздухе уменьшается: над более холодной водой меньше паров Н20; холодная вода лучше растворяет углекислый газ. Известно, что пары Н20 и С02 хорошо поглощают лучистую энергию, утепляя таким образом атмосферу и земную поверхность. Подобное явление происходит в обычных застекленных теплицах, вот почему его называют тепличным эффектом. Уменьшение паров Н20 и С02 в атмосфере высоких широт, которые охлаждались в первую очередь, уменьшало там тепличный эффект. Следовательно, этот добавившийся процесс усиливал неравномерное охлаждение земли. Тем самым он усиливал атмосферную циркуляцию, энергию циклонов и интенсивность влагооборота, который представляет собой совокупность процессов испарения, образования облаков и выпадения осадков. В результате охлаждение земной поверхности усиливалось, концентрация паров Н20 и С02 в атмосфере и оказываемый ими тепличный эффект уменьшались, неравномерность похолодания и энергия атмосферной циркуляции возрастали. Здесь проявляется уже положительная обратная связь процессов, благодаря которой автоматически наращивалась их интенсивность.

На некотором этапе похолодания в приподнятых областях северных окраин Евразии и Америки зародились ледниковые покровы. Ледниковые покровы были могучей силой дальнейшего охлаждения как суши, так и океанов. На это еще в прошлом веке указывал крупнейший русский климатолог и географ А. И. Воейков, это же подтверждено новейшими исследованиями Антарктики.

Ледниковые покровы отражают большую часть солнечной радиации. Кроме того, лед, как и любое другое тело, непрерывно посылает наружу тепловые лучи, при этом его поверхность охлаждается. Из-за хорошей теплопроводности льда низкая температура его поверхности быстро распространяется на всю толщину льда. Этого не случается с пористыми грунтами и почвами, которые обладают плохой теплопроводностью и промерзают до небольшой глубины. Иное дело если поры грунтов заполнены водой, в таком случае они подобно ледникам промерзают до большой глубины, образуя толщу вечной мерзлоты. Следовательно, благодаря отражению солнечных лучей и тепловому излучению поверхность ледниковых покровов сильно охлаждается, и это охлаждение передается всей его толще. Таким путем ледниковый покров приобретает более низкую температуру»,чем окружающие пространства. Он непрерывно распространяет свой холод на эти пространства, завоевывая все новые и новые области. Не меньше холода несли ледниковые покровы и океанам, посылая в них армады айсбергов.

Появление ледниковых покровов резко увеличило температурные градиенты в атмосфере, интенсивность атмосферной циркуляции и влагооборота. Этим они подхлестнули похолодание (из-за увеличения испарения и облачности) и дальнейший рост ледников. Кроме того, в соответствии с усилением похолодания концентрация паров Н20 и С02 в атмосфере, тепличный эффект и температура земной поверхности понизились. Здесь опять выступает самоусиливающееся развитие процессов с положительной обратной связью.

Теперь посмотрим, как происходило запыление атмосферы, когда появились ледниковые покровы. Длительность летнего периода над пустынями постепенно сокращалась и стала короче современной. Запыление атмосферы также уменьшалось, и когда похолодание и оледенение зашло достаточно далеко, то вместо циклонов над пустынями почти круглый год господствовали антициклоны с нисходящими движениями воздушных масс. Запыление атмосферы прекратилось, с оседанием пыли она просветлялась и приобрела идеальную прозрачность для солнечных лучей.

Время развертывания похолодания и оледенения было временем ветрового (эолового) переноса частиц мелкозема (пылеватых, глинистых и песчаных), из которых образовывались лёссовые породы. Частицы мелкозема выдувались из разрушающихся пород и участвовали в атмосферной циркуляции. Циклоны теплых месяцев с их восходящими токами воздуха выносили часть мелкозема в атмосферу, запыляя ее. Антициклоны холодных месяцев с их нисходящими приземными ветрами выдували часть мелкозема за пределы пустынь, где он осаждался и давал начало лёссовым породам. О реальной силе ветров дают представление черные бури Америки и Евразии, связанные с северным антициклоном. Иногда черные бури за месяц перемещают столько почвенного мелкозема, что на сотнях верст оставляют гряды «черноземных» барханов, которые иногда до крыш засыпают одноэтажные дома селений. Можно представить, какую работу проделывали более сильные и постоянные ветры за многие тысячи лет наступания ледников. Впрочем, толстые покровы лёссовых пород показывают это вполне наглядно.

Возвратимся к оледенению, которое, казалось бы, грозило развиваться до бесконечности. Оно действительно привело к глубокому охлаждению всей земной поверхности, в том числе и океанов, являющихся основными регуляторами ее тепла. Повсеместное охлаждение теперь уже сглаживало, ослабляло температурные градиенты между высокими и низкими широтами. Интенсивность атмосферной циркуляции и влагооборота теперь уже уменьшалась. Затраты тепла на испарение стали минимальными, а слабая облачность не мешала яркому сиянию солнца. А оно было действительно ярким даже по сравнению с настоящим временем: атмосфера приобрела почти идеальную прозрачность из-за полного очищения от пыли.

Началось потепление, под натиском которого края ледниковых покровов и горных ледников начали таять и медленно отступать, обводняя и увлажняя пустыни огромными реками и озерами.

Отступание сопровождалось уменьшением отражающей поверхности ледников, а это означало, что земля усваивала все больше солнечного тепла и нагревалась. Нагревание усиливало испарение Н20 и выделение С02 из океанов, а следовательно, и тепличный эффект. Тепличный эффект способствовал согреванию суши и океанов, сокращая отражающую поверхность ледников. Это вело к дальнейшему потеплению. Таким образом, благодаря обратным связям между процессами отступание ледников и потепление все ускорялось и ускорялось.

