Евгений Черных. В ледовых тисках плейстоцена. Узловые сюжеты миллионолетней истории человечества

Невозможно пройти мимо того очевидного факта, что вся протяженная — более чем в 2,5 млн лет — история палеолитического человека от самого ее начала полностью и безусловно укладывалась в ледниковые века плейстоцена. Воздействие же геоэкологического компонента на культуры древнекаменного века было особенно суровым и жестоким, поскольку технологический «щит» древнейших человеческих культур был еще не надежен по сравнению с культурами более поздних периодов.

Диапазон физических условий для нормального существования человечества особой широтой никогда не отличался, и любой выход за его рамки грозил весьма серьезными последствиями. Мы же — наблюдатели голоценовой поры — с ее отдаленных миллионолетних высот стремимся понять, что же в реальности представлял собой загадочный мир плейстоцена с его ледниками, покрывавшими фантастические площади суши? Как и в каком порядке слагались важнейшие вехи этой эпохи? Каковы причины глобальных перемен?..

Вопросы эти совсем не простые, и от аргументированных ответов на них будут в значительной мере зависеть наши общие оценки древнейших культур Homo. В этой статье постараемся обрисовать важнейшие и наиболее общие детали гигантского базового полигона, на котором формировалось человечество и без которого никакое развитие не могло состояться.

Рассмотрим вкратце историю взглядов на этот полигон, равно как и не всегда легко осознаваемую его динамику. Может показаться, что тем самым мы отстранимся от главного направления исследования. Однако это не так, ведь данная проблема не только чрезвычайно сложна, но и органически весьма тесно связана с ключевым каналом наших общих подходов к этой тематике.

«Квартет» альпийских оледенений

Пожалуй, рассказ можно начать с того, что уже в начале прошлого столетия в европейской научной среде сложилось устойчивое мнение о четырех важнейших альпийских оледенениях четвертичного периода — это гюнц, миндель, рисс и вюрм. Наименования этих гляциалов восходили по преимуществу к различным речным долинам в Альпах, где были выявлены их наиболее выразительные следы.

Представленные здесь в определенном хронологическом порядке оледенения отражали ключевые этапы геоэкологической истории Западной Европы в среднем и позднем плейстоцене. Сами же гляциалы разделялись межледниковьями (интергляциалами). При этом исследователи определяли общие хронологические рамки этих эпох в достаточно грубом приближении — от 600 до 70/60 тыс. лет назад.

Обоснование поименованных оледенений представил в трехтомном труде 1909 г. ведущий германский геолог Альбрехт Пенк в соавторстве с Эдуардом Брюкнером [1]. Пару десятилетий спустя этот ставший в науке весьма знаменитым ледниковый «квартет» другой немецкий ученый Бартель Эберль преобразовал также в альпийский, но уже «квинтет», присоединив к нему пятое, так называемое дунайское оледенение, датированное существенно более ранним временем и случившееся в начале плейстоцена [2].

Эти гляциалы получили широкое признание не только в западной, но и в российской археологической литературе. Они упоминались в учебниках, изданных как в СССР, так и в Российской Федерации [3–5]. С оледенениями Альп пытались связать и гляциалы более восточных евразийских ареалов. Поэтому в геологической, географической, а также в археологической литературе появились определения иных, но в той или иной мере синхронных с альпийскими оледенений — днепровского, окского, валдайского и ряда других [6].

По всей вероятности, столь тесная связь ледового феномена нашей планеты с древнейшей историей человечества породила неисчислимую массу самых разнообразных произведений — от устных повествований, порой загадочных рассказов и повестей в формате полубеллетристики и даже поэзии, вплоть до научных трудов, насыщенных сложнейшими расчетами и потому весьма трудно понимаемых и воспринимаемых неподготовленными читателями.

Едва ли не бесконечным кажется ряд авторов этих творений — от реальных ученых до туристов и разнообразных любителей природы. Этими сюжетами интересовались, например, революционер П. А. Кропоткин, а также советский капитан дальнего плавания Е. С. Гернет, написавший книгу «Ледяные лишаи (Новая ледниковая теория, общедоступно изложенная)».

Книга эта была издана в Японии в 1930 г. (!). Интересно, что в ней обнаружены некоторые примечательные идеи: к примеру, что устойчивые ледовые панцири («лишаи») сами служат невольными творцами климата в неких ареалах [7].

Во всяком случае, автору этих строк пришлось преодолеть немалые трудности по отбору тех исследователей и их произведений, что представляли реальный интерес — с его точки зрения, разумеется — для плодотворных дискуссий по избранной сложнейшей проблеме.

