ВОДНО-ЛЕДНИКОВЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ

Крупные материковые покровы льда при своем таянии поставляют огромную массу воды. Целые реки текут по поверхности краевой части ледника, внутри него и подо льдом, вырабатывая в нем туннели. Сток воды может быть плоскостным или линейным (сосредоточенным), а объем талой воды огромным. Естественно, эта быстродвижущаяся вода производит большую работу, как аккумулятивную, так и эрозионную. Под ледяным покровом могут располагаться большие озера, как это сейчас наблюдается в Антарктиде. Объем талых вод сильно изменяется в зависимости от сезона, а также от «холодного» или «теплого» типа ледника.

Благодаря постоянному выносу талых вод формируются ложбины стока, образующие своеобразный рельеф чередования ложбин с широкими днищами и крутыми склонами. Обломочный, главным обра­зом песчаный материал, влекомый этими потоками, распространяется на больших пространствах, образуя зандровые равнины (исланд. sandar и датский sandur — песчаная равнина) за внешним краем конечно- моренных валов (рис. 12.16). Такие зандровые поля сейчас известны перед некоторыми ледниками в Исландии и на Аляске и чрезвычайно широко были распространены перед фронтом покровных ледников в четвертичный период на Русской равнине, в Прибалтике, в Северной Германии и Польше. Создавались зандровые равнины многочисленны­ми ручьями и речками, постоянно меняющими свои русла. Вблизи края ледника материал откладывался более грубый, а тонкий песок уносил­ся дальше всего. Зандры известны и в ископаемом состоянии, напри­мер в Сахаре, где они связаны с раннепалеозойским (ордовикским) оледенением.

Рис. 12.16. Перигляциальная область покровного ледника: 1 — ледник; 2 — прилед- никовые озера; 3 — камы; 4 — друмлины; 5 — оз; 6 — конечно-моренный вал; 7 — зандровая равнина; 8 — донная морена

 

Озы представляют собой протяженные извилистые гряды или валы высотой 20-30 м, сложенные слоистым песчано-галечным или песча- но-гравийным материалом. Образовались они вследствие переноса вод­ными потоками на поверхности или внутри ледника песчано-гравийно- го материала. Когда ледник растаял, этот материал оказался спроектирован на поверхность суши в виде вала, а не в форме «коры­та», какую он имел в реке, текущей по льду. Озы всегда ориентированы по направлению стока воды с ледника, а следовательно, указывают нам на его движение.

Камы — это холмы изометричной формы, высотой 10-20 м, редко больше, сложенные из чередующихся слоев разнозернистого песка, глин, редко с отдельными гальками и валунами. Эти отложения формирова­лись в озерных котловинах, расположенных на поверхности ледника, и после таяния последнего оказались, как и озы, спроектированными на поверхность коренных пород.

Озерно-ледниковые, тонкослоистые (ленточные) отложения, состоя­щие из многократно чередующихся глинистых и песчанистых слоев, образовались в приледниковых озерах. Когда таяние более бурное, на­пример летом, в озеро сносится относительно грубый материал, а зи­мой в условиях ослабленного водотока накапливаются глины. Количе­ство слоев в ленточных озерных отложениях (варвы) говорит о времени формирования озера. Все упомянутые выше отложения, связанные с действием талых ледниковых вод, иначе называются флювиогляциаль- ными, что указывает на их водно-ледниковое происхождение.

Плавучие льды, или айсберги, разносятся течениями на большие рас­стояния от кромки ледников. Один из айсбергов погубил печально зна­менитый пароход «Титаник». На плавучих льдах находилось много обломочного материала, который по мере их таяния откладывался на океанском дне. В шельфовых ледниках, занимающих большие про­странства, как, например, ледник Росса в Антарктиде, площадью больше 800 тыс. км² и мощностью до 200 м, благодаря волнению вод с краев откалываются столовые айсберги с отвесными уступами. Длина таких айсбергов может превышать 100 км, и они десятилетиями плавают в океанах, постепенно раскалываясь и подтаивая, представляя большую опасность для судоходства.

Откалываясь от края шельфовых ледников, айсберги провоцируют накопление на дне мощных оплывающих валунно-глинистых отложе­ний, формирующих мореноподобные толщи.

