Предмет и задачи гляциологии

Первая работа о соответствии между общей циркуляцией атмосферы и современным распределением ледников в северном полушарии принадлежит И. В. Буту [1963]. Он разделил все ледниковые области по источникам питания осадками на три группы: тихоокеанскую, атлантическую и индийскую. К тихоокеанской группе он отнес североамериканскую и камчатскую области оледенения; к атлантической группе - Исландию, острова Арктики (Шпицберген, Землю Франца-Иосифа, Новую Землю, Северную Землю), Скандинавию, Альпы, Кавказ, Памир, Тянь-Шань, Алтай; к индийской группе - южные районы гор Центральной Азии. По источникам питания и средним многолетним характеристикам циркуляции атмосферы А. Н. Кренке [1963] выделил в пределах Арктики 4 ледниковые провинции, различающиеся режимом оледенения и направленностью их короткопериодных колебаний. Им установлено, что основные районы оледенения Земли находятся в пределах зон частой повторяемости циклонов, а источниками влаги служит тот или иной океан. В. М. Котляков [1969] произвел ледниковое районирование земного шара, исходя из двух основных факторов, определяющих питание ледников: циркуляции атмосферы и макрорельефа земной поверхности.

В данной книге предпочтение отдается региональному принципу. За крупнейшие регионы принимаются материки с прилегающими к ним островами. В пределах материков выделяются крупные орографические системы и их части. При этом учитывается как их широтное положение, так и основные источники питания ледников. Отдельно и более детально характеризуется оледенение территории СССР.

Ледники Урала.

Долгое время ученые считали, что ледников на Урале нет и быть не может из-за небольшой высоты гор и континентальности климата. Но это оказалось не так. К северу от 63°50' с. ш. (на Северном, Приполярном и Полярном Урале) современных ледников довольно много, хотя они и невелики по площади. Их существование связано с характерными особенностями рельефа и климата северных частей Уральской горной системы, где широко распространены формы ледниковой скульптуры, оставшиеся от более обширного древнего оледенения, - кары, острые пики и гребни, троги. В днищах каров и трогов много озер. Рельеф альпийского типа особенно характерен для горных хребтов, лежащих к западу от водораздела, но кары расположены в основном на восточном, северо-восточном и юго-восточном склонах этих хребтов. Соответственно таково же расположение современных ледников, занимающих часть этих каров. Причина в том, что господствующие западные влагонесущие воздушные потоки с Атлантического океана оставляют основную массу осадков к западу от главного водораздела, но снег за счет метелевого переноса концентрируется преимущественно в полых формах рельефа подветренных восточных склонов, обеспечивая питанием современные ледники, которые существуют благодаря этому на 800-1200 м ниже климатической снеговой границы.

О ледниках на Полярном Урале впервые упоминает С. В. Керцелли [1911] со слов оленевода Е. Терентьева: «Есть у нас на Камне места, где снег никогда не тает, и там уже не снег, а такой твердый лед, что его только топор берет, а снега и льда не видно, потому что сверху завалены мелкими каменьями, а внизу, где кончается лед, в нем большая дыра, как пещера, и оттуда течет речка. Длиною такие места бывают больше версты, и знаю я несколько таких мест, и одно не менее полутора верст длиною» [Керцелли. 1911. С. 40]. На Приполярном Урале ледники были открыты геологом А. Н. Алешковым в 1929 г. Во время 2-го МПГ в районах гор Сабля и Народная проводились наблюдения [Алешков. 1931, 1935; Бон. 1935].

В конце 40-х - начале 50-х годов на Приполярном и Полярном Урале было открыто несколько десятков новых ледников и доказано, что это не реликты древнего оледенения, а полнокровные современные ледники [Долгушин. 1949, 19636; Долгушин, Кеммерих, 1957]. Самый южный из уральских ледников был обнаружен на хр. Тельпос-Из, в 30 км к югу от главной вершины, в глубоком каре восточной экспозиции, и назван «Хмурый» [Долгушин, Осипова. 1979].

В период МГГ и в последующие годы на Полярном Урале действовала гляциологическая станция Института географии АН СССР, в результате работ которой был значительно расширен список, были выяснены основные особенности режима и подтверждены выявленные ранее закономерности размещения уральских ледников.

В настоящее время на Урале известно 143 ледника общей площадью 28,7 км2. В том числе на Полярном Урале - 91 ледник площадью 20,8 км2, на Приполярном и Северном Урале - 52 ледника площадью 7,9 км2. Около 90% всех ледников расположено на склонах восточных румбов. Как по числу, так и по площади преобладают каровые и карово-долинные ледники. Их толщина от 50-80 до 100-140 м. Толщина присклоновых ледников невелика - 20 м. Объем льда в уральских ледниках 0,75 км3 (Прилож. №2, табл. 8).По данным снегомерных съемок, на 67°05' с. ш. снегонакопление в осевой зоне гор в среднем составляет 600-800 мм в год, а в отдельные годы до 1000 мм в слое воды. К востоку от водораздела снегонакопление падает до 100-200 мм в год. По данным горно-долинной станции Большая Хадата (230 м над ур. м.), годовое количество осадков в районе водораздела составляет от 530 до 860 мм, в том числе твердых - от 320 до 540 мм. К западу от водораздела на уровне гребней хребтов осадков выпадает до 1200-1500 мм в год, но даже этого их количества недостаточно для существования ледников - это много меньше, чем может стаять. Существование уральских ледников возможно лишь благодаря концентрации огромных масс метелевого и лавинного снега в глубоких карах восточных подветренных склонов. Так, на ледниках ИРАН и Обручева снегозапасы в отдельные годы составляли от 1100 до 3700 мм в слое воды. Близ задних стенок каров толщина снега доходила до 8-12 м, а иногда и более (4500-5000 мм слоя воды!).

В районе метеостанции Большая Хадата средняя годовая температура воздуха колеблется от -4,6° до -8,2°. Средняя температура самого холодного месяца от -10,9° до -26,7°, самого теплого - от +10,9° до +14°.

Абляция на языке ледника ИГАН (830 м над ур. м.) за период с 1958 по 1964 г. была равна в среднем 312 г/см2 в год с колебаниями в отдельные годы от 170 до 380 г/см2. Доля солнечной радиации в таянии снега и льда составила в среднем 60%, турбулентного тепла - 40%.