Милутин Миланкович и его предшественники

В последние пять-шесть десятилетий к наиболее значимым и, может быть, даже популярным фигурам в этой сфере науки можно без сомнения отнести сербского ученого Милутина Миланковича. В различных энциклопедиях и воспоминаниях его представляют не только как климатолога, но и как геофизика и астронома.

Славу ему обеспечило открытие закономерностей повторения климатических циклов в истории Земли, прежде всего — для эпох плейстоцена и голоцена [8–10]. Важнейшие этапы жизни ученого освещались и широко освещаются доныне.

Эти публикации частично приведены и в литературных сносках данной статьи, где наряду с воспоминаниями сербских коллег Миланковича [11–14] указаны работы авторов иных стран [15, 16], включая и российские — в первую очередь, разумеется, перевод на русский язык его ранней книги [17], а также те, где встречаются обширные ссылки на его произведения [18].

Миланкович рассматривал цикличность оледенений и межледниковых периодов нашей планеты сквозь призму перемен в орбитальных характеристиках Земли. Ссылки и реакцию — порой критическую — на его не столь уж многочисленные научные публикации вплоть до наших дней можно встретить в разных источниках — от различных энциклопедий до мелких статей и заметок. Однако первоначально будет резонным бросить взгляд — пусть даже беглый — на ту предысторию, что способствовала формированию взглядов этого выдающегося ученого.

Старт данной предыстории можно, пожалуй, сопоставить с тем временем, когда два изначально развивавшихся независимо друг от друга канала исследований как бы внезапно, но очень тесно переплелись между собой. Первый канал — воистину космический: люди пытаются понять место Земли в космосе, и прежде всего — ее отношение к Солнцу.

Истоки размышлений над этим загадочным вопросом уходят в далекие глубины древности. Ярким символом долгих тысячелетних раздумий над космической загадкой может послужить даже простое упоминание величественного ряда мыслителей, что обращались к этой вечной тайне: от античной древности с фигурами Платона, Аристотеля, Аристарха Самосского, Птолемея до эпохи Возрождения, наступившей через темные полтора тысячелетия, — с Коперником, Галилеем, Ньютоном, Д’Aламбером и Эйлером…

Второй исследовательский канал выглядит совершенно обособленным от космического первого. Он очень заземлен и нацелен на распознавание тайны земных оледенений, которые жестоко преображали жизнь нашей планеты.

Канал оказался несопоставимо более кратким по своей протяженности, да и кроме прочего, все те персоны, что пытались разрешить загадку ледяных земных панцирей, конечно же, были не в состоянии претендовать на места на подиуме рядом с только что упоминавшимися корифеями мысли.

Первые определения ледниковый век, или ледниковая эпоха, появились в 30–40-х годах 19-го столетия. Этими формулировками мы обязаны прежде всего швейцарскому геологу Луи Агассису, которого в энциклопедиях представляют естествоиспытателем и одним из основателей науки гляциологии. Его авторитет признавали и в нашей стране: в 1869 г. Петербургская академия наук избрала его своим иностранным членом-корреспондентом.

Тем временем мысль о возможной связи оледенений с космическими явлениями или же с орбитальными характеристиками Земли захватила отнюдь не астронома, но французского математика Альфонса-Жозефа Адемара (1797–1862). Импульсом послужила вышедшая в 1840 г. книга Агассиса «Исследования о ледниках» [19].

Адемар в своей книге «Революции моря. Периодичность осадков»¹ отстаивал мысль, что ледниковые эпохи должны повторяться каждые 22 тыс. лет [20], при этом опирался он на астрономические наблюдения Д’Aламбера.

Спустя еще 33 года шотландский ученый Джеймс Кролл (1821–1890) стал активно отстаивать идею отчетливой зависимости климата Земли от характера ее орбиты. Основные положения были развиты в его книге «Климат и время в их геологической связи: теория вековых изменений климата Земли», увидевшей свет в 1875 г. [21].

В ней Кролл приводил расчеты влияния Солнца, Луны и планет на характер движения Земли, а также на угол наклона земной оси по отношению к орбите. Он полагал, что все эти особенности подчиняются неким временным циклам и что от всей совокупной взаимосвязи подобного рода явлений зависит в конечном итоге уровень солнечной инсоляции поверхности Земли.

И опять-таки стоит отметить здесь не лишенное любопытности наблюдение. Оба исследователя — и французский, и шотландский — на основе некоторых космических параллелей пытались реконструировать палеоклимат всей Земли, но опору при этом находили только в альпийской схеме оледенений — других ведь тогда выработано не было.

