text:
АКАДЕМИЯ НАУК СССР
Ответственный редактор
член-корреспондент АН СССР Г. А. Авсюк
От редактора
Небольшая книга под названием "Ледяные лишаи (новая ледниковая теория, общедоступно изложенная)" появилась в 1930 г. Издана она была очень малым тиражом и теперь стала библиографической редкостью. Написал ее советский моряк - капитан дальнего плавания Евгений Сергеевич Гернет, живший и работавший в то время в Японии, где он и напечатал свою книгу. В ней очень логично и просто излагается теория чередования ледниковых и межледниковых эпох, характерная для последнего (четвертичного) периода истории Земли и обусловленная, по мысли автора, взаимодействием между оледенением и климатом.
Идея эта была для того времени новой и необычной, да к тому же и изложена она была не ученым специалистом, а моряком, попытавшимся объяснить ее как можно проще. Одни, прочтя книгу, усмехнулись, другие - пожали плечами, и почти никто не обратил на нее серьезного внимания. Книга осталась незамеченной учеными. Однако высказанные в ней мысли, как выяснилось в последние годы, на 20-30 лет опередили науку и только теперь находят признание.
В середине 50-х годов подобные идеи независимо от Гернета были высказаны американскими геологами. На этот раз они заинтересовали ученых. Однако логические основы современной теории больших колебаний климата и оледенения были заложены гражданином нашей страны.
Правда, современному читателю кое-что в изложении Гернета покажется недостаточно строгим и даже неточным, а многое из его терминологии - устаревшим или непризнанным. Это действительно так. Гернет не был, как он сам пишет, ученым - геологом, причем работал над книгой, не имея под рукой необходимой справочной литературы. И все же при переиздании книги большинство лексико-стилистических оборотов Гернета, его формулировок и терминов оставлено без изменения. В стремлении по возможности сохранить гернетовскую манеру объяснения природных явлений и его стиль изложения преследовалась одна цель - сберечь книгу Гернета, как редкий памятник науки, утверждающий приоритет нашей страны в еще одной научной области.
Из приложения (послесловия к книге) читатель узнает о незаурядной судьбе ее автора, научном значении его теории и современном ее развитии.
Книга рассчитана на широкий круг читателей, но вместе с тем будет интересна и специалистам географам, геологам, гляциологам и климатологам, изучающим современное оледенение, его связи с климатом и историю четвертичного периода.
Биографические сведения о Евгении Сергеевиче Гернете (со ссылками на источники, для чего нужно было выполнить немалую работу) сообщила его дочь Галина Евгеньевна Гернет. Автор приложения и редакция выражают ей большую благодарность.
Г. А. Авсюк
Моим читателям
Строгих критиков, которые найдут, может быть, в этой книге много недостатков, я прошу вынести свой приговор о ней с оговоркой о снисхождении, по следующим двум причинам.
Я не только не ученый-геолог, но не получил по геологии вообще никакого образования. Оправданием, что я, не будучи квалифицированным геологом, взялся за книгу по геологии, является то обстоятельство, что затрагиваемый в ней вопрос - о причинах миоценового климата в нашей полярной области и "ледниковой эпохи" - геологами не разрешен, а мною, по глубокому моему убеждению, разрешен вполне. Как же я мог не поделиться с человечеством своим открытием, даже если бы и ошибался?
Писал я эту книгу в Кобе, в Японии, куда меня забросила судьба по службе моей Советскому Союзу. В Кобе ж никаких источников и справочников по геологии на доступных мне языках не было. Поэтому в качестве таковых при составлении книги фигурировали только имевшиеся у меня "История Земли" проф. Неймайра и "Физическая геология" проф. Мушкетова, на которые я единственно и ссылаюсь здесь. Вероятно, что, будь у меня возможность использовать более обширный материал, книга была бы полнее и лучше.
Е. С. Гернет
Кобе, 25 июля, 1928 г.
Глава I. Введение для читателей, геологически не подготовленных
За последние сто лет развилась наука о нашей планете - Земле, называемая геологией.
Ученые-геологи изучают процессы, происходящие в настоящее время с Землей, как-то: вулканизм, землетрясения, колебания уровня моря в разных частях Земли, механическая деятельность на земную кору атмосферы, дождей, рек, морей, льдов и т. д. - это область физической геологии.
Они изучают также состав земной коры и находимые в ней ископаемые остатки животных и растений, так называемые окаменелости, и по характеру их узнают прошлое Земли - это область исторической геологии.
Я не имею задачи излагать здесь эту интереснейшую науку, хотя бы даже в виде конспекта. Много книг, излагающих геологию и научно и популярно, уже издано, и я могу только рекомендовать моему читателю не пренебрегать ими при выборе себе книги для чтения.
Во введении я затрону лишь те вопросы геологии, без знания которых нельзя понять мою ледниковую теорию.
Начнем с геологического летосчисления, которое нам необходимо как основной фон дальнейшего изложения.
Геологическая история Земли не имеет абсолютного летосчисления, т. е. никто даже в приблизительных числах не может сказать, сколько времени, в тысячелетиях или миллионах лет, прошло после того или иного события.
Вся геологическая история Земли делится на четыре эры, которые в свою очередь подразделяются на периоды. Более мелкие промежутки времени называются в геологии эпохами, а еще более мелкие - веками. Ниже я приведу длительность каждой эры, согласно вычислениям одного ученого. Указанная им длительность, конечно, совершенно гадательна, и по вычислениям других ученых она иная - чаще короче. Я же называю ее лишь для того, чтобы показать, с какими числами вообще имеет дело геология, а также для взаимного сравнения длительности каждой из эр.
Геологические эры, периоды и некоторые эпохи начиная с древнейших:
Четвертичный период начался с ледниковой эпохи, которой предшествовало, судя по геологическим исследованиям в Европе и Северной Америке, постепенное охлаждение Земли, происходившее в плиоцене.
Моему читателю необходимо знать, как образуется рельеф земной поверхности - без этого ему будет непонятна моя ледниковая теория. Посмотрим, что об этом говорит геология.
Не только путем исследования окаменелостей, обнаруженных в земле, среди которых морские рыбы встречаются иногда в горных местностях, но и непосредственными наблюдениями над уровнем моря ученые-геологи пришли к заключению, что кора нашей планеты не находится в состоянии покоя, а претерпевает различные колебания.
Колебания эти двоякого рода - эпейрогенические, захватывающие громадные части земной коры и создающие большие пологие волны земной коры, и орогенические, при помощи которых образуются высокие горные кряжи.
Орогенические движения земной коры, несмотря на конечный результат - появление горных хребтов, являются процессами второго порядка и в нашей ледниковой теории не имеют никакого значения. Я только прошу читателя усвоить, что горы не являются какими-то первозданными нагромождениями земли, а образуются при помощи сложных процессов, почему выражение "гора подымается", встречающееся ниже в книге, вполне осмысленно - горы действительно подымаются, хотя происходит это в течение громадных промежутков времени, и, понятно, не всякая гора всегда поднимается - рост горы может и прекратиться.
Эпейрогенические, или волнообразные, колебания земной коры являются процессами первого порядка и имеют громадное значение для моей ледниковой теории, почему на них я остановлюсь несколько долее, заимствуя содержание из "Физической геологии" проф. Мушкетова.
Совершенно понятно, что эти медленные колебания земной коры яснее всего сказываются у морских берегов - при поднятии земной коры море отступает, а при опускании, наоборот, наступает на берег.
Я не буду указывать признаки, по которым судят о том, поднялся или опустился данный берег по сравнению с его прежним положением (это отвлекло бы меня слишком далеко от моей основной темы), скажу только, что по многим признакам геологи умеют определять это обстоятельство.
И вот как результат исследования геологов определенно выяснилось, что Фенноскандия (Финляндия и Скандинавия), например, с конца ледниковой эпохи испытывает куполообразное поднятие с центром около Ботнического залива.
Подобные поднятия распространялись на все северные области и, по-видимому, даже в большем размере. Между Беринговым проливом и устьем Лены имеются следы недавнего пребывания моря на расстоянии 50 км от современного берега, на Таймыре - на расстоянии 214 км, а в северной части России - на расстоянии 400 км.
Следы морского уровня много выше современного имеются на Шпицбергене, Новой Земле, в Гренландии, на Гринелевой Земле, достигая местами до 600 м выше современного уровня.
По берегам Белого моря и Кольского полуострова есть следы пребывания моря на высоте до 90 м над современным уровнем моря.
На юге Европы по берегам Средиземного моря местами наблюдается поднятие, а местами - опускание. Например, западная часть о-ва Крит поднимается, а восточная - опускается.
В Северной Америке мы имеем также местами поднятия, а местами опускание суши. Берега Мексиканского залива и Антильских островов поднимаются, восточный же берег Центральной Америки опускается, так же как и калифорнийский.