Соотношение областей питания и расхода на ледниках Полярного Урала меняется очень сильно. В отдельные годы вся поверхность ледников освобождается от сезонного снега, а в другие годы, наоборот, снежный покров лежит до поздней осени и лед нигде не выходит на поверхность. Это находит отражение в хорошо выраженной слоистости их толщи. На поверхности слои находят отражение в виде огив.

По температурному состоянию уральские ледники теплые. В области аккумуляции на глубине 7 м наблюдается уже нулевая температура, а в области абляции на той же глубине она -1,7°, на глубине 25 м -0,7°, а на глубине 45-55 м -0°. На уральских ледниках распространены теплая фирновая, фирново-ледяная и ледяная зоны льдообразования.

Скорости движения ледников небольшие (4-5 м/год), но они производят большую экзарационную работу, о чем свидетельствуют выпаханные ими глубокие ниши каров и морены у их концов. Многие каровые ледники окаймлены боковыми и конечными моренами с ледяными ядрами. Высота некоторых морен достигает нескольких десятков метров.

На ледниках Обручева и ИГАН с 1959 г. производились детальные балансовые наблюдения, а на леднике ИГАН баланс массы был рассчитан за 146 лет - с 1818 по 1963 г. Из них 74 года баланс массы был отрицательным, 65 лет - положительным и 7 лет - нулевым. В целом за этот период расход преобладал над приходом, и ледник стал тоньше примерно на 20 м (16,4 м в слое воды). По аэрофотогеодезическим наблюдениям, с 1953 по 1958 г. поверхность нижней части ледника понизилась на 11,5 м, в верхней части области абляции - на 2,5-6 м и в нижней части зоны аккумуляции - на 5-9,5 м [Троицкий и др. 1966].

За период с 1959 по 1975 г. на ледниках Обручева и ИГАН баланс массы в целом был слабо отрицательным (-1,1 г/см2 в год), но его колебания от года к году были значительными (от +249 до -181 г/см2). На том и другом ледниках до 1965 г. баланс был отрицательным (-54 и -55 г/см2 в год), с 1966 по 1975 г. - в среднем положительным (+37 и +50 г/см2 в год) [Fluctuations... 1985]. В общем можно сказать, что ледники Урала чутко реагируют на колебания условий погоды в отдельные годы, но в целом довольно устойчивы. Хотя они и отступают в течение последних 150 лет, их отступание не является катастрофическим и в ближайшие десятилетия им не угрожает полное исчезновение. Большинство ледников еще не оторвалось от конечных морен «малого ледникового периода», хотя на их концах за моренами с ледяными ядрами образовались озера [Долгушин. 1949; Каталог ледников. 1966; Троицкий и др. 1966].

Ледниковые покровы

Настоящие ледники покровного типа формируют ся в районах, где граница питания располагается очень низко, так что положительный баланс снега! становится возможным даже на равнинах. В таких! условиях рост массы снега и льда приводит к образованию ледниковых куполов и щитов.

В отличие от горных ледников форма и движение ледников покровного типа практически не зависят от рельефа подлёдного ложа. Вершина каждого покровного ледника находится вблизи его геометрического центра, причём рельеф каменного ложа здесь совсем не обязательно горный или возвышенный. А движение льда всегда направлено от этих вершин во все стороны, следуя вдоль радиусов куполов и щитов.

Лишь в очень маленьких куполах лёд расте кается равномерно, с одинаковыми скоростями по всем направлениям. В большинстве же случаев сток льда сосредоточивается вдоль отдельных радиусов, образуя мощные реки льда -- ледяные потоки, текущие в ледяных берегах. В Гренландии и некоторых районах Антарктиды ледяные по токи, прежде чем достигнуть моря, прорываются через горы; на таких участках они называются выводными ледниками.

Полярные ледниковые покровы практически всегда выходят к океанам и морям и активно взаимодействуют с их водной массой. Они могут вторгаться в холодные мелководные моря, вы двигаясь на материковый шельф. В результате их лёд погружается в воду, т.е. в более плотную, чем он сам, среду. Это приводит к образованию шельфовых ледников -- плавучих фирново-ледяных плит, толстых у основания и утончающихся к фронтальным обрывам. От них периодически откалываются айсберги. На контакте с морем ускоряется движение ледяных потоков, их концы всплывают, образуя плавучие языки, которые тоже становятся источником огромного количества айсбергов. В целом вся жизнедеятельность ледниковых покровов, взаимодействующих с океаном, попадает в сильнейшую зависимость от его глубин, температурного состояния, ледовитости, режима течений и прочих океанологических факторов. По этой причине такие покровы называют «морскими».

Одно из следствий взаимодействий «морских» покровов с океаном -- особая роль «айсбергового стока» в их балансе массы. В Антарктиде, например, потери на откалывание айсбергов составляют более 90% от всего расхода льда. Другое их следствие, недавно ставшее предметом широкой дискуссии, -- возможная неустойчивость «морских» покровов, чреватая угрозой катастрофических распадов. Большую озабоченность, и не только среди учёных, вызвал тревожный прогноз о предстоящем распаде Западно-антарктического щита, за которым последовал бы скачкообразный подъём уровня океана на 6--7 м. Только пред ставьте себе, что произойдёт, если этот прогноз осуществится. Ведь окажутся затоплены Нидерланды, Флорида, Бангладеш, где многие десятки миллионов людей живут на высоте всего лишь нескольких метров над уровнем моря. Затопление угрожало бы приморским городам и других стран, всем морским портам мира.

Отдельно лежащие ледниковые купола или щиты -- явление сравнительно редкое. Гораздо чаще встречаются ледниковые покровы, т.е. груп пы из нескольких куполов, щитов и ледяных потоков, слившихся друг с другом. Небольшие ледниковые покровы типичны для островов субантарктики и Арктики, в связи с чем их называют «островными». Настоящие же ледниковые по кровы, по масштабам соизмеримые с материками и потому называемые «материковыми», сейчас можно видеть только в Антарктиде и Гренландии. (http://www.umeda.ru/ice_sheets).