12.5. ОЛЕДЕНЕНИЯ В ИСТОРИИ ЗЕМЛИ

Изучая современные ледники в горах и на материках, установив особенности их строения, механизм передвижения, разрушительную и аккумулятивную работу, можно выявить наличие оледенений в геологической истории Земли, использовав знаменитое выражение Ч. Ляйеля: «Настоящее — ключ к прошлому».

18-20 тыс. лет назад облик поверхности Земли в Северном полуша­рии был совсем иным, чем в наши дни. Огромные пространства Север­ной Америки, Европы, Гренландии, Северного Ледовитого океана были заняты гигантскими ледяными покровами с максимальной мощностью в их центре до 3 км, а общий объем льда превышал 100 млн км'¹. Это было последнее крупное оледенение, продвинувшееся на Русской равнине почти до широты Москвы, а в Северной Америке — южнее Великих озер. С тех пор ледники стали отступать, и сейчас лед последнего оле­денения сохранился только в Гренландии и на ряде островов Канадс­кой Арктики. В последние 10 тыс. лет, называемые голоценом, окон­чательный распад ледниковых шапок и их быстрое таяние произошли около 8 тыс. лет назад, когда климат был теплее современного. Этот период соответствовал «климатическому оптимуму». Где-то между 8 тыс. и 5 тыс. лет назад климат стал еще теплее, а в Африке более влажным. Но между 5 тыс. и 3500 годами назад произошло сильное похолодание и местами возникли новые ледники, что позволило выделить даже «ма­лый ледниковый период». Именно к нему относятся ныне существую­щие ледники на Кавказе, в Альпах, на Памире, в Скалистых горах Северной Америки и др.

Все эти события произошли с момента окончания максимального продвижения ледников за последние 18 тыс. лет. Но в четвертичном периоде, начиная примерно с 2 млн лет тому назад, достоверно выделя­ется не менее четырех ледниковых, или криогенных, эпох, следы кото­рых обнаружены в Евразии и Северной Америке. В начале XX в. не­мецкими геологами А. ПенкомиЭ. Брюкнером в Альпах были обоснованы четыре крупных оледенения: гюнц (поздний плиоцен), миндель (ранний плейстоцен), рисс (средний плейстоцен) и вюрм (поздний плейстоцен) с двумя стадиями наступания ледников либо с двумя самостоятельными оледенениями. Впоследствии, когда выделялись следы древних оледе­нений в других местах, им хотя и давали местные названия, но всегда сопоставляли их с Альпами. Трудами многих российских геологов на Русской равнине установлены следы не менее четырех оледенений, в самом общем виде сопоставимых с альпийскими. Такая же картина и в Северной Америке. Изучение керна океанских осадков и льда из Ан­тарктического покрова на предмет соотношения содержания легкого — ^|йО и тяжелого — ¹⁸0 изотопов кислорода, как показателя изменений климата и температуры воды в океанах, позволило выделить те же самые холодные климатические интервалы в тех же самых возрастных границах, что и в Альпах или на Русской равнине. Тем самым были доказаны глобальность климатических изменений за четвертичный пе­риод и примерная синхронность оледенений в Северной Америке и Евразии. Однако океанская стратиграфия, т. е. изучение слоев океанс­ких отложений, дает сейчас более точные данные, отличающиеся от классических континентальных, в которые пытаются «втиснуть» став­шие уже привычными представления.

На Русской равнине максимальное продвижение ледников устанавли­вается в раннюю стадию (днепровскую) среднечетвертичного оледенения или в донскую, языки которого спускались по долине Днепра до Днепро­петровска, а по долине Дона южнее Воронежа. Вторая (московская) стадия оледенения среднего плейстоцена достигала районов южнее Минска и Москвы. Все остальные оледенения имели конечно-моренные гря­ды севернее (рис. 12.17). Установлены границы оледенений в Запад­ной и Восточной Сибири, где, конечно же, лучше выражены следы последнего оледенения в виде протяженных извилистых конечно-мо­ренных гряд и валов. Огромное количество льда отбирало воду из океана, уровень которого в позднем плейстоцене понизился от 100 до 140 м. Наличие гигантских ледяных покровов в Панарктическом ре­гионе некоторые геологи ставят под сомнение, что заставляет искать новые фактические данные, подтверждающие либо опровергающие классическую схему.