В Центральной Америке неизвестны следы поднятий, но зато в Южной Америке они развиты как на атлантических, так и на тихоокеанских берегах, где местами поднятие доходит до 400 м. В Боливии обнаружено поднятие, наступившее уже в эпоху человека. Берега Перу опускаются. Восточный берег Южной Америки (между 20-й параллелью и устьем р. Ла-Плата) поднимается, а в остальной части опускается.
В Африке опускаются северные берега, но западные и восточные (с Мадагаскаром), по-видимому, поднимаются.
Берега Восточной Азии поднимаются в высоких широтах (более 30°) и опускаются в низких. Индийско-Малайский архипелаг поднимается, за исключением Мальдивских и Лаккадивских островов.
Берега Малой Азии, Каспия и Черного моря поднимаются.
Берега Австралии, за исключением Южной Тасмании, почти везде опускаются, как равно и обращенные к Австралии берега Новой Зеландии, Новой Каледонии и Новой Гвинеи. Противоположные берега последних трех островов, наоборот, поднимаются.
Таким образом, мы видим, что земная кора по всему земному шару не находится в состоянии покоя, а, наоборот, испытывает непрерывные колебания, имеющие обширное географическое распространение. Следствием этих колебаний являются разнообразные изменения на поверхности Земли. Само собой разумеется, что такие движения не составляют исключительной принадлежности современной или ближайшей к нам эпох, но, очевидно, происходили во все предыдущие геологические периоды и, вероятно, в гораздо большем масштабе.
Небезынтересно будет отметить скорость таких колебаний земной коры. Приведем примеры: в разных местах Скандинавии берега поднимаются со скоростью 1,36 - 0,57 - 1,14 - 0,24 - 0,16 - 0,37 м в столетие; в Финляндии - на севере 1,26 м, а на юге 0,63 м; на Аландских островах этот процесс протекает настолько быстро, что многие местности, бывшие несколько десятков лет тому назад под водой, теперь представляют пастбища; берег Голландии опускается со скоростью 0,10 м в столетие. Из этих данных нетрудно видеть, что эпейрогенические движения земной коры, хотя и очень медленные с точки зрения человеческой жизни, с геологической точки зрения являются весьма быстрыми и интенсивными.
Одно время геологи пытались объяснять изменения в очертаниях берегов колебаниями не суши, а уровня моря, но в настоящее время эта гипотеза совершенно оставлена, ибо если бы колебался уровень моря, то не могло бы быть одновременного опускания и поднятия уровня в двух близко лежащих местностях, что, однако, постоянно наблюдается как, например, на о-ве Крит и в других местах.
Поднятие многих местностей в высоких широтах после ледниковой эпохи некоторые ученые пытаются объяснить облегчением их нагрузки после таяния льда. Верно ли это - я не знаю, но несомненно, что колебания земной коры происходят и совершенно независимо от ледяной нагрузки, что ясно доказывается их географическим распространением.
Поэтому в результате ученые пришли к выводу, что земная кора испытывает непрерывные эпейрогенические колебания, выражающиеся в образовании широких волнообразных вздутий, которые захватывают большие площади, поднимая или опуская их пологими куполами или котловинами, валами или, наконец, в виде отдельных больших глыб и полос, ограниченных разломами, создавая тем самым основные крупные черты рельефа земной поверхности.
Эпейрогенические колебания земной коры являются одним из звеньев моей ледниковой теории.
В истории нашей Земли есть одно очень интересное явление, которое до сих пор не имеет удовлетворительного объяснения - это изменение климатов Земли за геологическое время.
О том, какой климат был в данной местности в ту или иную геологическую эпоху, судят по характеру находимых ископаемых растений - представителей данной эпохи. Их сравнивают с современными нам схожими формами и по месту распространения последних судят о климате данной местности в данную геологическую эпоху.
По этим данным выходит, что на Земле с древнейших времен до конца мелового периода был равномерно-теплый климат и что лишь в третичном периоде обособились климатические пояса (в зависимости от географической широты места) и температура начала постепенно понижаться, а затем, на рубеже третичного и четвертичного периодов, наступила ледниковая эпоха, после которой температура опять повысилась и установился современный климат.
Проф. Неймайр, однако, говорит, что такие выводы верны только в том случае, если справедливо предположение, что близкие друг к другу формы жили во все времена в одинаковых или по крайней мере сходных климатических условиях и в течение долгих периодов не происходило никакой акклиматизации организмов. Но раз это допущение неверно или произвольно, то и все следствия, выведенные из него, рушатся сами собой.
Профессор далее считает, что при ближайшем рассмотрении вопроса появляется множество данных, которые говорят против этого допущения. В минувшие периоды акклиматизация совершалась в широких размерах; организмы теплых стран мало-помалу привыкали к холодному климату и наоборот. Кроме того, организмы северных областей, более выносливые и устойчивые в борьбе за существование, оказывались победителями над более нежными южными организмами и таким образом проникали на юг, создавая тем впечатление охлаждения климата.
В общем, по словам профессора, такие выводы, касающиеся климатических условий древнейших периодов, не надежны; что же касается позднейших эпох, то при определении их климатических условий уже можно руководствоваться ископаемыми остатками. Так, встречая в образованиях Европы, относящихся к ледниковой эпохе, остатки карликовой березы, северного оленя и других полярных форм, мы вправе заключить, что в эту эпоху здесь господствовал холодный климат. Образование отложений третичного периода происходило также сравнительно недавно, поэтому по обнаруженным в них остаткам мы тоже имеем право сделать заключение, что в Европе в начале третичного периода царил жаркий климат, потом постепенно охладившийся.
В мою задачу не входит объяснять, почему на Земле до третичного периода был равномерно-теплый климат, тем более что равномерность его, как мы видели, сомнительна, а по моему личному мнению, и вовсе невероятна - климатические пояса существовали всегда, но только не были так резки, как теперь.
Я задаюсь только целью объяснить, почему теплый климат начала третичного периода постепенно охладился, сменился ледниковой эпохой и перешел потом в современный нам климат.
Но посмотрим сначала, что обо всем этом говорит геология.
Теплый климат третичного периода оставался неизменным до конца миоценовой эпохи, почему, удивляясь теплому климату начала третичного периода, обыкновенно говорят о миоценовом климате, ибо миоценовая эпоха - ближайшая к нам, имевшая не начавший еще охлаждаться климат.
Чтобы читатель яснее себе представил этот климат, я приведу описание миоценовой растительности полярной области, сделанное О. Геером, которое я заимствую почти дословно из "Истории Земли" проф. Неймайра.
Проф. Неймайр говорит:
Далее профессор говорит, что астрономия не отвергает безусловно возможности тех значительных перемещений земной оси, которые допускают геологи для объяснения некоторых геологических явлений, но,
Далее профессор отмечает, что миоценовые растения, обитающие наиболее близко к полюсу, находятся в районе к северу от Атлантического океана и что миоценовый климат Европы был теплее такового в Японии. Это как будто подтверждает предположение о том, что полюс в то время был ближе к Берингову проливу, чем теперь, но так как миоценовая флора и Новосибирских островов, и Аляски, и Камчатки все же носит отпечаток умеренного климата, то,
Наиболее ценная мысль в этих рассуждениях проф. Неймайра, на мой взгляд, это то, что прежнее состояние Земли надо признать нормальным, а, следовательно, ненормальным надо признать современное ее состояние и что причину последнего надо искать общую с причиной ледниковой эпохи.
Значит, вместо двух загадок - почему была ледниковая эпоха и почему мог ранее существовать миоценовый климат - остается только одна: что нарушило прежнее нормальное состояние Земли, дав ледниковую эпоху и затем современный климат?
Проф. Неймайр говорит, что если сравнить состояние земной поверхности и ее обитателей конца третичного периода, перед началом ледниковой эпохи, и настоящего времени, то большой разницы между ними заметить нельзя. Климат был тогда, по всей вероятности, лишь чуть-чуть мягче современного и распределение материков и морей только весьма немного отличалось от нынешнего. Рельеф земной поверхности уже тогда приобрел в общих чертах свой современный облик и ему недоставало только некоторых долин и озер, которые образовались впоследствии. В то время, правда, едва ли появился царь нынешней природы - человек - и, наоборот, существовали гигантские млекопитающие, ныне исчезнувшие, но в общем обитатели Земли изменились с тех пор незначительно. Это показывает, что ледниковая эпоха была сравнительно недавно.
Наиболее характерную особенность этой эпохи составляет огромное распространение материкового льда, который покрывал тогда значительную часть земной поверхности, оставив на огромном протяжении отчетливые следы своего пребывания. Температура стояла тогда на несколько градусов ниже, чем теперь.
Проф. Мушкетов считает ледниковую эпоху одним из замечательнейших эпизодов в геологической истории Земли.
Среди ученых существует мнение, что в четвертичном периоде была не одна, а несколько ледниковых эпох. В этом вопросе среди ученых нет, однако, установившегося общего мнения.