10. Палеогляциология

Древние оледенения

Изучение древних оледенений началось более 200 лет назад. Лучше всего выявлены следы оледенений четвертичного периода, самого молодого этапа истории Земли, продолжительностью 1,8 млн. лет. Долгое время считали, что новейший этап развития оледенений ограничивался завершающей частью четвертичного периода - плейстоценом. Однако новые исследования показали, что последний ледниковый этап имел гораздо большую длительность и своими истоками уходил в миоцен; соответственно предлагается более широкий термин: позднекайнозойский ледниковый этап. Этим этапом вовсе не ограничивается изучение системы "оледенение - жизнь", так как наша планета испытала еще несколько более древних ледниковых этапов, которые повторялись примерно через 200-250 млн. лет. Помимо позднего кайнозоя, следы оледенений четко установлены в карбонеперми, раннем палеозое и докембрии. Все эти вспышки ледниковых процессов непосредственно связаны с периодами интенсивного горообразования и, таким образом, отражают результаты глубинных процессов в недрах Земли. Вероятно, оледенения были не случайными эпизодами, а вполне закономерными вехами в эволюции всей ее природы.

Вполне понятно, что изученность оледенений во многом зависит от сохранности их следов, выраженных в отложениях и рельефе. Поэтому выделение признаков древних оледенений всегда непросто, особенно в горных странах, где преимущественно представлены самые молодые ледниковые отложения и формы рельефа.

Типичные древние ледниковые отложения - тиллиты - представляют собой сильно уплотненные плохо сортированные грубозернистые обломочные фации, имеющие сходство с основной мореной ледников четвертичного периода. Однако нередко тиллиты преобразованы под действием текучих вод, особенно ярко проявившимся во время таяния ледниковых покровов.

Во многих странах установлены определенные диагностические признаки древних морен, позволяющие подтвердить их ледниковое происхождение. Тем не менее генезис тиллитов подвергается критике, причем образование их приписывается турбулентным потокам. При обосновании древних оледенений существенное значение придается также наличию штрихованных льдом поверхностей, валунных мостовых, курчавых скал, бараньих лбов и т. д. Убедительным аргументом служит распространенность ледниковых форм, а также наличие парагенетических комплексов ледниковых и перигляциальных (приледниковых) элементов в сочетании с находками остатков холодовыносливых растений и животных.

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

При выделении древних оледенений степень достоверности во многом зависит от геологического возраста. Для докембрийского времени установлены признаки не менее четырех крупных ледниковых эпох, однако в наиболее древних породах (более 2,8 млрд. лет) из-за глубокой метаморфизации трудно выявить надежные признаки ледникового происхождения. Возраст самой древней из ледниковых эпох - гуронской - около 2,3 млрд. лет назад. За ней следовали гнейсёская (950 млн. лет), стёртская (750 млн. лет) и варангская (680-660 млн. лет) эпохи (рис. 1).

Лучше всего изучена последняя из них: ее следы обнаружены почти на всех материках, в том числе и на территории нашей страны. В северных районах Скандинавии известны мостовые из валунов с четкой ледниковой штриховкой, относящиеся к варангской эпохе (рис. 2). Стёртские ледниковые отложения найдены в Австралии, Китае, Юго-Западной Африке и Скандинавии, гнейсёские - в Гренландии, Норвегии и Свальбарде (Шпицберген), гуронские - в Канаде, Южной Африке и Индии.

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

Докембрийские оледенения развивались отнюдь не в исключительных природных обстановках. Напротив, по представлениям А. В. Сидоренко, с раннего архея существовала принципиальная общность геологической истории Земли. Для архея и протерозоя установлены такие же соотношения геологических процессов, как и для последующих эпох. Поскольку древнейшие из известных пород формировались тогда, когда уже была вода в жидкой фазе, естественно, возникает предположение и о длительном развитии жизни, на что указывает присутствие живого вещества в осадочных породах докембрия. Это вещество изменило состав атмосферы и преобразовало геохимическую обстановку осадконакопления. Не исключено, что усиленная фотосинтетическая деятельность примитивных организмов стимулировала развитие древнейших оледенений. Следы оледенений обнаружены и в раннепалеозойских породах. Полнее исследованы ледниковые отложения Сахары, относящиеся к позднему ордовику (460-430 млн. лет назад). Местами встречаются типичные ледниковые долины U-образной формы со следами штриховки на скальных выступах. Кроме того, обнаружены водно-ледниковые осадки и многолетнемерзлые грунты (каменные полигоны). Позднеордовичские ледниковые образования, вероятно, накапливались в высоких широтах поблизости от морского берега.

Изучение позднепалеозойских тиллитов, относящихся к каменноугольному и пермскому периодам, подкрепило концепцию дрейфа материков, выдвинутую геофизиком А. Вегенером в 1912 г. Согласно этой концепции длительное время существовал обширный материк Гондвана, объединявший Южную Америку, Африку, Индию, Австралию и Антарктиду. Максимум оледенения приходился на раннепермское время. Затем в связи с начавшимся смещением этого материка к северу произошло почти одновременное таяние ледниковых покровов. Любопытно заметить, что вероятность развития оледенения Гондваны отмечалась еще в середине XIX в., когда теория материкового оледенения фактически еще не была разработана.

Рассмотрим теперь некоторые данные об оледенении в разных частях Гондваны. В Южной Америке только в бассейне р. Параны ледниковые отложения позднего палеозоя прослеживаются на территории площадью более 1,5 млн. км2. Хотя во многих местностях, особенно вдоль подножий Анд, эти отложения находятся не в первичном залегании, в ходе исследований были найдены классические признаки деятельности ледников: основные морены, поверхности с валунной отмосткой, выработанные ледниками долины, бараньи лбы, озы и др. Судя по палеоботаническим данным, эти ледниковые образования относятся к разным этапам каменноугольного периода и самому началу пермского периода, 335-260 млн. лет назад, Вероятно, это была одна из наиболее продолжительных ледниковых эпох, включавшая не менее 17 подвижек ледников; преобладал перенос льдов с востока на запад.