Таковыми вкратце предстают те предпосылки, на которые мог опираться Миланкович в разработке своей теории².

Циклы глобальных климатических перемен по Миланковичу

Миланкович, разумеется, хорошо знал о предыдущих попытках опираться на астрономические признаки для учета ледниковых периодов. В своей знаменитой книге Kanon der Erdbestrahlung und seine Anwendung auf das Eiszeitenproblem³ он специально упомянул о новаторских работах Адемара и Кролла [9, 10], однако отнесся к их выводам весьма критически, утверждая, что обе теории грешат одной и той же ошибкой: в построениях отсутствует корректный учет изменчивости всех орбитальных позиций, влияющих на инсоляцию Земли.

Кроме того, ни одна из теорий не смогла выявить математическую зависимость инсоляции от перемен в наклоне орбитальной земной эклиптики. Поэтому, в согласии с собственной критической оценкой предшественников, Миланкович нацелил свои основные усилия на сложные операции математической обработки узловых изменчивых деталей земной орбиты и ее соотношения с Солнцем. Именно это в конечном итоге и вывело сербского ученого на центровую позицию в исследованиях истории климата нашей планеты.

Определение кардинальных космических / астрономических факторов, воздействующих на общий характер климата Земли, обычно не вызывает значительных разногласий. Очевидным и наиболее действенным каналом подобного влияния считают, как правило, инсоляцию планеты. При этом из активно воздействующих на уровень инсоляции факторов чаще всего называют три: эксцентриситет, прецессию и нутацию.

Эксцентриситет земной орбиты — это числовая характеристика, которая показывает ее «сжатость». Как правило, орбиты планет (в том числе и Земли) не круговые, а в разной степени эллиптические. В такой проекции расположение нашей планеты на орбите четче всего определяют две полярные позиции: перигелий — ближайшая к Солнцу точка, и афелий — наиболее удаленное от светила положение Земли.

Различия в инсоляции планеты между этими позициями могут быть весьма значимыми, однако к Земле это относится мало, поскольку эксцентриситет здесь невелик — всего 0,0167 (к примеру, у Луны он более заметен — 0,0549). Эллиптоидные очертания орбиты видоизменяются медленно, но ритмично, постепенно возвращаясь к исходной форме. Согласно расчетам Миланковича, каждое такое «простое» цикличное колебание укладывается в отрезок около 100 тыс. лет, но максимальный цикл эксцентриситета требует уже примерно 400 тыс. лет.

Второй фактор — прецессия — связан с осью вращения Земли и ее «размахом» (другими словами, речь идет о «вращающейся вершине Земли»). Расчеты Миланковича показывают, что свершение полного цикла укладывается примерно в 26 тыс. лет.

Третий фактор — нутация — это изменяющийся угол наклона оси Земли по отношению к плоскости ее орбиты. Полный цикл нутации, по расчетам Миланковича, требует примерно 41 тыс. лет.

Таковыми предстают основные параметры, изменения которых обусловливают орбитально-космические воздействия на климат Земли, получившие в научной литературе устойчивое название «циклы Миланковича». Воздействия эти могли быть кумулятивными — т.е. совокупно сказываться в одном направлении — в сторону похолодания или же потепления. Могли и наоборот — гасить друг друга.

Скорее всего, плейстоценовое оледенение Северного полушария было вызвано гармоничным слиянием неблагоприятных для этой области Земли орбитальных перемен. По всей вероятности, на фоне существенных изменений прецессии и нутации менее значимые перемены наблюдались у эксцентриситета: земная орбита оказалась весьма близка к правильному кругу.

Однако не исключено, что уже весь «правильный круг» орбиты изменял свое положение относительно Солнца, и тогда это существенно отражалось на близости планеты к центру Солнечной системы и, соответственно, на уровне инсоляции Земли.

Расчеты Миланковича, позволившие реконструировать комплексные характеристики орбитальных циклов, вне всякого сомнения, инициировали очевидный и позитивный прорыв в сфере климатологии. Предложенные им реконструкции могли претендовать и, конечно же, претендовали на картины широкого и по сути глобального охвата буквально всей суши Земли.

Но получилось ли задуманное? И как можно было корректно проверить реальность таких реконструкций?.. Обращение для столь необходимого и важного тестирования к классической картине альпийских оледенений и к их знаменитому «квартету» (гюнц, миндель, рисс, вюрм) кажется вполне понятным. Миланкович пытается совместить предложенные им циклы с этим «квартетом» [11], датированным в рамках последних 600 тыс. лет.