Проф. Мушкетов говорит, что за эпохой первого оледенения последовало время, когда климат сделался значительно мягче, хотя с возможными временными колебаниями в сторону холодного арктического; это - межледниковая эпоха, за которой наступила вторая холодная эпоха, отмеченная новым возрастанием снеговых полей и ледников; это - время второго оледенения.
Далее профессор указывает, что некоторые ученые признают только единую ледниковую эпоху, другие насчитывают четыре, а один - даже шесть различных ледниковых эпох, перемежавшихся межледниковыми; истина, вероятно, между этими крайними мнениями. Большинством немецких геологов, несомненно, доказана по крайней мере одна межледниковая эпоха, следовательно, два наступления ледникового покрова на средние широты. Эта межледниковая эпоха была настолько продолжительной, что южные типы животных и растений распространились к северу и снова захватили их прежние места обитания. Окончательно затем (без сомнения, очень постепенно, после неоднократных эпизодических наступаний и отступании ледникового покрова) лед отступил к северу, а вместе с ним и арктическая флора и фауна, населявшие равнины Европы и востока Северной Америки. Арктическая растительность гор, сохранившаяся рассеянными колониями на сравнительно низких горизонтах, представляет такие остатки северной флоры, покрывавшей Европу от Испании до Норвегии.
Для объяснения ледниковой эпохи высказано много гипотез, из которых главные я приведу ниже. Но предварительно читателю, геологически не подготовленному, надо объяснить, в чем заключается физическая сущность материкового оледенения.
Для образования материкового льда нужно, чтобы выпадающий на землю за зиму снег не успевал за лето весь растаять. Тогда с каждым годом снега будет скапливаться все больше и больше и он постепенно, под влиянием давления вышележащих снежных слоев, будет уплотняться и, цементируясь замерзанием просачивающейся через него воды (получающейся от таяния верхних слоев снега в период таяния), будет постепенно превращаться в лед. Никакого другого способа образования материкового льда не существует.
Мы знаем, что в Европе, в местностях, где в ледниковую эпоху был сплошной ледяной покров, в наши дни зимний снег не только успевает вполне стаять за лето, но делает это даже в самом начале лета, оставляя землю чистой от снега в течение многих месяцев. Почему же в ледниковую эпоху он не успевал стаивать?
Тут предполагались две возможности: или в ледниковую эпоху значительно больше выпадало снега, или снег в то время летом значительно хуже таял, так как было холоднее.
На этом и базируются главным образом все гипотезы, т. е. на желании объяснить, почему тогда была повышенная влажность климата, или почему тогда была пониженная температура, или, наконец, почему было и то и другое вместе.
Особняком от них стоит еще гипотеза, которая предполагает, что земная ось, а следовательно, и земные полюса - царства льда и мороза, перемещаются то так, то этак, тем самым объясняя климат данной местности в данную эпоху. По этой гипотезе, следовательно, в ледниковую эпоху не было ни повышения влажности климата, ни понижения температуры, а просто Северный полюс переместился к Атлантическому океану. Про эту гипотезу мы уже говорили, когда речь шла о миоценовом климате.
Первые же гипотезы, пытающиеся объяснить ледниковую эпоху царившими тогда повышенной влажностью или пониженной температурой, можно разбить на две группы: на гипотезы космические, связывающие эти явления с обстоятельствами, вытекающими из положения Земли среди других небесных тел, и гипотезы физические (земные), объясняющие их обстоятельствами, произошедшими на самой нашей планете.
После того как были выяснены гигантские размеры оледенения Европы, предполагали, что ледниковая эпоха была периодом жесточайших холодов, благодаря которым на всем северном полушарии погибла всякая органическая жизнь. Подобное предположение не оправдалось, так как вскоре доказали, что в Средней Европе целые области оставались незанятыми льдом и были населены многочисленными растениями и животными. Органическая жизнь не исчезала в Европе даже во время наибольшего оледенения, и, следовательно, климат ледниковой эпохи был только немного холоднее климата третичного периода и настоящего времени.
Характерная особенность ледниковой эпохи состояла в огромном развитии ледников, мощность которых превосходила в несколько раз мощность современных глетчеров (горных ледников). Если мы вообразим, что снеговая линия (граница постоянных снегов на горах) опустилась на 1000 м ниже современной, то ледники получат такое развитие, каким они обладали в ледниковую эпоху. Равнины Скандинавии будут в этом случае лежать выше снеговой линии и покроются льдом, который начнет распространяться во все стороны. Точно так же в Альпах при этом условии область вечного снега значительно увеличится и лед дойдет до края гор и распространится по равнине. Можно привести множество примеров, показывающих, что все явления ледниковой эпохи объясняются весьма просто, если допустить опускание снеговой линии сравнительно с современным ее положением.
Как известно, из климатических условий на высоту снеговой линии оказывают влияние количество осадков и средняя годовая температура. Сильное увеличение количества снега, выпадающего в течение года, способно вызвать как опускание снеговой линии, так и понижение температуры. Таким образом, расширение площади, занятой ледниками, может быть обусловлено исключительно увеличением количества осадков. Ввиду этого даже высказывалось предположение, что ледниковая эпоха была просто временем повышенного выпадения осадков. Даже в настоящее время можно указать на страны с довольно умеренным климатом, где сильное развитие глетчеров обусловлено обилием осадков.
Для этих стран характерно, что они имеют богатую растительность вплоть до снеговой линии. Поэтому если в ледниковую эпоху в Европе царил мягкий климат и развитие ледников обусловливалось лишь иным распределением тепла и обилием осадков, то леса должны были доходить вплоть до границы ледяного покрова. На самом же деле древесные растения не доходили до указанной границы, и у края североевропейского ледяного покрова, а также у подножий альпийских глетчеров обитала арктическая флора, состоявшая из низкорослых полярных ив, карликовых берез и других полярных растений. Очевидно, необыкновенное развитие ледников в ледниковую эпоху не обусловливалось исключительно обилием осадков, а было вызвано и уменьшением температуры.
Установив это, мы можем идти далее и попытаться оценить тогдашнюю среднюю годовую температуру различных местностей Европы. В основу наших вычислений положено наблюдение, что средняя годовая температура при поднятии на каждые 200 м уменьшается на 1 °C. Таким образом, опусканию снеговой линии на 1000 м соответствует понижение годовой температуры на 5 °C. Так как в настоящее время средняя годовая температура всей земной поверхности равняется 15 °C, то во время наибольшего оледенения она достигала только 10 °C.
Остается еще решить вопрос, сопровождалось ли это уменьшение температуры увеличением количества осадков. На этот вопрос мы можем ответить утвердительно, так как даже в таких областях, которые не подвергались оледенению, речные террасы того времени достигают таких размеров и мощности и отличаются таким обилием наносов, что время их образования необходимо отнести к эпохе, богатой осадками. Предполагая влажный климат, нет никакой необходимости для объяснения явлений ледниковой эпохи допускать понижение температуры на целых 5 °C. Кроме того, громадные ледяные массы потребовали для своего образования такие огромные количества воды, что уровень моря понизился, по вычислениям одного ученого, почти на 100 м. Таким образом, снеговая линия проходила не на 1000 м ниже, чем теперь, а всего на 900 м. Подобные расчеты все более и более укрепляют мысль, что ледниковая эпоха вовсе не была временем лютых холодов.
Два или три отдельных оледенения Европы и разделяющие их межледниковые эпохи соответствуют, по воззрению одних ученых, колебаниям ледяного покрова в течение великой ледниковой эпохи, тогда как, по мнению других, они являются самостоятельными ледниковыми эпохами. Как бы то ни было, во всяком случае этот период истории Земли необходимо считать временем больших колебаний климата. Раз наблюдения правильно истолкованы и твердо установлено, как далеко отступал ледник в межледниковую эпоху и какой климат имела последняя, безразлично, принимать ли одну или три ледниковые эпохи. Важно только решить, закончились ли те большие колебания климата, которые происходили в течение великой ледниковой эпохи, или мы живем в одну из межледниковых эпох. Однако на этот вопрос, относящийся к будущему Земли, наука еще не в состоянии ответить; что же касается ее прошедшего, то мы не знаем ледниковых явлений за весь промежуток от каменноугольного периода до четвертичного. (Проявления ледниковых явлений, относящихся к каменноугольному периоду, обнаружены в Индии, Австралии и Южной Африке. - Е. Г.).
Долго царил взгляд, что оледенение было вызвано изменением тех условий, при которых, как думали, появляется фен. Этим именем обозначают дующий с юга горячий, сухой ветер, который, появляясь в Северных Альпах, вызывает быстрое таяние снега и льда. Вначале думали, что фен зарождается в Сахаре из жгучих ветров пустыни и затем, проносясь над Средиземным морем, достигает Альп; вместе с тем предполагали, что в ледниковую эпоху Сахара была покрыта водой и представляла огромное внутреннее море, вследствие чего вместо фена дул холодный, влажный ветер; он то и был причиной оледенения Альп, а по мнению других - и Северной Европы. Новейшие исследования в Сахаре убеждают нас в том, что в ледниковую эпоху здесь не было моря; впрочем, если бы даже последнее существовало, климат Европы изменился бы очень мало и во всяком случае фен не перестал бы дуть. Ветер этот приходит не из Сахары, а из местностей, лежащих гораздо далее к западу, и достигает южного склона Альп со значительным содержанием влаги; здесь он теряет ее в виде дождя, охлаждаясь в горах, и, перебравшись через хребет, спускается в долины северного склона, имея высокую температуру благодаря сжатию воздуха при падении. Таким образом, сравнительно высокая температура фена вовсе не обусловлена теплым климатом тех областей, откуда он дует, но является следствием механического сжатия.