Позднепалеозойские ледниковые отложения Южной Африки были описаны в 1870 г., когда было введено понятие о тиллитах серии двайка и были найдены поверхности с валунной отмосткой, долины, заполненные ледниковыми осадками, и т. д. Местами установлены признаки перемыва тиллитов текучими водами. Благодаря детальным текстурно-фациальным исследованиям удалось выделить несколько самостоятельных ледниковых лопастей, причем некоторые из них двигались с юго-востока Южной Африки в Южную Америку (рис. 3). Эти ледниковые лопасти существовали примерно в одно и то же время.

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

Всего в Южной Африке в позднем палеозое обособлено четыре ледниковых цикла в интервале 345-270 млн. лет назад. Так же, как и в Южной Америке, максимум оледенения приходился на конец каменноугольного и начало пермского периодов. Оледенение развивалось в полярных широтах на низменной суше, хотя местами есть признаки существования горных ледников.

На территории Индии в 1859 г. было описано позднепалеозойское оледенение талчир, следы которого представлены слабосортированными осадками, основными моренами, поверхностями с валунной отмосткой. Находки ископаемой флоры позволили выяснить, что талчирские ледниковые слои накапливались в конце каменноугольного и самом начале пермского периодов (285-270 млн. лет). Всего в Индии различают три главных цикла развития этого оледенения, причем общая обстановка примерно сходна с южноафриканской.

Позднепалеозойские ледниковые отложения были обнаружены и на большей части Австралии. Здесь найдены следы горного и покровного оледенений, которые указывают на тесную зависимость от ухудшения климата, обеднения состава флоры и фауны с середины каменноугольного периода. Горное оледенение, возможно, перестало самостоятельно существовать в связи с образованием крупного ледникового покрова в начале пермского периода (280 млн. лет назад) на юго-востоке Австралии. Этот покров удерживался на протяжении примерно 10 млн. лет, а впоследствии горные ледники местами сохранялись до казанского времени (250-245 млн. лет назад).

В Антарктиде позднепалеозойские ледниковые отложения были найдены в Трансантарктических горах и горах Элсуэрта. Предположительно развитие этого оледенения относят к тому же самому временному интервалу, что и в других частях Гондваны (конец каменноугольного и начало пермского периодов). Антарктида около 280 млн. лет назад, как и в настоящее время, находилась в полярных широтах. Следовательно, в истории этого континента оледенения неоднократно повторялись.

Уместно заметить, что данные по ледниковым отложениям и истории оледенения позднего палеозоя - отнюдь не единственный аргумент в пользу концепции дрейфа материков. Не менее важная информация получена благодаря применению палеомагнитного метода, сейсмических исследований и бурения океанических осадков. Достаточно хорошо изучено географическое положение отдельных материков за последние 200 млн. лет; на основании этого можно проследить черты сходства и различия ископаемых организмов, пути их распространения, возможные случаи изолированного развития и т. д.

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

Этап активизации оледенений на рубеже каменноугольного и пермского периодов совпал со значительными изменениями состава флоры и фауны. Если каменноугольный период характеризовался господством земноводных, то с Перми началось распространение пресмыкающихся. Особенно хорошо изучены пермские пресмыкающиеся Южной Африки, включавшие целый ряд травоядных и хищных форм, которые обитали в условиях умеренно теплого климата. В то же время в Северной Америке и Европе животный мир был более разнообразен: помимо пресмыкающихся, там водились различные земноводные и рыбы. Природные условия этих материков, возможно, приближались к пустынным.

Позднекаменноугольное время, как известно, совпало с накоплением мощных залежей угля, что обусловливалось быстрым ростом биомассы. Климат тогда был довольно однообразным, без резких сезонных различий, о чем свидетельствует отсутствие годичных колец у деревьев. На рубеже каменноугольного и пермского периодов резко изменилась растительность. Под влиянием оледенения на материке Гондваны распространились формации папоротникообразных - флора Glossopteris (рис. 4), приспособившиеся к перигляциальным обстановкам и резко отличавшиеся от космополитических формаций других материков. Таким образом, именно оледенение Гондваны обострило температурные контрасты полярных и экваториальных широт и дифференциацию природных зон, что сыграло важную роль в развитии биосферы.

Природные условия ледниковой эпохи

Перемещение животных и растений

Конечно, в ледниковые эпохи живые организмы испытывали большие трудности. Климат становился все холоднее, ледники возникали и распространялись, и растения и животные были вынуждены переселяться, продвигаясь в районы, где были более благоприятные жизненные условия, и ведя при этом активную борьбу за жизненное пространство. Все это напоминало медленное передвижение беженцев из зоны сражений в безопасные места. Однако в данном случае речь шла не о переселении отдельных особей в течение нескольких дней или недель. Вероятнее всего, лишь отдаленные потомки тех особей, которые начали переселяться, лишь через много поколений, через сотни или даже тысячи лет, достигли места, где они могли наконец обосноваться и не быть вынужденными переселяться еще дальше.

Растения и животные, обитавшие высоко в горах, понемногу спускались вниз по горным склонам, пока не достигали условий, подобных тем, в которых они жили до начала ледниковой эпохи. Те, которые жили на севере, должны были перемещаться на сотни километров к югу, уступая место ледникам. Края огромных ледниковых покровов быстро надвигались на поверхность суши; иногда скорость их продвижения превышала 30 метров в год. Как мы увидим, некоторые млекопитающие приспособились к ледниковым условиям; у них образовался волосяной покров и защитная прослойка жира, что позволило им жить и в холодных местах, но этот процесс происходил медленно, и для его завершения потребовалось две или три ледниковых эпохи.

Переместившись достаточно далеко, большинство организмов в конце концов находило территорию, на которой условия, по крайней мере были близки к тем условиям, в которых они обитали раньше, но она никогда не могла быть в точности той же, уже хотя бы потому, что на ней возникала конкурентная борьба между коренными обитателями, которые никуда не уходили, и пришельцами, которые посягали на их права. Если бы скорость эволюции не была слишком мала по сравнению с продолжительностью ледникового периода, то влияние этого переселения и борьбы за существование выразилось бы в образовании множества новых видов, а не ограничилось бы теми довольно скромными результатами, которые мы находим зафиксированными в палеонтологической летописи. Конечно, то, что мы знаем о природных условиях ледниковой эпохи, как и о более ранних этапах истории, мы узнали, изучая ископаемые остатки.