Как будто бы все выглядит отлично!.. Однако всплывают и очевидные «но», ведь избранный для сравнений альпийский полигон пространственно весьма ограничен, а потому его роль выглядит не слишком весомой для истинно глобальных построений. Однако сколько-нибудь надежных и систематизированных материалов с иных пространств Евразии и Америки в те десятилетия выявлено еще не было. И потому воссоздание желаемых широчайших построений словно получало некую отсрочку…

Но дело, пожалуй, заключалось не только в этом: в представленных картинах Миланковича не хватало внимания к локальным — пусть даже весьма обширным — вариациям земного климата, а ведь те зачастую проявляли себя чрезвычайно выразительно и нередко парадоксально. Но это казалось вполне очевидным для многих исследователей даже в ту пору, когда знаменитый климатолог только начинал создавать и оценивать свои построения.

Завершая раздел о творчестве Миланковича, хотелось бы в очередной раз подчеркнуть особое значение этой знаковой фигуры для широких исследований климатологии Земли. И это будет вполне очевидно при обращении к работам последующих десятилетий, вплоть до нынешних дней⁴.

Летопись донных отложений океанов и современных ледников

В те годы, когда Миланкович и его предшественники формулировали свои гипотезы, преобладало мнение, что наиболее ценные сведения о ледниках плейстоценового прошлого можно извлечь из тех континентальных отложений, что многие тысячелетия назад были укрыты могучими ледяными пластами.

Однако в среде специалистов-гляциологов постепенно крепла мысль, что подобного рода ожидаемые результаты изучения ледниковых панцирей минувших тысячелетий вряд ли окажутся справедливыми: ведь все эти отложения чрезвычайно сильно искажены более поздними ледовыми напластованиями. Гляциалы постоянно чередовались с интергляциалами, и каждая новая подвижка льда чаще всего в большей или меньшей степени нарушала и разрушала следы предшествующих оледенений.

При всем уважении гляциологов к классическому «квартету-квинтету», становилось очевидным, что их материалов совершенно недостаточно для воссоздания глобальных картин земного палеоклимата. Поэтому внимание ученых все чаще и чаще стали привлекать донные отложения океанов, а также современные ледниковые щиты Гренландии и Антарктиды. На них отныне и сосредоточилось основное внимание исследователей.

В 50–60-е годы прошлого столетия американский и английский исследователи Ч. Эмилиани (1922–1995) и Н. Шеклтон (1937–2006) установили, что в восстановлении реалий ледниковой эпохи весьма существенную помощь ученым могут оказать два важнейших параметра донных океанских отложений.

Во-первых, это чередование грубых и тонких слоев в осадках, опускавшихся на морское дно с таявших на теплой поверхности моря айсбергов. Во-вторых — изменения количества вторичного изотопа кислорода ¹⁸О, содержащегося в оболочках морских раковинных одноклеточных фораминифер. Ученые пришли к заключению, что изотоп ¹⁸О может служить достаточно надежным материалом для дешифровки климата отдаленных эпох.

Его концентрации отражают температурные изменения в различных морских слоях, и это напрямую связано с ледниковой ситуацией в конкретном ареале в определенное время. Устойчивый характер и строгая стратиграфическая последовательность глубинных донных морских напластований позволяла надеяться на увлекательную перспективу выявления истории ледников на очень широких пространствах.

В 1970-е годы был объявлен международный проект CLIMAP (Climate: Long range Investigation, Mapping, and Prediction), который ставил перед учеными цель реконструкции климата Земли на базе изучения донных океанских отложений. В 1976 г. американские гляциологи Дж. Хэйес, Дж. Имбри, а также уже упоминавшийся Н. Шеклтон провели комплексные исследования материалов, добытых на одной из морских буровых станций.

Она располагалась в Индийском океане на относительно равном расстоянии от Антарктиды, Австралии и Африки. Особое внимание ученые уделили изменениям концентрации изотопа ¹⁸О в глубинных осадках.

По всей вероятности, одним из наиболее впечатляющих результатов проведенных работ стало подтверждение справедливости теории Миланковича, в основе которой лежало предположение о связи оледенений Земли с переменами ее орбитальных параметров и уровня инсоляции. Во всяком случае, опубликованная в 1976 г. статья этих авторов [25] и сегодня воспринимается климатологами как своеобразный маркер нового этапа изысканий в этой науке.