Для объяснения ледниковой эпохи опирались также на Гольфстрим. Это теплое океаническое течение, берущее начало в Мексиканском заливе и направляющееся далее вдоль берегов Соединенных Штатов, затем отклоняется на восток и одна его ветвь достигает Европы, омывая ее западный берег, продолжается почти до Исландии, Шпицбергена и Новой Земли. Известно, что теплый и ровный климат Европы, особенно ее западных областей, обязан нагреванию, производимому этим течением. Ввиду этого было высказано предположение, что в ледниковую эпоху перешеек между Северной и Южной Америкой был прерван и Гольфстрим устремился в Тихий океан, вместо того чтобы направляться к Европе. Однако потом было доказано, что в ледниковую эпоху перешеек между Америками существовал и, более того, Гольфстрим имел такое же, как и теперь, направление.
Нельзя согласиться также с мнением, что вся Северная Европа в ледниковую эпоху была затоплена морем и вызванная этим влажность послужила причиной огромного развития ледников. В этой гипотезе прежде всего остается недоказанным существование моря, покрывавшего Северную Европу; напротив, данные говорят скорее в пользу того, что все материки северного полушария, особенно Северная Америка, в то время гораздо более возвышались над уровнем моря, чем теперь.
Таким образом, попытки объяснить холодный климат ледниковой эпохи посредством явлений, происходивших на Земле, не увенчались успехом, хотя в то же время нельзя отвергать, что перемены в расположении суши и воды, образование новых связей между материками и морями, понижения или повышения материков, возникновение гор и другие явления должны были в известной степени повлиять на климат. Кстати, заметим, что подобные процессы действительно имели место в конце третичного периода, когда впервые стало заметно понижение температуры начиная от полюсов к экватору. Ввиду этого в последнее время ледниковую эпоху стали объяснять процессами, протекавшими на земной поверхности, причем причиной ее считают уже не одно какое-нибудь явление, но совокупность множества различных процессов; с подобными же объяснениями мы познакомились при рассмотрении миоценового климата (с. 13-17). Однако процессы, происходившие на материках и в океане, известны до сих пор, к сожалению, только в самых общих чертах, поэтому едва ли возможно одними ими объяснить те явления, на которые нам указывают факты. Против разрешения вопроса в данном смысле говорит всеобщее распространение ледниковых следов, которые мы находим в Альпах, в Северной Европе и Северной Америке, а также можем проследить в Южной Америке, на Новой Зеландии, в Центральной Америке, в Центральной Азии и, наконец, в Сахаре, где ледниковые явления сопровождали период, богатый дождями. В силу столь всеобщего распространения ледниковых явлений мы должны скорее предположить, что причины, их вызвавшие, действовали извне, в свою очередь многократные колебания климата в течение ледниковой эпохи и повторяющиеся оледенения почти не поддаются объяснению естественными причинами. Тем не менее взгляд этот заслуживает внимания, так как космические гипотезы, к рассмотрению которых мы сейчас перейдем, также пока не дали удовлетворительных результатов.
Обращаясь к попыткам объяснить ледниковую эпоху причинами более общего значения, мы должны сказать, что прежде всего явилась мысль о перемещении полюсов. Однако трудно указать на такое положение последних, которое объясняет все ледниковые явления, наконец, соотношение между климатическими особенностями различных местностей, сходное с тем, которое мы наблюдаем и в настоящее время, ясно показывает нам, что положение полюсов в ледниковую эпоху не могло сколько-нибудь значительно отличаться от современного.
Кроме того, было высказано предположение, что Земля проходила то через более холодные, то через более теплые области мирового пространства. Если последнее справедливо, то вступление Земли в более теплую часть мирового пространства может быть обусловлено только приближением всей солнечной системы к какому-нибудь мировому телу, источающему тепло, к какой-нибудь неподвижной звезде. При этом последняя должна была бы оказать своей массой притяжение и вызвать возмущения в движении планет, однако мы не знаем и следов подобных возмущений.
Нельзя не упомянуть также о взгляде, который видит причину ледниковой эпохи в уменьшении количества тепла, посылаемого Солнцем. По этому взгляду, временное охлаждение климата Земли следует приписать переходу Солнца из состояния белой звезды в красную. Мы знаем, что Солнце около двух или трех раз приближалось к состоянию красной звезды, но сопровождалось ли это каждый раз оледенением - неизвестно. Ввиду этого трудно проверить справедливость данного взгляда и во всяком случае едва ли можно ожидать, что разбираемая гипотеза приобретет когда-нибудь значение научной теории.
Кроме того, причину ледниковой эпохи искали также в изменении наклона земной эклиптики или, другими словами, в ином положении земной оси к плоскости земной орбиты. Но до сих пор неизвестно, вызовет ли более наклонное положение земной оси охлаждение или нагревание областей высоких широт, да и незачем останавливаться на этом вопросе, так как астрономия учит нас, что подобных явлений вовсе не могло происходить. Правда, под именем процессии и нутации известны незначительные перемещения земной оси, благодаря которым, периодами по 10,5 тыс. лет каждый, то северное, то южное полушарие обладает более длинным летом. Едва ли, однако, столь ничтожные перемещения могли быть причиной ледниковой эпохи - вызываемое ими уменьшение лета не могло иметь большого влияния на климат: в короткое лето Земля стоит ближе к Солнцу и получает от него больше тепла, чем в длинное. В довершение всего постоянное изменение климатических условий в столь короткие периоды противоречит всем нашим наблюдениям.
Вместе с тем большое значение в этом вопросе придали эксцентриситету земной орбиты. Как известно, последняя представляет не круг, но довольно широкий эллипс, в одном из фокусов которого лежит Солнце. Форма этого эллипса не всегда остается одинаковой, последний то вытягивается и увеличивает свой эксцентриситет, то, напротив, расширяется и приближается к окружности. На основании тех изменений в величине эксцентриситета, которые происходят ныне, была сделана попытка вычислить, как изменялась форма эллипса в прежнее время; при этом оказалось, что колебания были значительны. Так, земная орбита в промежуток времени между 240 тыс. и 80 тыс., а также за 850 тыс. и 2,5 млн. лет до начала нашего летосчисления обладала более значительным эксцентриситетом, чем теперь. Так как отклонение земной орбиты (по форме) от окружности влечет за собой охлаждение климата, то явилось предположение, что ледниковая эпоха была вызвана увеличением эксцентриситета пути земного шара и закончилась за 80 тыс. лет до настоящего времени.
Хотя из всех предложенных до сих пор гипотез последняя заслуживает наибольшего внимания, тем более что с помощью ее можно определить, конечно в тысячелетиях, продолжительность некоторых геологических событий, она все же не в состоянии выдержать строгой критики. В том виде, в котором эта гипотеза была впервые предложена, она оставляла желать многого, так как в ней было недоказанным, что увеличение эксцентриситета влечет за собой охлаждение климата. Но этого вопроса впоследствии коснулся один ученик, показавший, что действительно должно произойти значительное понижение температуры, вызвав в свою очередь более обильное образование снега и льда, которые будут сохраняться дольше, чем теперь. Трудно сказать, будет ли это понижение температуры настолько значительным, чтобы вызвать явления ледниковой эпохи; даже приняв во внимание расчеты этого ученого, мы не в состоянии ответить на этот вопрос. Что же касается самой гипотезы, то необходимо отметить, что неизбежно вытекающий из нее вывод о многократности подобных охлаждений и о периодическом их характере совершенно не согласуется со всеми известными до сих пор фактами. Правда, в отдельные эпохи древнейших периодов нам удалось подметить следы низкой температуры, но все эти наблюдения принадлежат к числу единичных случаев. Напрасно мы стали бы искать в третичной системе следы той холодной эпохи, которая по вычислению продолжалась между 850 тыс. и 2,5 млн. лет до нашего времени. Существуют, правда, некоторые попытки объяснить, почему не сохранилось следов ее, но ни одна из них не может быть названа даже удовлетворительной.