Природные условия Северной Америки

При создании карты природных условий последней из ледниковых эпох мы определяли ландшафтные зоны прошлого на основании ископаемых остатков растений и животных, находившихся в нашем распоряжении. Хотя и довольно многочисленные, эти ископаемые были из относительно небольшого количества мест, где могут накапливаться и сохраняться остатки наземных организмов, - из болот и торфяников, пещер, речных долин и других подобных мест. В промежутках между точками, где были сделаны находки, мы должны при построении карты основываться на логических предположениях, постепенно совершенствуя и дополняя их.

Область к югу от ледникового покрова. Наиболее важным элементом карты природных условий, существовавших 15 000-20 000 лет назад (рис. 66), является южная граница огромного ледникового покрова, которая протягивалась от подножия Скалистых гор до берегов Атлантического океана более чем на 3000 километров. Край ледникового покрова образовывал огромный широкий уступ; в зимнее время он покрывался снегом, а летом на нем выступал на поверхность грязный сероватый лед. Этот уступ поднимался на высоту 1500 метров на расстоянии первых 80-90 километров, а дальше, поднимаясь более полого, возможно, достигал 3000 метров. Летом по поверхности уступа стремительно стекали небольшие и неглубокие потоки талых вод, местами образуя озера у самого края льда, или продолжая свой путь по ближайшим долинам, идущим от края ледника. Некоторые из самых крупных таких долин показаны на этой карте. Потоки талых вод отлагали на дне долин такое большое количество песка и гальки, что появляющаяся в долинах растительность сразу же оказывалась занесенной. Поэтому, по крайней мере вблизи ледника, днища долин представляли собой обнаженную песчано-галечную поверхность, пересеченную сетью русел. Сами долины были длиннее, чем сейчас, потому что, как мы увидим, Атлантическое побережье располагалось дальше к востоку, чем в настоящее время.

За исключением днищ долин, примыкающая к краю ледника местность была покрыта тундрой с редкими группами ели. Тундровые почвы всю зиму находились в мерзлом состоянии, а летом были очень сильно увлажнены. В начале лета в тундре, вероятно, носились тучи комаров. Зимой вблизи края ледника часто стояла ясная холодная погода, перемежающаяся сильными снегопадами. Летом климат едва ли можно было считать хорошим, потому что постоянно было пасмурно и часто выпадал снег или шел дождь. Довольно неприятный климат был результатом присутствия ледяного покрова, который, можно сказать, приносил с собой непогоду. Этот покров высотой со Скалистые горы представлял собой непреодолимую орографическую преграду для сравнительно теплых и влажных воздушных масс, которые двигались к северу и востоку от Мексиканского залива и в меньшей степени - на восток от Тихого океана. Край ледника представлял собой границу и, как всякая граница, создавал "конфликты". Встречая ледяной барьер, теплый воздух был вынужден подниматься над ним. При этом он охлаждался, влага в нем конденсировалась, образуя облака, и выпадала в виде дождя или снега на ледяном щите или в прилежащей зоне. Некоторые влажные воздушные массы сначала приближались к ледниковому покрову западнее Миссисипи, а потом отклонялись ледяным массивом и двигались к востоку вдоль края льда, и на всем их пути вплоть до Ньюфаундленда из них непрерывно шел снег или дождь.

Возвращаясь к узкой полосе тундры, мы можем видеть, что она образовывала узкий длинный отрог к югу вдоль Аппалачских гор. Сравнительно большая высота этих гор обусловливала холодный климат здесь даже в летнее время.

Южнее от зоны сплошной тундры разрозненные группы елей сливались, образуя тайгу северного типа, протянувшуюся далеко к югу, причем ель постепенно сменялась широколиственными породами деревьев. Восточнее Аппалачских гор, помимо елей, в этих лесах росло много сосен. Еще дальше к югу северные леса постепенно переходили в леса умеренной зоны, состоявшие главным образом из широколиственных пород. Такие леса распространялись от штатов Джорджии и Флориды к западу, переходя где-то западнее Миссисипи в редколесья. Между деревьями произрастали травы и низкие злаки. Сейчас такая растительность покрывает обширные площади в юго-восточной части штата Монтана и развивается в основном там, где климат слишком засушлив и густые леса не могут расти.

Если мы снова посмотрим на рисунок 66 и обратим внимание на общее распределение растительности ледниковой эпохи, которое мы только что описали, мы можем сравнить его с современным распределением растительности, показанным на рисунке 35. Различие в распространении растительности явно отражает более низкие температуры ледниковой эпохи, когда растительные зоны сдвигались к югу и изменяли свою ширину. Там, где сейчас на Великих равнинах простираются естественные степи с редкими деревьями (за исключением искусственных защитных лесных полос), в ледниковую эпоху, вероятно, произрастали леса на севере и сосновое редколесье далее к югу, причем разреженная древесная растительность проникала даже в пределы Мексики. По берегам рек росли галерейные леса - полоски древесной растительности, корни которой достигали воды в любое время года. Такие полоски леса и сейчас растут на засушливых Великих равнинах по берегам рек.

Рис. 66. Облик территории Соединенных Штатов и южной Канады 20 000-15 000 лет назад. Границы между растительными зонами показаны приближенно, особенно на юге и юго-западе

1 - ледниковый покров; 2 - тундра с редкими еловыми деревьями; безлесные пространства; 3 - лес, преимущественно еловый на севере, с небольшой примесью ели на юге; 4 - еловый лес с примесью сосны; количество сосны возрастает к югу; 5 - смешанный лес с широколиственными породами деревьев; 6 - сосновое редколесье с травянистой растительностью; 7 - травянистые пространства с очень редкими сосновыми деревьями; 8 - днища долин, сложенные песчано-галечными отложениями, принесенными ледником (растительность не показана)

Западный район; плювиальные озера. На карте растительности ледниковой эпохи изображена территория США восточнее Скалистых гор; горные территории, расположенные западнее, не показаны отчасти потому, что мы располагаем о них слишком скудной информацией, а также потому, что мы не можем показать имеющиеся у нас сведения на мелкомасштабной карте. В целом в горах растительные зоны, очень узкие из-за крутизны склонов, продвигаются вниз по горным склонам приблизительно на 600 метров по вертикали, а в некоторых районах и на значительно большее расстояние.