Рис. 12.17. Схема границ распространения московского оледенения (по И. Н. Чукленковой). 1-8 — варианты проведения границ (конечно-моренных гряд), по данным разных авторов. 9 — граница распространения валдайского оледенения

 

Ледниковые покровы последнего оледенения вместе с Панарктическим ледником, по мнению М. Г. Гроссвальда, создали непреодолимое препят­ствие для рек, текущих в северном направлении, например для Северной Двины, Мезени, Печоры, Иртыша, Оби, Енисея и др. (рис. 12.18). Вслед­ствие этого перед фронтом покровного ледника возникли огромные под- прудные приледниковые озера, которые искали пути для стока в южном направлении (рис. 12.19). И такие пути в виде хорошо сохранившегося грядово-ложбинного рельефа, ориентированного в субширотном направле­нии, были найдены во многих местах Западной Сибири, Приаралья и

Северного Прикаспия. Временами происходили катастрофические проры­вы этих приледниковых озер, а также, возможно, озер из-под ледниковых покровов «теплого» типа. Широкие, плоскодонные ложбины стока, напри­мер в древней реке на месте современных Манычских озер в Предкавка­зье, пропускали до 1000 км³ в год воды. Этот расход сильно менялся по сезонам. Когда ледниковые покровы начали таять и отступать, многие лож­бины стока талых ледниковых вод были унаследованы речными система­ми. Следует подчеркнуть тесную связь формирования, наступания и тая­ния ледниковых покровов с колебаниями уровня океана, который очень чутко реагировал на «отбор» и поступление в него воды за счет роста или таяния ледников.

Рис. 12.18. Максимальное распространение ледникового покрова 20 тыс. лет назад (ранневалдайское оледенение). Стрелками показано движение льда. Точки — прилед- никовые озера (по М. Г. Гроссвальду)

 

Современные расчеты, произведенные И. Д. Даниловым, показыва­ют, что в конце позднего плейстоцена, во время последнего макси­мального оледенения, площадь, занятая льдом в Северном полуша­рии, не превышала 6 млн км², а объем льда — 7-8 млн км³, в то время как подземное оледенение (вечная мерзлота) охватывало площадь до 45 млн км² при объеме более 1 млн км³ льда. В обоих полушариях

Рис. 12.19. Конечно-моренные пояса, направления движения льда и ледниково- подпрудные озера европейской части СССР в эпоху последнего оледенения (по X. Арсланову, А. Лаврову и Л. Потапенко). Ясно видно, что лед поступал со стороны Баренцева и Карского морей: 1 — границы оледенения, максимальная из стадий отступания; 2 — направления движения льда; 3 — подпрудные озера; 4 — каналы сброса талых вод (спиллвеи); 5 — пункты радиоуглеродного датирования ледниковых (а) и озерных (б) отложений. Цифрами показаны древнеозерные уровни

 

объем плавучих льдов составлял 45-50 млн км³. Вполне естественно, что Великие четвертичные оледенения, какими бы они ни были по своим размерам, оставили намного больше следов, чем более древние. Тем не менее в истории Земли установлено несколько довольно про­должительных эпох, во время которых отмечались похолодание и раз­витие ледников (рис. 12.20). Признаки, по которым реконструирова­лись ледники, близки между собой. Это развитие тиллитов (древних уплотненных и метаморфизованных морен), тиллоидов (образований, напоминающих морены), эрратических валунов с типичной ледниковой

млн лет

млрд лет

ЯРЧН	— К? —
	MZ
	р г
-	V
	ъ
	Ri
т.	PR,
™
	AR,

го

-1,5

-2

Г 2,?

Рис. 12.20. Основные криогенные (ледниковые) эпохи в истории Земли (черные) Следы наиболее древнего оледенения зафиксированы в отложениях раннего протерозоя в Канаде, на Балтийском щите (2,5-2 млрд лет), причем обращает на себя внимание длительность интервала 400 млн лет, в пределах которого обнаруживаются предположительно леднико­вые отложения. Более молодая ледниковая эпоха фиксируется в слоях позднего рифея и венда (0,9-0,63 млрд лет) на Русской плите, в Канаде, США, Шотландии и Норвегии, на Северном Урале и в других регио­нах. Трудно выделить области распространения ледников и реконстру­ировать их морфологию и объем. В раннем палеозое (ордовик-силур) в интервале 0,46-0,42 млрд лет установлены следы оледенения в Западной Африке, в Сахаре, возмож-

штриховкой, бараньих лбов и курчавых скал, ленточных глин и других явно ледниковых или водно-ледниковых (флювиогляциальных) отло­жений.