Почти все гипотезы, приписывавшие понижение температуры во время ледниковой эпохи изменению эксцентриситета земной орбиты, неизбежно должны были допустить, что северное и южное полушария не оказались одновременно подверженными оледенению, но покрывались льдами одно после другого; межледниковая эпоха в северном полушарии соответствовала, по мнению авторов этих гипотез, наибольшему развитию ледников в южном полушарии. Правда, до сих пор не доказано, что оледенение наступило одновременно на всем земном шаре, однако в пользу этого говорят многие факты, особенно распространение ледниковых следов, которые обнаружены в местностях, лежащих около экватора. Допуская увеличение эксцентриситета, мы должны заключить, что удлинение зимнего периода вызовет охлаждение в странах умеренного и полярного поясов, но никоим образом не может произвести чего-нибудь подобного под экватором. Ввиду этого следы ледниковых явлений, наблюдаемых в тропической области, мы должны считать доказательством того, что оледенение северного и южного полушарий наступило одновременно.
Сводя вместе все сказанное, мы приходим к выводу, что понижение температуры во время ледниковой эпохи коснулось, вероятно, всего земного шара; причины и продолжительность этого явления нам совершенно неизвестны, и в настоящее время мы не имеем даже удовлетворительного его объяснения. Все попытки объяснить ледниковую эпоху долго оставались бесплодными, так как самые факты были еще мало изучены. Вопрос о причинах бывшего оледенения найдет быстрое разрешение только после того, как будут изучены климатические условия предыдущих периодов. Для разрешения вопроса мы располагаем слишком ничтожным фактическим материалом, и потому накопление фактов еще долго будет единственной целью наших исследований.
Проф. Неймайр писал свою "Историю Земли" несколько десятков лет тому назад, почему нахожу нужным познакомить читателя и с тем, что писал о причинах ледниковой эпохи проф. И. В. Мушкетов в своей "Физической геологии", изданной в 1926 г.
Далее Мушкетов приводит:
гипотезу Лукашевича, согласно которой температура на суше поднимается, когда на нее наступает море, и падает, когда море отступает; в частности, ледниковая эпоха вызвана отступанием в конце третичного периода морей Тетис и др.;
справку о мнении Ламанского, что изучение почвенного льда остатков ледяных покровов Восточной Сибири, Новосибирских островов, оз. Каракуль на Памире и т. п. указывает на решающую роль уменьшения количества выпадающего снега при исчезновении оледенения, а не повышения температуры;
слова Ога, что все существующие теории бессильны объяснить ледниковую эпоху в высоких широтах обоих полушарий;
мнение Броунова, что главный недостаток всех гипотез тот, что в основу их кладется только охлаждение, необходимо же и увеличение снегопада, последнее для южных стран можно объяснить изменением пути циклонов, происходящим от изменения скорости вращения Земли;
гипотезу Вегенера, комбинирующую для объяснения ледниковой эпохи перемещение земной оси (которое находится в связи с его же гипотезой о перемещении материков) с астрономическими факторами, как-то: колебаниями наклона эклиптики, колебаниями эксцентриситета земной орбиты и т. д.
В заключение Мушкетов пишет:
Глава II. Моя гипотеза и подтверждение ее основного тезиса
Нетрудно видеть, что упоминаемые выше гипотезы (о перемещении полюсов, прохождении солнечной системы через холодные и теплые части мирового пространства, уменьшении количества тепла, посылаемого Солнцем, и др.) ссылаются на явления, не только недоказанные, но и предположенные, лишь для того, чтобы объяснить климатические перемены на Земле, не будь которых эти гипотезы теряют всякий смысл и вероятность. Некоторые другие из них, как-то: распределение суши и воды, изменение наклона эклиптики, удлинение земной орбиты, хотя и основываются на бесспорно существующих явлениях, но связь последних с ледниковыми явлениями остается более чем гадательной.
Моя гипотеза имеет следующий основной тезис: нормальным состоянием Земли является доледниковое состояние; лед, впоследствии появившийся, распространился по Земле самосильно и явился причиной изменения климата, а не следствием какого-либо изменения климата, произошедшего от посторонних причин, - появление этого льда объясняется явлениями, которые доказаны вне всякого желания объяснить ими перемены климатов Земли. Связи этих явлений с ледниковыми и посвящена эта книга. Коротко ее основные мысли формулируются так:
1) Для северного полушария при существующих контурах материков нормальным климатом является миоценовый.
2) Без всякого предварительного изменения климата, которое я безусловно отрицаю, на рубеже третичного и четвертичного периодов в северном полушарии с центром в Гренландии расползся ледяной лишай, покрывший северные области Европы и Америки, дав, так называемую, ледниковую эпоху.
3) Идея образования ледяного лишая заключается в следующем. Эпейрогенические движения Земли в любой географической широте и при любых возможных на Земле климатических условиях могут создать ледородную возвышенность, с которой ледяной лишай в виде ледяного материкового покрова и бесчисленных айсбергов будет расползаться во все стороны по суше и воде со все возрастающей силой до тех пор, пока он сам не изменит климата настолько, что для дальнейшего его распространения возможности уже не будет.
4) В южном полушарии мы имеем Антарктический ледяной лишай, расползшийся с Антарктической ледородной возвышенности на Антарктическом материке. Если Антарктическая ледородная возвышенность является первичной, т. е. такой, которая создана исключительно эпейрогеническими движениями Антарктического материка, то образование Антарктического ледяного лишая одновременно с Гренландским могло произойти, понятно, только случайно. Но возможность, что Антарктический лишай вызван Гренландским, не исключена, хотя и менее вероятна, в каком случае Антарктический лишай образовался в ледниковую эпоху.
5) Антарктический лишай принадлежит к типу локализованных стационарных лишаев, которые, раз образовавшись, доходят до своего крайнего предела и на нем останавливаются или, вернее, изменяются только в зависимости от новых эпейрогенических движений, происходящих в их районе.
6) Гренландский ледяной лишай относится к типу лишаев, локализуемых пульсацией, почему существование нескольких ледниковых эпох с соответствующими межледниковыми эпохами является для северного полушария, по моей гипотезе, весьма вероятным. Не будь этой пульсации, не было бы, может быть, и нас с Вами, читатель, ибо в этом случае Гренландский лишай мог бы, вероятно, расползтись по всей земной суше материковым ледяным покровом и всем земным океанам обесчисленными айсбергами.
7) Мы сейчас не имеем миоценового климата потому, что Гренландский лишай не исчез, а находится в той фазе пульсации, когда лед отступил к полюсу. Ледяной лишай охватывает сейчас Гренландию и Полярный океан, что и отличает современный полярный режим от миоценового.
8) Мы живем, таким образом, в межледниковую эпоху и, по-видимому, в конце ее.
9) Уничтожить Гренландский ледяной лишай человечеству вполне возможно, пока он находится в настоящей своей фазе. Если человечество вовремя уничтожит Гренландский лишай, оно вернет северное полушарие Земли к миоценовому климату. Если оно этого не сделает, то ему предстоят такие бедствия, которые трудно себе представить, - бедствия наступления материкового льда на Европу и С[еверную] Америку.
Все вышесказанное я и имею разъяснить в этой книге. Пока же перехожу к явлениям и рассуждениям, подтверждающим основной тезис моей гипотезы, что лед не следствие, а причина охлаждения Земли.
Ученые высчитали, что средняя годовая температура северного полушария равна +15,5°, тогда как южного - только +13,6 °C. Значит, северное полушарие в среднем почти на 2° теплее южного. Причинами этого указываются большее количество воды в южном полушарии и то, что по астрономическим условиям данного времени северное полушарие имеет лето на восемь дней длиннее, чем южное. Рассмотрим эти объяснения.
Проф. Мушкетов, говоря о распределении температуры на земной поверхности, подчеркивает, что зима на морях, морских берегах и островах отличается теплом, а внутренние части материков - холодом; но летом происходит обратное явление - приморские местности гораздо холоднее материков, где температура выше; "однако повышение большей частью далеко не так значительно, как убыль тепла зимой, а потому средняя годовая температура на материках всегда ниже, нежели на морских берегах". Отсюда ясна шаткость первого объяснения более низкой температуры южного полушария.
Остается второе объяснение - лето в северном полушарии на восемь дней длиннее, чем в южном. Это несколько неясное выражение расшифровывается так: в течение года северное склонение Солнца на восемь суток дольше, чем южное. (Склонение Солнца - это отстояние его центра от небесного экватора, выраженное в градусах; таким образом, склонение Солнца соответствует географической широте того места на Земле, в котором Солнце стоит прямо над головой: если, например, в каком-нибудь месте, скажем, на 7° с. ш., Солнце находится в зените, т. е. прямо над головой, то это значит, что склонение Солнца тоже в этот день равно, 7° к северу.)
Если бы лето в северном полушарии было по времени равно таковому в южном (Солнце имело одинаковое по числу дней северное и южное склонение), то среднее за год склонение Солнца, определенное из его ежедневных склонений, было бы равно 0°, т. е. среднее положение Солнца за год находилось бы на экваторе. Но так как Солнце имеет северное склонение на восемь дней дольше, чем южное, то его среднее склонение не будет равно 0°.
Если вычислить среднее склонение Солнца за год, то окажется, что оно равно около 1/3° к северу; это значит, что в отношении источника нашего тепла - Солнца - земной шар разделен на две части не экватором, а параллелью 1/3° с. ш. Вот к чему сводится (в смысле тепла) вопрос о более долгом в наши дни лете в северном полушарии.