Рис. 67. Схема части района Хребтов и Впадин и прилежащей территории, показывающая: А. современные озера, большей частью засоленные и мелководные

Поразительное изменение природных условий происходило в районе Хребтов и Впадин [Запада США. - Ред.]. Большое количество бессточных впадин частично или полностью заполнилось водой и образовало озера (рис. 67). Самое большое древнее озеро Бонневиль достигало более 300 метров глубины и по объему было сравнимо с современным озером Мичиган. В период существования этих озер на них сформировались пляжи и дельты, на дне отлагались осадки, в которых сохранились ископаемые рыбы и другие организмы. Когда вода испарилась и озера высохли, отложения оказались на поверхности, и сейчас среди пустыни они представляют собой удивительное зрелище.

Рис. 67. Схема части района Хребтов и Впадин и прилежащей территории, показывающая: Б. озера, существовавшие 20 000-15 000 лет назад. Увеличение количества озер в северной части района было результатом менее жаркого климата

Типичная впадина в районе пустыни Мохаве в юго-восточной Калифорнии показана на фото 54. Центральная часть ее, сухая, покрытая белой солью и почти совершенно плоская, занимает около 30 км2. Здесь выпадает очень мало дождей (150-250 миллиметров в год) (По данным справочников даже меньше. - Прим. ред), а летние температуры очень высоки. Очевидно, когда эти впадины были заполнены водой, климат здесь был совсем другим. Было высказано предположение, что различие заключалось в основном в большем количестве выпадавших в то время осадков, и поэтому древние озера получили название плювиальных озер (то есть "озера, образованные дождями"). Это название сохраняется за ними и до сих пор, хотя сейчас стало понятно, что в гораздо большей степени, чем увеличение осадков, на формирование озер влияло снижение температур, которое существенно уменьшало скорость испарения, особенно летом.

Фото 54. Котловина сухого озера Сёрлс, Калифорния.

Вид с самолета на юго-восток, на белую засоленную плоскую поверхность, представляющую собой дно высохшего озера. Пунктиром показано наивысшее положение береговой линии древнего озера Сёрлс, почти на 200 м выше современного днища. Когда уровень озера был на этой отметке, вода переливалась по, протоке, теперь высохшей, в другую впадину (левая задняя часть снимка), где образовалось другое, еще более глубокое озеро

Снижение температур (вероятно, на 5-6° С по сравнению с современными), отмеченное в районе Хребтов и Впадин во время существования плювиальных озер, относится к ледниковой эпохе. Радиоуглеродные датировки озерных отложений показывают, что впадины заполнились водой незадолго до того, как великое оледенение достигло максимального своего распространения, а по мере того, как ледники таяли, озера сокращались, и наконец около 6000 лет назад большинство озер высохло. Это не означает, что ледники были причиной образования озер. Скорее, ледники и озера были проявлением реакции среды в различных районах на снижение температур, характерное для ледниковых эпох.

При снижении температуры и увеличении количества воды из-за уменьшения испарения пустынная растительность могла сохраниться только в наиболее жарких и сухих местах. Обширные площади вокруг озерных впадин занимали редколесья из сосны и можжевельника, а выше на горных склонах росли леса из сосны, ели и пихты. Изменение растительного покрова привлекло в эти районы многих животных.

Уровень океана в ледниковую эпоху

Одно из самых ярких изменений в ледниковую эпоху - это снижение уровня океана, вызванное не поднятиями суши, а уменьшением количества воды в океане. Вернувшись к вопросу о круговороте воды в природе (рис. 4), мы сможем понять, почему это происходило. На Земле существует ограниченное количество воды. В любой момент часть ее находится в море, часть - на пути к суше, в виде атмосферной влаги, а часть задерживается на суше в виде озер и ледников или в виде грунтовых вод. Только некоторое количество воды возвращается обратно в море. Уровень моря в любой момент отражает соотношение между количеством воды, находящимся в каждом из этих четырех состояний.

Когда в ледниковую эпоху температуры снижались, большая часть осадков выпадала в виде снега и меньшая - в виде дождя. Образовались ледники. Поскольку в море теперь возвращалось меньше воды, потому что большая часть ее, участвующая в круговороте, накапливалась на суше в виде льда, глубина моря должна была уменьшаться.

Современный уровень моря (рис. 68, А) определяется количеством воды, которое исключается из круговорота и существует в виде ледников Антарктиды и Гренландии, потому что где-либо в других местах льда совсем мало. Но 20 000 лет назад образовавшиеся ледники распространялись в средних широтах так далеко, что на суше существовало огромное количество дополнительного льда. Рассчитав количество этого льда и зная площадь океана, мы можем определить, насколько должен был снижаться уровень моря в это время. Уровень океанд должен был снижаться почти на 90 (По новейшим расчетам - уровень океана понижался на 100 метров. - Прим. ред) метров (рис. 68, Б). Вот почему на рисунке 66 восточный берег Америки показан гораздо дальше к востоку, чем он находится сейчас. Когда береговая линия занимала это положение, большая часть современного континентального шельфа была сушей и представляла собой обширную береговую равнину, покрытую лесами и, возможно, густо населенную животными. В это время река Гудзон протягивалась к востоку от того места, где сейчас находится город Нью-Йорк, еще почти на 160 километров и там впадала в океан. Ее узкая долина до сих пор выделяется на континентальном шельфе. Остров Лонг-Айленд и расположенный восточнее полуостров Кейп-Код, а также небольшие острова соединялись вместе и образовывали часть однообразной равнины, сначала покрытой льдом, а потом, по мере таяния ледника, постепенно появлявшейся на поверхность.