Несколько позднее гляциологи обратились к изучению ледовых отложений Гренландии и Антарктиды. При этом кажется любопытным, что антарктическая станция Восток была создана очень рано — еще в 1957 г., во время 2-й Советской Антарктической экспедиции. Однако материалы изысканий ее сотрудников стали использоваться много позднее, уже синхронно и совокупно с данными гренландских станций, после 1990–1992 гг.

Возможность использования данных ледниковых напластований в реконструкции палеоклимата исходит из того, что в ледовых слоях вполне определенно отражалась картина, характерная для окружающего ледниковый массив океана. Роль своеобразного медиатора между морскими слоями и поверхностными покровами ледников играли испарения и атмосферные осадки.

Всегда и постоянно происходил обмен между океаном и континентальными покровами, включая ледники. Интенсивность и характерные особенности обменных процессов зависели от особенностей палеоклимата в конкретный период — гляциал это или же интергляциал. Кажется, именно в этом таилась разгадка повторов в колебаниях концентраций изотопа ¹⁸О в ледовых слоях буровых колонок.

Вполне возможно, что одним из наиболее значимых результатов работ на ледниковых панцирях стало выявление редко нарушаемой стратиграфической последовательности слоев, отражающей динамику климатических перемен. Картина здесь оказалась весьма сходной с той, что была получена при исследованиях морских донных отложений.

Палеоклиматологические исследования последних десятилетий продолжались весьма активно и на широких пространствах. Поэтому ныне возникла очевидная необходимость подведения хотя бы некоторых промежуточных итогов. Для того чтобы общая картина стала более понятной и впечатляющей, взглянем на книгу Уильяма Раддимана «Климат Земли: прошлое и будущее»⁵ [26]. Эта монография, как представляется автору статьи, в наибольшей степени отвечает поставленной задаче.

Первое и, может быть, главное, что хотелось бы отметить, — это воистину глобальный размах исследований [27, 28]. Они покрывают по существу все континенты, включая Антарктиду, а также охватывают океаны. Таким образом сразу же возникает надежная база для проверки реальности космически-орбитальных построений.

Второе: это, конечно же, подключение к исследованию палеоклимата Земли неисчислимых и тщательно изученных с помощью комплексных методов материалов по хронолого-стратиграфическим анализам отложений морского дна и ледовых щитов Гренландии и Антарктиды [27]. И наконец, третье: все использованные в монографии материалы укладываются в четкие рамки плейстоцена и голоцена.

В книге Раддимана публикуются многочисленные значимые диаграммы, представляющие динамику и тренд развития палеоклимата в различных областях планеты (по преимуществу — в Северном полушарии). Ограничимся демонстрацией лишь одной из диаграмм — она отражает сложные процессы, происходившие в районе Северной Атлантики последние почти 3 млн лет.

Установлено, что первый лед на поверхности Земли появился 2,75 млн лет назад. Но в таком случае — не с этой ли даты следует вести отсчет эпохи плейстоцена? Диаграмма показывает резко выраженные ритмы смены гляциалов и интергляциалов при генеральном относительно плавном тренде общего понижения средней температуры, что отражается в концентрациях изотопов ¹⁸О морских и ледниковых отложений.

На этой же диаграмме можно увидеть и ответ на вопрос, который занимал нас при обсуждении судеб циклов Миланковича: реальными ли выглядят заключения знаменитого ученого сегодня, сквозь призму новейших изысканий? Ответ, безусловно, позитивный, поскольку реальность циклов вполне очевидна.

Все эти сюжеты Раддиман весьма подробно обсуждает в специальной части своей монографии — «Орбитальная шкала климатических перемен» (с. 119–206). Правда, проблемы с конкретикой циклов до конца не исчерпаны⁶, хотя в принципе согласие достигнуто.

Более ясным предстает ныне и вопрос о возрасте перехода от плейстоцена к голоцену. Радиоуглеродное датирование ледовых отложений Антарктиды (станция Восток), а также бентосных осадков в более северных регионах позволили установить дату, соответствующую финалу плейстоцена: 10730–9700 тыс. назад.

Итак, можно ли теперь полагать, что все уже ясно? Увы, конечно, нет…

Продолжение темы см. в след. статье Евгений Черных. Климатические парадоксы Евразии под знаком тектонических сдвигов и океанских течений

Источник

Публикация на Тelegra.ph

Подписывайтесь нa наш телеграм-канал @history_eco https://t.me/history_eco

См. еще:

• Ключевые слова: плейстоцен, Милутин Миланкович, ледниковый период, граница плейстоцена‑голоцена оледенения четвертичного периода