Во время отступания ледников бывшие пустынные и засушливые области обводнялись и увлажнялись. Это было время благоденствия органической жизни, время образования мощных почвенно-растительных покровов.

После стаивания ледников и высыхания оставленных ими озер устанавливается сухой и жаркий климат межледниковья. Только климат Арктики был уже холоднее, чем до первого оледенения: северный океан сохранил часть холода ледниковой эпохи.

Цикл первого оледенения замкнулся, но породившие его причины остались почти в прежнем виде. Теми же причинами, теми же процессами были обусловлены и все последующие ледниковые циклы четвертичного периода.

Продолжительность каждого последующего ледникового цикла была короче предыдущего. Иными словами, частота ледниковых циклов возрастала. Это объясняется тем, что каждое последующее межледниковье было холоднее предыдущего ввиду остаточного охлаждения океанов. Понятно, что от более холодного начала путь и время оледенения короче, чем от более теплого начала. Последние уже очень короткие и слабые ледниковые циклы затухли к современной эпохе. К настоящему времени температура океанов стала настолько низкой, что сохраняются льды Арктики и Антарктики. В этом состоянии оледенение начаться не может, так как накопление пыли в стратосфере не происходит (деятельность циклонов составляет лишь три-четыре месяца в году).

Охлаждение земной поверхности от предледниковой эпохи до наших дней выражает общую направленность оледенений. Эта направленность и привела к затуханию ледниковых циклов. Никакая астрономическая причина не объясняет ни этой направленности, ни учащения, ни затухания ледниковых циклов. А ведь еще остается проблема лёссов!

Особенности лёссовых пород не объясняются просто эоловой деятельностью. Эоловая деятельность была всегда, но лёссовые покровы свойственны именно четвертичному периоду. Это понятно: лишь в ледниковые эпохи атмосферная циркуляция была столь напряженной, что ветры проделали огромную разрушающую и транспортирующую работу.

Ярусность лёссовых пород связана с ледниковыми циклами: в фазу наступания ледников переносился и накоплялся мелкозем; в фазу отступания климат увлажнялся и образовывался почвенно-растительный покров. Таким образом, каждому ледниковому циклу соответствует свой ярус из лёсса и почвы.

Содержание глинистых частиц убывает к верхним ярусам лёссов потому, что пустыни постепенно обеднялись наиболее подвижными глинистыми частицами. Не зря остались пустыни с чисто кварцевыми песками, в которых очень мало тонких частичек. Результаты аэрофотосъемок, обобщенные Б. А. Федоровичем, показали, что лёссовые покровы залегают в соответствии с ветрами, господствовавшими во время их образования. Это наряду с однородным мелкоземным составом лёссовых пород — яркое свидетельство их эолового происхождения.

Попытаемся представить изменение географической обстановки в будущем. Без вмешательства человека происходило бы очень медленное потепление — в равновесии с разрушением горных стран, уменьшением размеров суши и, главное, сокращением пустынь. Но человек сжигает так много угля и нефти, что в атмосфере повышается концентрация углекислого газа. Тепличный эффект уже начал подогревать сушу и океаны. Благодаря подогреванию океанов в атмосфере будет повышаться концентрация паров Н20 и С02. Это будет усиливать тепличный эффект и общее нагревание земли. Льды Арктики и Антарктики, а вместе с тем и их отражающая поверхность будут постепенно сокращаться. Это ускорит потепление, прогревание океанов и возрастание тепличного эффекта. Следовательно, таяние льдов и общее потепление будут прогрессировать. Циклоны пустынь, видимо, не успевают запылять атмосферу в такой степени, чтобы сдерживать потепление. Но они будут работать четыре, шесть, восемь месяцев в году, и в конце концов настигнут потепление и остановят его. А это уже начальный момент «рядового» оледенения.

Чтобы обоснованно опасаться за свое будущее, человек должен сделать точный расчет. Такой расчет становится возможным при рассмотрении системы «земная поверхность — атмосфера» как системы автоматического регулирования.

Результаты рассмотрения, выполненного в первом приближении, изложены выше. С целью максимального упрощения описаны лишь некоторые процессы, приводящие к изменениям в системе.

При рассмотрении системы «земная поверхность — атмосфера» как системы автоматического регулирования вскрываются внутренние связи и взаимодействия процессов, развивающихся на поверхности планеты. Считается, что «земная поверхность — атмосфера» представляет собой относительно обособленную систему. Факторы, влияющие на ее формирование и развитие, называются входными воздействиями (см. рис.). Реакция системы на входные воздействия называется выходом.

Входными воздействиями являются тектоническая деятельность, сила тяжести, солнечная радиация, вращения Земли и т. д. В результате этих воздействий земная поверхность претерпевает изменения, которые описываются выходными процессами: преобразования рельефа, изменения климата, оледенения, физико-химические и биологические процессы и т. д. Однако процессы в свою очередь воздействуют на земную поверхность, вызывая ее изменение. Таким образом, получается замкнутая система автоматического регулирования. Анализ динамики этой системы позволит с высокой достоверностью определить характер и направление развития среды, в которой мы живем.

Четвертичное оледенение не было единственным в истории Земли. Так, за триста миллионов лет до наших дней разразилось грандиозное пермокарбоновое оледенение. Это оледенение развивалось также после поднятий и увеличения размеров суши. В пределах суши господствовали пустыни. Эоловая деятельность обладала такой энергией и масштабами, что оставила пе-счано-глинистые отложения толщиной до сотен метров. Все это достаточно сходно с обстановкой четвертичного периода. Видимо, эти оледенения были порождены однотипными причинами и процессами.

B. Сергин
C. Сергин




 
Рейтинг@Mail.ru
один уровень назад на два уровня назад на первую страницу