Рис. 68. При современных условиях (А) в средних широтах на суше, почти полностью свободной от льда, вся испаряющаяся с поверхности океана вода возвращается в океан. Но в ледниковую эпоху (Б) большое количество воды задерживалось в замерзшем состоянии на суше. Поэтому в океан возвращалось меньше воды и уровень моря соответственно понижался. И наоборот, если бы в Антарктиде и Гренландии не существовало ледников (как это было в меловое время), уровень океана был бы гораздо выше (приблизительно на 40 м), чем сейчас

Остатки растительности прибрежных лесов и болот, существовавших при более низком уровне моря, были обнаружены в буровых скважинах, заложенных в поисках нефти. Другие подобные остатки встречаются на поверхности морского дна; местами там находят пни и даже вертикально стоящие стволы деревьев а корневой системой. Рыболовными сетями с поверхности шельфа были извлечены зубы и кости животных ледниковой эпохи. Но гораздо большее количество ископаемых остатков погребено под отложениями, накопившимися за то время, пока уровень океана поднимался до своих современных отметок, и теперь они залегают в толще морских отложений.

Гудзон - не единственная река, имеющая глубокую, затопленную долину. Многие другие реки на Атлантическом побережье тоже занимают глубокие долины, которые были врезаны в коренные породы во время гораздо более низкого уровня океана, а потом полностью или частично заполнились отложениями. Подобные затопленные долины нанесены на карты прибрежных областей океана и в других местах.

У тех участков побережья, где сейчас глубины малы, снижение уровня океана в ледниковую эпоху вызвало воссоединение островов с материком. Достоверно установлено, что это произошло с Британскими островами, которые оказались присоединены к Европе широкой равниной, смыкавшейся с Францией на юге и с Данией на востоке. По этой равнине в различное время свободно перемещались крупные млекопитающие - слоны, носороги, бегемоты, - а также и более мелкие. На месте современного пролива Ла-Манш находилась долина реки, текшей к западу, а Рейн продолжался далее к северу, занимая долину, которая сейчас находится на дне Северного моря. Он впадал в океан значительно восточнее северной Англии.

Таким же образом Аляска соединялась с Сибирью, Сибирь - с Японией, Малаккский полуостров - с Суматрой, Явой, Борнео [ныне Калимантан. - Ред.], а Австралия - с Новой Гвинеей и Тасманией. Хотя предположения об этом первоначально основывались только на существовании малых глубин в местах предполагаемых сухопутных мостов, но в большинстве случаев они были подтверждены находками одинаковых ископаемых животных по обе стороны "моста" - таких млекопитающих, которые могли попасть куда-либо только по суше.

Млекопитающие ледниковой эпохи

Северная Америка. Выше были описаны зоны растительности, существовавшие в Северной Америке во время последней ледниковой эпохи. Значительная часть наших знаний о них основана на ископаемой пыльце растений. Теперь мы можем перейти к млекопитающим, которые обитали в этих зонах. Изучение ископаемых остатков животных показало, что их распространение соответствовало распространению растительности. Животные, которые обитали в еловых лесах ледниковой эпохи, принадлежат приблизительно к тем же группам (хотя и не всегда к тем же видам), которые населяют еловые леса сейчас; так же обстоит дело и с остальными растительными зонами. Это соответствие служит подтверждением наших общих выводов о растительности прошлого.

В зоне тундры, расположенной вдоль края ледника, самым крупным и заметным млекопитающим был мамонт, который был немного ниже ростом (на 60-90 сантиметров) современного африканского слона и имел короткий хвост. Хотя предки его существовали уже в начале кайнозоя, мамонт как специализированная форма возник недавно и приспособился к очень суровому климату. Длинная ость его шерсти (25-40 сантиметров), напоминавшая по форме огромные крысиные хвосты, выдавалась над густым подшерстком. Сразу же под кожей был слой жира толщиной в 5-8 сантиметров, и жировая подушка покрывала верх черепа. Четырехпалая стопа была очень широкой, и это было очень удобное "приспособление" для заболоченных пастбищ. Благодаря находке одного экземпляра, сохранившегося полностью, вместе с шерстью, кожей и мягкими тканями тела в мерзлом грунте, мы знаем, что мамонт питался тундровой растительностью. Во рту у него сохранилась пища, которую он не успел проглотить, состоявшая из тундровых растений. Коренные зубы, имевшие складчатое строение, как у поздних форм лошадей, были приспособлены для питания травянистой пищей и потому соответствовали условиям тундры.

Хотя часто говорят, что трупы мамонтов с сохранившейся кожей, мясом и т. д. были найдены во льду ледников и что эти животные погибли из-за какой-то неожиданной климатической катастрофы, мы считаем это неверным. Действительно, четыре почти полностью сохранившихся туши мамонта и 35 частично сохранившихся были найдены в северной Сибири, в зоне вечномерзлого грунта. Но данных о том, что все сибирские мамонты погибли в результате катастрофы, нет. Напротив, эти туши свидетельствуют лишь о том, что отдельные животные иногда погибали, или утонув в озере или в болоте, или будучи заживо погребенными при обвале берегового обрыва. Находки замороженных туш мамонтов не противоречат принципу актуализма.

Мамонты очень широко распространились по всей Америке, от Атлантического до Тихого океана, и дальше через перемычку суши в Евразию, где они продвинулись на запад до Атлантического океана. Их было много. В XVIII-XIX вв. только в Сибири было найдено 40 000-60 000 мамонтовых бивней. Они попали на рынок и использовались для изготовления бильярдных шаров, клавишей музыкальных инструментов, шахмат и т. д. до тех пор, пока их не вытеснили пластмассы. Помимо мамонтов, тундру населяли северные олени карибу и мускусные быки, до сих пор живущие в арктической зоне Северной Америки и в Гренландии. Кроме того, там было много грызунов, особенно леммингов.

Самым замечательным обитателем зоны еловых лесов, в которую переходила тундра, был американский мастодонт, коренные зубы которого приспособились к пережевыванию веток деревьев. В тундре он чувствовал себя, вероятно, менее уютно, но он мог прокормиться всюду, где росли деревья. Поэтому мастодонт был распространен почти во всех частях США, покрытых в то время лесом, вплоть до Флориды и даже центральной Мексики на юге. Еще две особенности строения мастодонта, помимо устройства зубов, давали ему возможность жить в лесу: он был меньше мамонтов и его клыки были гораздо короче по сравнению со всем телом. Поэтому он мог легче передвигаться в густых зарослях деревьев.