но, в Аргентине, Бразилии, Юго-Западной Африке, Западной Европе, Северной Америке.

Отложения явно ледникового генезиса относятся к временному интервалу 0,35-0,23 млрд лет, что отвечает каменноугольному и перм­скому времени позднего палеозоя. Это было время существования ог­ромного суперматерика Пангеи II, когда Южная и Северная Америки, Африка и Евразия, Антарктида, Австралия и Индостан были спаяны вместе, а между Евразией и Гондваной (южные материки) существовал океан Тетис. Области распространения ледников в это время не нужда­ются в комментариях. По-видимому, существовал в высоких широтах крупный ледниковый покров или ряд покровов, радиально растекав­шихся от центра. Великое позднепалеозойское оледенение достаточно хорошо изучено и документировано.

И, наконец, кайнозойский криогенный период (38 млн лет — ныне), длящийся намного больше, чем хорошо изученные Великие четвертич­ные оледенения. Начало этого периода относится к интервалу 38-25 млн лет назад, т. е. к позднему олигоцену, когда возникли пер­вые ледники в Антарктиде, прежде всего в Трансантарктических горах и горах Гамбурцева. Всеобщий ледниковый покров сформировался в раннем миоцене (25-20 млн лет назад). В среднем миоцене (15 млн лет назад), по-видимому, сформировался Гренландский ледник, а общее похолодание и резкое ухудшение климатической обстановки четко фиксируются с рубежа 700 тыс. лет. Возможно, этим временем опреде­ляется начало четвертичного ледникового периода, а его последним крупным событием было оледенение, начавшееся около 25 тыс. лет назад и последний раз достигшее максимума 18 тыс. лет назад, после чего началась быстрая деградация ледникового покрова, отступавшего со скоростью до 5 км в год.

12.6. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОЛЕДЕНЕНИЙ

Выше уже говорилось о том, что в геологической истории Земли, по крайней мере с раннего протерозоя, неоднократно проявлялись хо­лодные эпохи, во время которых возникали обширные ледниковые по­кровы, чаще всего в пределах ряда материков или их частей. Однако наличие ледникового покрова является только одной из составляющих «ледникового периода», в который входят и мерзлые породы верхней части земной коры, а также огромные массивы плавучих морских льдов. Причины изменения климата в глобальном масштабе, как и причины появления покровных ледников на больших пространствах материков, все еще остаются предметом оживленных дискуссий, хотя поле для маневров сужается, т. к. сейчас достаточно широко стали применяться

17 УМ математические модели, которым свойственны определенные рамки, выйти за которые не позволяют фактические данные.

Пожалуй, наибольшим признанием в настоящее время пользуется астрономическая теория палеоклимата, возникшая около 150 лет тому назад, когда стало известно о циклических изменениях элементов ор­биты Земли.

Наиболее убедительно эта теория была обоснована югославским уче­ным М. Миланковичем, впервые рассчитавшим изменения солнечной радиации, приходящей на верхнюю границу атмосферы за последние 600 тыс. лет. В русском переводе его книга «Математическая климато­логия и астрономическая теория колебаний климата» вышла в 1939 г. В ней решающее значение для изменений климата придается цикли­ческим изменениям основных параметров орбиты Земли: 1) эксцент­риситет «е» с периодом в 100 тыс. лет; 2) наклон плоскости экватора Земли к плоскости эклиптики (плоскости орбиты Земли) «Е» с периодичностью примерно 41 тыс. лет и 3) период предварения равно­денствий, или период процессии, т. е. изменения расстояния Земли от Солнца, который не остается постоянным. В перигелии Земля ближе всего к Солнцу, а в афелии — дальше всего от Солнца. Период процес­сии равен примерно 23 тыс. лет.