Благодаря этому все точки северного полушария лежат на 1/3° ближе к среднему положению Солнца на небе, а точки южного полушария отстоят на 1/3° дальше от этого положения, на что указывают их географические широты. Отсюда можно заключить, что по отношению к положению Солнца на небе точки северного полушария находятся как бы на 2/3° широты в более выгодных условиях, чем точки равной географической широты южного полушария.
Если же допустить изменение годовой температуры от экватора до полюса равным 45° (от +25° до - 20°), и это недалеко от истины, нетрудно рассчитать, что на 1° изменения температуры приходится 2° изменения широты, а на 2/3° широты - только 1/3°. Таким образом, каждая точка северного полушария благодаря более долгому (на восемь суток) пребыванию в нем Солнца может иметь годовую температуру на 1/3° выше, чем ее антипод в южном полушарии, а следовательно, и температура всего северного полушария повышается по этой причине на 1/3°. Это все, что такая "несправедливость" Солнца в отношении южного полушария может дать в смысле температуры, а, отнюдь, не 2°.
Но эту несправедливость Солнце в значительной мере, если не полностью, а, может быть, даже с избытком, компенсирует тем, что летом в южном полушарии диаметр его диска больше, чем в летнее время в северном полушарии: его средний размер при южном склонении на 4,3 % больше такового при северном. Учитывая же мощность этого источника тепла, который, если принять температуру мирового пространства равной всего - 60°, поднимает среднюю температуру Земли на 75°, надо полагать, что увеличение его поверхности на 4,3 % должно, вероятно, повысить температуру на Земле более чем на 1/3°.
Мы видим, таким образом, что оба объяснения более низкой температуры южного полушария - и обилие там воды и "несправедливость" Солнца - не только не выдерживают критики, но скорее говорят о том, что температура этого полушария должна была бы быть выше, чем в северном полушарии, а не наоборот... Но примените основной тезис моей гипотезы - лед является причиной, а не следствием охлаждения - и объяснение готово: в южном полушарии находится более обширный ледяной холодильник, чем в северном, почти сплошные ледяные поля и айсберги наблюдаются там начиная с 64-й параллели, а в центре их расположен оледеневший материк. Северное полушарие таким обширным холодильником не обладает.
Откроем карту северного полушария Земли с нанесенными на ней изотермами и обратим внимание на изотермы южной части Гренландии. Они наводят на размышления.
Можно ли допустить, что природа создала здесь какие-то тайные физико-географические условия, вследствие которых на расстоянии около 5° широты мы имеем годовые изотермы от 0 до минус 20°, т. е. по 4° изменения температуры на 1° широты, тогда как в среднем на Земле на 1° широты приходится всего 1/2° изменения температуры; т. е. в 8 раз больше нормального.
Изотерма - 20° доходит здесь до полярного круга, на котором лишь в Сибири, и то в одном только месте - на Яне, имеется годовая температура - 15°, везде же она выше, доходя до +5° в Норвегии. Изотермы, заметим, приводятся поправкой 1/2° на каждые 100 м высоты к уровню моря, а, следовательно, влияние высоты местности над уровнем моря исключено.
Можно ли допустить, повторяю, что в Гренландии имеются такие исключительные физико-географические условия, при которых поверхность охлаждается настолько, что там не только проходят такие несуразные изотермы, но даже имеется материковый ледяной покров? Не будет ли вероятнее допустить, что в этом районе именно потому так и холодно, что здесь существует охлаждающий ледяной покров? А если это так, то не является ли это обстоятельство тоже подтверждением основного тезиса моей гипотезы?
В нашей солнечной системе, кроме Земли, есть еще другая планета, довольно хорошо изученная, - Марс. В современные телескопы, по свидетельству ученых астрономов, на Марсе различимы острова величиной с Сицилию. Спектроскопические исследования указывают на обильное присутствие в атмосфере Марса водяных паров, а телескоп - на существование облаков и туманов.
Расстояние от Земли до Солнца равно 148,4 млн. км, а расстояние от Марса до Солнца - 226 млн. км, т. е. Марс примерно в 1,5 раза дальше от Солнца, чем Земля. Отсюда легко заключить, что Марс на единицу поверхности должен получать меньше солнечного тепла, чем Земля, и температура там должна быть ниже.
И действительно, на Марсе иногда наблюдаются снежные поля, доходящие до экватора, как о том свидетельствует проф. Неймайр, что указывает на более низкую среднюю температуру Марса по сравнению с Землей, ибо у нас таких явлений не бывает.
И несмотря на более низкую среднюю температуру Марса, на нем Южный полюс, по свидетельству того же профессора, совершенно освобождается ото льда через несколько месяцев после летнего солнцестояния. Здесь надо подчеркнуть, что южный полюс Марса - водный, т. е. находящийся в тех же условиях, что наш северный, где, казалось бы, лед может образоваться лишь от замерзания воды, для чего нужен только мороз, последнего же на Марсе больше, чем у нас. В южной полярной области Марса имеются острова, за которые образующееся зимой ледяное поле, вероятно, и держится; если бы летнего тепла не хватало на растопление этого поля, то оно бы держалось постоянно и должно бы было быть обширнее, чем ледяное поле в нашей Арктике. Наблюдается, однако, другое - тепла хватает и полюс оттаивает, а у нас нет. Почему же?
Объяснить это может моя гипотеза вообще и ее основной тезис в частности. У нас теперь полюса ненормально охлаждены. Чем же? Понятно, льдом. Льдом, который нашим полярным областям по их нормальным температурным условиям вовсе не присущ и который захватил наши полярные области из-за расползания ледяных лишаев - Гренландского и Антарктического.
В сравнительно недавнюю геологическую эпоху, в миоцене, когда очертания материков имели уже приблизительно современный вид, климат северного полушария нашей планеты был совершенно иной, чем теперь. Он был теплее современного, но не просто теплее, а тем сравнительно с теперешним теплее, чем ближе мы приближаемся к полюсу. В Южной Европе, например, он был лишь немногим теплее современного, а в полярных областях, где теперь, кроме мха и карликовой березы, ничего не может расти, была богатая и разнообразная растительность.
Описание этой растительности мною уже дано в этой книге (с. 11-13). В следующем разделе приведены комментарии проф. Неймайра по поводу миоценового климата, резюме которых - это явление мы объяснить пока не можем. В конце их профессор высказывает, однако, правильную мысль: миоценовое состояние Земли надо, вероятно, считать нормальным и что затем что-то случилось, что вывело Землю из ее нормального состояния.
Исходя из этого предположения, в правильности которого я не сомневаюсь, разгадку несоответствия миоценового климата и теперешнего надо искать не в том, что могло тогда согревать наш полюс, а в том, что его теперь охлаждает.
Моя гипотеза и ее основной тезис дают на это ответ - северный полюс охлажден льдами Гренландского ледяного лишая, охватывающего в настоящее время Гренландию и полярный океан. Уничтожьте лед, и мы вернемся к миоцену.
Действительно, представим себе, что вся суша в северном полушарии ушла под воду. Лед, находящийся сейчас в полярном океане, образовал бы, понятно, плавучий ледяной остров. Никаких сил, удерживающих этот плавучий остров в его теперешнем местонахождении, себе представить нельзя, а, следовательно, он бы поплыл туда, куда его погнали бы течение и ветер. Куда же?
С северного полюса, куда ни плыви, - все пути к югу. Итак, ледяной остров поплыл бы к югу, т. е. к теплу, и, конечно, рано или поздно растаял бы. Его бы не стало. Само собой понятно, что раз уже существующий ледяной остров должен был исчезнуть при таких условиях, то нельзя себе представить, чтобы там образовался новый. Мы имели бы северный полюс свободным ото льда, если бы уничтожили в северном полушарии сушу.
Но нужно ли, чтобы вся суша в северном полушарии исчезла под водой. Что, если бы под воду ушла только северная часть Америки со всеми приписанными к ней островами, так, скажем, до 45-й параллели? Посмотрите на глобус и вы увидите, что тогда между Америкой и Азией, с одной стороны, и между Америкой и Европой - с другой, образуются ворота, совершенно достаточные, чтобы пропустить ледяной полярный остров в Тихий или Атлантический океан, куда он рано или поздно и выплыл бы, если только не предположить какого-нибудь течения, прижимающего его к Азии, но такое предположение было бы искусственным.
Рассуждая как и выше, мы придем к заключению, что и в этом случае новый ледяной остров около полюса не образуется и к северу от Сибири будет свободный ото льда океан.
О том, как влияет температура поверхности океана на климат близлежащих берегов, много говорить не приходится - всем известно, например, что теплый климат Европы вообще и Норвегии в частности обусловлен теплым Гольфстримом, а западные берега материков южного полушария имеют пониженную температуру благодаря проходящим вдоль них холодным течениям. Беглый взгляд на карту, где нанесены холодные и теплые океанские течения и изотермы, убеждает в том, что это влияние значительно.