Вместе с мастодонтами в зоне еловых лесов обитали лоси (особенно в заболоченных местах), гигантские лоси, ныне вымершие, вымершее травоядное животное, напоминавшее мускусного быка, которое было приспособлено к обитанию в лесу и в редколесье, необычайный гигантский бобр и другие виды грызунов, оленей, медведей и крупных кошачьих.

В широколиственном лесу, еще более удаленном от ледникового покрова, жили лошади, верблюды, бизоны, крупные кошки, в том числе саблезубые, медведи, волки, по крайней мере, два вида слонов, не приспособленных к жизни в арктических условиях, и мастодонты. Кроме того, здесь были тапиры, пекари и броненосцы из Южной Америки, а на западе - огромные коробчатые черепахи, достигавшие более метра в длину.

В лесостепях, покрывавших большую часть Великих равнин, обитали слоны, лошади, верблюды, бизоны, олени, антилопы, волки, наземные ленивцы, мигрировавшие сюда из Южной Америки, и множество мелких млекопитающих, главным образом грызунов.

Одно из богатейших местонахождений ископаемых остатков ледниковой эпохи представляет собой ранчо Ла-Бреа, которое ныне входит в город Лос-Анджелес, но сохранено как маленький заповедник и музей. Здесь есть ряд выходов нефти, которая сейчас затвердела в виде асфальта; в жидком виде нефть скапливалась в понижениях, образуя огромные лужи. В зимнее время эти нефтяные озера покрывались слоем воды, привлекавшей большое количество животных. Млекопитающие и даже птицы увязали в нефти, то же самое происходило и с хищниками, которые приходили сюда, привлеченные трупами животных. В течение длительного времени, приблизительно начиная с 40 000 лет назад и кончая 15 000 лет назад, в нефтяных озерах происходило накопление почерневших от асфальта костей сотен тысяч погибших животных, в том числе слонов, верблюдов, лошадей, бизонов, наземных ленивцев, волков, кошачьих, в том числе саблезубых тигров, гигантских хищных птиц и множества других животных. Остатков одних только саблезубых тигров было изучено более 2400 штук. Кроме того, были найдены тысячи ископаемых насекомых и ископаемых остатков деревьев-ивы, кипариса и других.

В целом во многих частях Соединенных Штатов существовала богатая фауна млекопитающих, приближавшаяся по количеству и разнообразию к фауне до сих пор существующей в Восточной Африке, несмотря на влияние человека, который живет здесь, возделывает землю и охотится. В одном только штате Небраска было собрано и изучено более 85 видов ископаемых млекопитающих ледникового возраста.

Описание млекопитающих ледниковой эпохи, данное ниже, основано главным образом на находках, относящихся к последнему ледниковому периоду, 15 000-20 000 лет назад. Описание остатков животных более ранних ледниковых эпох потребовало бы от нас множества дополнительных объяснений. Однако мы можем сказать, что по более древним находкам прослеживается такое же перемещение животных в более теплые области во время каждой ледниковой эпохи и обратное перемещение во время более теплых периодов межледниковий. В ходе всего этого процесса передвижения то в одну, то в другую сторону происходила медленная эволюция видов и родов животных.

Евразия и Африка. Сравним теперь условия, существовавшие во время ледниковых эпох в Старом свете - Евразии и Африке, - с теми, которые существовали в Северной Америке. Сейчас для того, чтобы найти в Европе тундру, нам пришлось бы подняться в горы Швеции и Норвегии или отправиться на побережье Северного Ледовитого океана. Но в ледниковую эпоху тундра и другие безлесные пространства простирались по всей Западной и Центральной Европе и на юге почти достигали берегов Средиземного меря. К северу от широты Альп росло очень мало деревьев. Северная Европа была покрыта льдом, толщина которого местами превосходила три километра. Покрыты льдом были и основные горные области, расположенные южнее. Не только ископаемая растительность, но также распространение и мощность мерзлого грунта в это время свидетельствуют о том, что область Центральной Европы, расположенная к югу от ледника, была холоднее соответствующих областей Северной Америки. Благодаря особенностям распределения суши и моря, различий в системе ветров и наличию Альп и других высоких гор к северу от Средиземноморья лишь небольшие массы теплого воздуха могли достигать центральных областей Европы.

Этот необычайный холод в Европе, особенно в Центральной Европе, оказал поразительное влияние на древесную растительность. До начала вторжений ледника в Европе существовала богатая флора, включавшая много видов деревьев. Но в течение каждой ледниковой эпохи происходило вымирание некоторых видов, наиболее чувствительных к холоду. Альпы и другие горы, за которыми находилось Средиземное море, не оставляли деревьям никакого убежища на время оледенений. Поэтому после каждого оледенения на европейской территории древесных пород становилось все меньше. В Северной Европе сейчас существует лишь шесть пород широколиственных деревьев, которые сумели пережить оледенения.

В Северной Америке все происходило совсем иначе. Несмотря на оледенения, древесная растительность оставалась богатой и разнообразной. Так как между краем ледника и Мексиканским заливом нет горных цепей, деревья могли свободно "смещаться" во время ледниковых эпох к югу, в зону умеренного климата и пережидать там оледенения, а потом "возвращаться" на места своего прежнего обитания. В современной Северной Америке произрастает гораздо больше видов деревьев, чем в Европе. Обширные холодные пространства Центральной Европы, бывшие столь неблагоприятными для произрастания деревьев, напротив, были необычайно благоприятными для обитания здесь мамонтов, северного оленя, мускусных быков и тундрового шерстистого носорога, который почему-то никогда не жил в Северной Америке. Это было травоядное животное, приспособленное к очень холодным условиям, имевшее длинную шерсть и подкожный слой жира, как и большинство мамонтов. К другим тундровым видам принадлежали полярные зайцы, лемминги и многие другие грызуны. В лесах и редколесьях жили лоси, гигантские олени, медведи и хищники - крупные кошки и гиены. В более сухих восточных областях, в Центральной Азии, обитали несколько видов антилоп, дикие ослы, грызуны. Так же, как в Северной Америке во всех зонах (от края ледника до Флориды) обитали мастодонты, во всех зонах Евразии - лошади, рогатый скот и европейские бизоны.