Понятно, что, находясь в афелии, Земля имеет наибольшее удаление от Солнца, поэтому в Северном полушарии лето будет длительным, но прохладным, т. к. Земля будет обращена к Солнцу Северным полушари­ем. Через полупериод цикла процессии, т. е. через 11 500 лет к Солнцу будет обращено уже Южное полушарие, а в Северном лето будет жар­ким, но коротким, тогда как зима будет холодной и продолжительной. Подобные различия в климате будут тем резче, чем больше эксцентри­ситет «е» орбиты Земли. Широтное распределение солнечной радиации на Земле сильнее всего зависит от наклона земной оси по отношению к плоскости эклиптики, т. е. от угла «Е». Наиболее значимые относитель­ные изменения радиации или инсоляции будут происходить в высоких широтах. Если угол наклона «Е» уменьшается, то это в высоких широтах может привести, по М. Миланковичу, к уменьшению солнечной радиа­ции и, следовательно, к увеличению площади ледников или к их возник­новению. Для этого процесса, как полагал М. Миланкович, необходимо длительное и прохладное лето, в течение которого не успевал растаять снег, накопившийся мягкой, но короткой зимой.

На мощность, или величину, солнечной радиации влияет эксцент­риситет орбиты Земли, но не наклон оси вращения Земли к эклиптике и не прецессия земной оси. В последних двух случаях среднегодовое количество солнечной радиации, поступающей на Землю, остается по­стоянным. Однако происходит ее перераспределение по сезонам или широтам. И только изменение эксцентриситета влечет за собой изме­нение среднегодового количества солнечной радиации, т. к. при орбите, близкой к круговой, расстояние (среднее) от Земли до Солнца наи­большее, а следовательно, солнечная радиация минимальна. Если ве­личина «е» увеличивается, т. е. орбита Земли становится более узкой и поэтому среднее расстояние от Земли до Солнца уменьшается, то солнечная радиация возрастает. М. Миланкович построил инфляци­онные (радиационные) диаграммы, на которых показал изменение сол­нечной радиации во времени для различных географических широт.

Впоследствии были установлены некоторые разночтения этой кривой с кривыми, полученными по изотопно-кислородным данным при изучении донных осадков океанов. Но в целом гипотеза М. Миланковича довольно аргументированно объясняет возникновение великих четвертичных оледе­нений.

В то же время выявляется еще целый ряд факторов, как экзогенных, так и эндогенных, которые могут вызывать климатические изменения, вместе с изменениями орбитальных параметров Земли, наклона ее оси, темпов дегазации планеты. Значительные колебания глобальной темпе­ратуры приземного слоя атмосферы могут вызываться изменением со­держания С0₂ и различных аэрозолей в воздухе. Только удвоение С0₂ по отношению к современному (0,03 %) способно повысить температуру воздуха на 3 "С из-за парникового эффекта, открытого в 1824 г. фран­цузским математиком Ж. Фурье, который, пропуская на поверхность Земли коротковолновую солнечную радиацию, нагревающую поверхность Земли, одновременно задерживает тепло, отраженное от земной поверх­ности, тем самым нагревая приземный слой воздуха. Расчеты не дают ясного ответа на вопрос, на сколько надо уменьшить содержание С0₂ в атмосфере, чтобы наступило сильное похолодание. Изучение содержа­ния С0₂ в керне льда из глубоких скважин в Антарктиде показало, что во время максимума валдайского позднеплейстоценового оледенения оно было на 25 % ниже, чем в голоцене, т. е. в последние 10 тыс. лет. За последние 100 лет средняя температура на земном шаре возросла на 0,6-0,8 "С. Наблюдается четкая корреляция между ростом содержания С0₂, СН₄ и других парниковых газов и температурой (рис. 12.21). Вино­ваты ли в этом техногенные процессы, пока остается не очень ясным, хотя почти все исследователи склоняются к такой зависимости. Повы­шение температуры привело к очень быстрой и повсеместной деграда­ции ледников. Например, самый крупный ледник, в Африке на горе Кения, уменьшился на 92 %, а на горе Килиманджаро — на 82 %; в Гима­лаях ледники резко сокращаются, так же как в Альпах, на Кавказе, где за последние 100 лет ледники уменьшились на 50 %. В Гренландии ис­тончается ледяной щит.

На Большом Кавказе за последние 150 лет ледники сильно уменьши­лись как в длину, так и по мощности (рис. 12.22, 12.23).