Какой же климат мы бы получили в прибрежной полосе Сибири и на полярных островах после исчезновения Канады? Весьма вероятным кажется, что, когда по соседству с этими местами будет незамерзший океан, температура поверхности которого даже в самое холодное время года не может опуститься много ниже 0°, мы там будем иметь мягкий, довольно ровный климат со средней годовой температурой в полярной области +8, +10°.
Но что же случилось? Канада охлаждает полярную область? Конечно, нет. Потопить Канаду нам потребовалось только для того, чтобы выпустить ледяной остров, запертый сейчас Америкой, Азией и Гольфстримом. При уничтожении этого ледяного острова полярная область возвращается к миоцену.
Эти рассуждения подтверждают мой основной тезис: лед - причина, а не следствие.
Вместе с тем мы знаем, что в миоценовую эпоху Канада была, а льда в полярном океане не было. Как же это объяснить?
По моей гипотезе это объясняется очень просто. Полярный океан получает достаточно тепла и никакой тенденции к замерзанию никогда не имел, покрылся же он льдом вследствие того, что туда расползся Гренландский ледяной лишай.
Глава III. Теория ледяного лишая
Представим себе, что мы подняли на разные высоты атмосферы горизонтальные площадки и продержали их там несколько лет, наблюдая, как будет накапливаться на них снег. В какой бы географической широте мы это не сделали, мы отметили бы, что площадки делятся на три группы: нижнюю - где снега не будет вовсе или он будет не всегда, среднюю - где всегда будет снег, и верхнюю - где, как и на нижней, снега не будет вовсе или он будет не всегда.
Средняя группа площадок находится в слое, который я назвал снегоизбыточным слоем атмосферы. Если бы мы, кроме простого осмотра этой группы площадок, измеряли бы количество находящегося на них снега, то убедились бы, что из года в год снега на них становится больше. Это происходит от того, что в снегоизбыточном слое снега за год выпадает больше, чем его там может растаять. Ниже и выше его происходит обратное явление - снега выпадает меньше, чем может растаять, почему мы и будем иметь иногда пустые площадки.
Снегоизбыточный слой окружает весь земной шар: во всех широтах от экватора до полюсов мы наблюдаем покрытые постоянным снегом горы, которые в этом отношении являются чем-то вроде наших площадок. Логика говорит, что раз мы имеем слой, где имеется избыток снега, а рядом слои с его недостатком, то на границе их теоретически должна быть поверхность, где снега выпадает как раз столько, сколько его может растаять. Такие поверхности названы мною верхней и нижней снегонулевыми поверхностями (говоря в дальнейшем просто о снегонулевой поверхности, мы будем всегда подразумевать нижнюю).
С большой вероятностью можно предположить, что в снегоизбыточном слое превышение снегонакопления над таянием не одинаково на разных высотах между нижней и верхней снегонулевыми поверхностями. Весьма вероятно, что избыток снега с высотой сперва возрастает, достигает максимума, а затем уменьшается, пока не сойдет на нет на верхней снегонулевой поверхности. Соединив все точки этого максимума для разных мест Земли, мы получим поверхность, названную мною снегомаксимальной. На наших площадках средней группы мы, вероятно, наглядно увидели бы подтверждение этого предположения.
Существование снегоизбыточного слоя обусловливается, как я уже сказал, избытком выпадения снега над возможностью его таяния. Для образования снега необходимы, понятно, осадки и холод. Если много осадков и мало тепла - это фактор, благоприятствующий обильному выпадению снега и, следовательно, образованию снегоизбыточного слоя. Вместе с тем таяние снега обусловливается, очевидно, теплом. Недостаток тепла, уменьшает таяние снега и, следовательно, опять-таки способствует образованию снегоизбыточного слоя.
Сопоставляя сказанное, мы можем утверждать, что образованию снегоизбыточного слоя способствует влажность климата, холод и еще раз холод. Особенно следует выделить при этом низкую годовую температуру, так как она: а) удлиняет период выпадения осадков в виде снега и б) затрудняет его таяние в теплое время года. Затем - влажность климата, особенно в холодное время года.
Однако, анализируя это положение дальше, нетрудно понять, что не всякий холод одинаково способствует образованию снегоизбыточного слоя. Почти безразлично, выпадал ли снег при средней температуре - 30° или - 10°, но далеко не безразлично, будет ли в период таяния снега тенденция средней температуры к +30° или +10°. Само собой понятно, что при 30-градусных температурах (зимой и летом) снега растает больше, чем при 10-градусных, хотя средняя температура в обоих случаях получается 0°. Отсюда понятно, что при прочих равных условиях образованию снегоизбыточного слоя способствуют малые годовые амплитуды температуры; надо, однако, сказать, что этот фактор имеет практически второстепенное значение.
Ниже снегоизбыточного слоя, хотя осадков выпадает больше и солнечные лучи доходят более ослабленными (часть тепловых лучей теряется в атмосфере), теплый воздух (и, конечно, солнечные лучи), во-первых, делает то, что все или известная часть осадков выпадает в виде дождя, а не снега, и, во-вторых, интенсивно растапливает выпавший снег. Этот слой атмосферы можно назвать теплоизбыточным слоем.
Выше снегоизбыточного слоя все осадки выпадают, вероятно, в виде снега, ибо теплый воздух там отсутствует, но количество их там значительно меньше, чем в нижних слоях, и солнечные лучи, действуя весьма интенсивно, должны пересиливать незначительное выпадение снега. Этот слой атмосферы можно назвать лучеизбыточным слоем.
Если мы возьмем карту распределения осадков на земном шаре, то увидим, что хотя количество осадков и очень неравномерно распределено на Земле, но связано оно с ветрами, течениями, горными кряжами, свойствами земной поверхности в данной местности и т. д., но, отнюдь, не с географической широтой места. Как в тропиках, так и в умеренном поясе и за полярным кругом мы имеем наряду с местностями, хорошо орошаемыми, районы с весьма малым количеством осадков. Из этого можно заключить, что из факторов, способствующих образованию снегоизбыточного слоя, влажность климата не зависит от географической широты места.
Главный же фактор - температура, как всем известно, от географической широты места весьма зависит; в теплоизбыточном слое тепла тем меньше, чем больше широта, а в лучеизбыточном слое с ростом широты места уменьшается средний годовой наклон солнечных лучей к горизонту.
Из этого следует, что (если не учитывать различий в снегонакоплении) снегоизбыточный слой на экваторе должен во многом уступать в мощности таковому на полюсах, и меридиональный разрез Земли и ее атмосферы покажет снегонулевые поверхности в виде овалов - нижнюю в виде овала, сплюснутого у полюсов, а верхнюю - у экватора. Снегомаксимальную поверхность с некоторой вероятностью можно принять близкой к шаровой, концентричной с земной поверхностью.
Остается сказать несколько слов о теплоизбыточном слое.
Из многочисленных наблюдений выведено, что годовая температура при поднятии на высоту уменьшается на 1° на каждые 200 м высоты, причем вывод этот верен, по-видимому, для всякой географической широты, т. е. не зависит от годовой температуры на поверхности Земли[1]. Так по крайней мере происходит на высотах, доступных человеческому наблюдению, т. е. в теплоизбыточном слое.
Из этого следует, что на нашей нижней группе площадок время нахождения на них снега будет далеко не одинаково; самые нижние площадки могут и вовсе никогда не иметь снега, если площадки подняты в таких широтах, где бывает бесснежная зима; на площадках, помещенных выше, длительность пребывания на них снега будет увеличиваться с высотой; а на самых верхних площадках теплоизбыточного слоя, т. е. тех, которые находятся в непосредственной близости к снегонулевой поверхности, снег за лето будет только-только успевать стаивать, в какой бы географической широте мы не подняли площадки.
Верхняя снегонулевая поверхность, которая нас, кстати сказать, больше интересовать и не будет, от своей формы овала, вероятно, почти не отступает в зависимости от того, что под ней происходит на земной поверхности. Нижняя снегонулевая поверхность нас интересует более, поэтому поговорим о ней подробнее.
Мы уже выяснили, что нижняя снегонулевая поверхность в меридиональном разрезе представляет из себя овал, сплюснутый у полюсов, иначе говоря, снегонулевая поверхность проходит тем ниже над Землей, чем больше широта места. Это, однако, только ее общий характер, зависящий от общего направления главного фактора образования снегоизбыточного слоя - холода.
Рассмотрим теперь подробнее рельеф снегонулевой поверхности. Совершенно понятно, что отклонения годовой температуры в той или другой местности от нормального постепенного уменьшения ее от экватора к полюсам вызовут местные утолщения или утоньшения снегоизбыточного слоя в его нижней части или, иначе, повышения или понижения снегонулевой поверхности. О ее повышении или понижении в зависимости от этого свидетельствуют изотермы. Где изотерма продвинулась к полюсу, мы при прочих равных условиях должны иметь повышение, а где к экватору - понижение снегонулевой поверхности.
Влажность климата, не зависящая от географической широты, но от очень многих местных причин, чрезвычайно неравномерна в разных местах земного шара. Так как влажность климата, мы знаем, является фактором, способствующим образованию снегоизбыточного слоя, то последний должен в зависимости от влажности колебаться в своей нижней части, подымая или опуская снегонулевую поверхность. Откроем карту Земли с нанесенным на ней распределением осадков: всюду, где осадков выпадает много (особенно за зимнее полугодие), мы имеем понижение снегонулевой поверхности тем большее, чем больше показано осадков, наоборот, где их мало, мы имеем повышение снегонулевой поверхности тем большее, чем меньше осадков.
Карта изоамплитуд дает нам возможность судить о том же: где показаны большие амплитуды, можно ожидать некоторого повышения снегонулевой поверхности, а где малые - понижения. Однако относительно этого фактора мы уже говорили, что он имеет второстепенное значение: он несколько поднимает снегонулевую поверхность в высоких широтах (без него она там проходила бы еще ниже) и несколько опускает ее в тропиках и над океанами.
Таким образом, основную форму снегонулевой поверхности дает понижение температуры от экватора к полюсам. Форма эта искажается от совокупности влияний неравномерного распределения осадков на Земле, отклонения изотерм от параллелей, а также амплитуд температуры. Так получается общий основной рельеф снегонулевой поверхности, окружающей Землю.
Этот рельеф, однако, испытывает дальнейшие изменения под влиянием поверхности Земли. Идея этой дальнейшей детализации рельефа снегонулевой поверхности заключается в том, что в зависимости от того, что находится под ней на Земле, необходимая для снегонулевой поверхности (при прочих равных условиях) температура бывает выше или ниже по сравнению с соседними пунктами.
Вот примеры.
Над возвышенностями, не покрывающимися снегом, или такими, которые хотя и покрываются в холодное время снегом, но и освобождаются от них одновременно с окружающей равниной, снегонулевая поверхность должна быть несколько повышена: температура с подъемом на гору понижается не так быстро, как в свободной атмосфере, и воздух над горой будет, вероятно, иметь ту же температуру на большей высоте, чем воздух над окружающей равниной. Это явление должно быть более значительно в жарких странах, чем в умеренных и холодных, потому что в жарких странах благодаря отсутствию резких различий во временах года высокая гора, не покрывающаяся, однако, никогда снегом, может подходить довольно близко к снегонулевой поверхности. В странах более холодных трудно себе представить высокую гору, которая или не покрывалась бы вовсе снегом, или на которой снег таял бы одновременно со снегом на окружающей равнине; такие возвышенности там могут быть только незначительными, далеко, следовательно, отстоящими от снегонулевой поверхности, почему влияние их на нее должно быть слабым.
Наоборот, если мы имеем гору, покрывающуюся осенью снегом сверху вниз и оттаивающую весной снизу вверх, т. е. после того, как окружающая равнина уже оттаяла (если последняя вообще покрывалась снегом), то над такой горой снегонулевая поверхность должна быть понижена, ибо холодный воздух над площадью горы, еще покрытой снегом, тяжелее воздуха над остальной горой и будет стекать по склону горы по всем направлениям и заменяться воздухом из атмосферы, образуя над площадью, покрытой снегом, нисходящий поток холодного воздуха. Температура над такой горой будет, следовательно, ниже, чем над равниной на той же высоте, что и снизит над горой снегонулевую поверхность. Такие горы мы можем встретить в умеренных и холодных странах.
Эти повышения или понижения снегонулевой поверхности благодаря ветрам надо представлять в виде очень пологих конусов, т. е. таких, диаметры оснований которых во много раз превосходят их высоты.
Совершенно на том же основании мы можем сказать, что горы с постоянным снегом на вершине тоже снижают снегонулевую поверхность еще в большей степени.
Понятно, что если вместо одинокой горы мы будем иметь целую горную систему, плоскогорье или обширную куполообразную возвышенность, то все вышесказанное проявится в усиленной степени: поднятие или опускание снегонулевой поверхности в зависимости от рельефа и заснеженности поверхности гор будет значительнее, чем в случае одинокой горы.
Посмотрим теперь, как чувствительна снегонулевая поверхность к изменению температуры. В предыдущем параграфе было указано, что при поднятии на высоту температура уменьшается в среднем на 1 °C на каждые 200 м высоты. Отсюда легко понять, что если бы в данной местности годовая температура понизилась на 1 °C, то снегонулевая поверхность понизилась бы там на 200 м.
Если бы годовая температура понизилась на 1/365 градуса, т. е. в течение года средняя температура одного дня была бы на 1° ниже, чем раньше, то от этого, казалось бы, ничтожного обстоятельства снегонулевая поверхность снизилась бы более чем на полметра.
Эту чувствительность снегонулевой поверхности к изменению годовой температуры я прошу читателя твердо запомнить.
В любом начальном курсе природоведения можно прочесть о том, что на высоких горах имеются области, всегда покрытые снегом; они называются снеговыми областями гор. Их нижняя граница, отделяющая снеговую область от областей бесснежных или покрывающихся снегом периодически, называется снеговой линией; таким образом, снеговая линия есть предел, до которого летом в горах отступает снег (снеговая линия в зависимости от обилия осадков совпадает, по наблюдениям ученых, с весьма различными годовыми изотермами - от - 17° до +3°, а не с летней изотермой 0°, как думали раньше).
Снеговые области и снеговые линии гор - явления всем давно известные, они видимы и понятны. Для чего же, спросит меня читатель, я развивал теорию о снегоизбыточном слое и снегонулевой поверхности - не есть ли это одно и то же понятие, лишь по-разному выраженное?
Несомненно, что понятия эти родственные, что снеговой области в горах не будет, если их вершины не окажутся в снегоизбыточном слое атмосферы, а также что снеговая линия является границей снеговой области, подобно тому как снегонулевая поверхность служит границей снегоизбыточного слоя. Но все-таки это не одно и то же.
Разница между снегоизбыточным слоем и снегонулевой поверхностью, с одной стороны, и снеговыми областями и линиями гор - с другой, та же, что между каким-то неведомым животным и отпечатком следа его ступни на леске. Если мы нашли след неведомого животного и желаем знать, на что оно способно, нам прежде всего надо по следу мысленно восстановить животное и тогда уж можно будет судить о его способностях. Такими же следами существования снегоизбыточного слоя с его снегонулевой поверхностью и являются снеговые области и линии на горах.
Снегонулевая поверхность есть понятие теоретическое - поверхность, на которой выпадение снега равно его таянию; снеговая линия - явление физическое, на которое, кроме указанного обстоятельства, могут влиять и некоторые другие, почему, вообще говоря, снеговая линия не совпадает со снегонулевой поверхностью, а лишь приблизительно указывает высоту прохождения последней у горы.
Вот простейший пример.
Представим себе очень крутую гору, на которой много снега удержаться не может, избыток его будет по мере накопления еще зимой спадать вниз лавинами, т. е. обвалами. Когда придет весна, на горе останется не весь снег, который выпал за зиму, а лишь тот, которому удалось удержаться, несмотря на крутизну склонов. Понятно, что на этой горе будет такая область, на которой снег не успел бы весь стаять, если бы он не спадал вниз зимой, т. е. область выше снегонулевой поверхности, но благодаря тому, что часть выпавшего в этой области снега еще зимой спала вниз, остаток снега на ней успеет стаять, т. е. область окажется ниже снеговой линии. Напротив, на пологих склонах снеговая линия может идти ниже снегонулевой поверхности, как мы это увидим в дальнейшем.
Для моей ледниковой теории разграничение понятий "снегонулевая поверхность" и "снеговая линия" совершенно необходимо.
Представим себе, что в каком-нибудь месте Земли поднимается отдельная гора, приближаясь таким образом к снегонулевой поверхности. Пока гора не покрывается вовсе снегом, если дело происходит в теплом климате, или пока она оттаивает от снега одновременно с окружающей ее равниной, если дело происходит в холодном климате, над такой горой будет конусообразное повышение снегонулевой поверхности.
По мере роста горы это конусообразное повышение снегонулевой поверхности постепенно сменится над ней конусообразным снижением ее, что произойдет по мере роста горы, когда она начнет покрываться на зиму снегом сверху вниз и оттаивать к лету снизу вверх.
При дальнейшем повышении горы конусообразное снижение снегонулевой поверхности будет все более и более углубляться, расширяясь, понятно, и по площади. Действительно, чем выше будет становиться гора, тем больше времени потребуется для растопления летом находящегося на горе снега и, следовательно, тем дольше над этой горой будет оставаться нисходящий поток воздуха и летняя температура над ней будет понижаться. Таким образом, гора и конусообразное снижение снегонулевой поверхности будут взаимно продвигаться друг другу навстречу.
Их встреча ознаменуется тем, что на вершине горы образуется впервые небольшая снеговая область, т. е. окажется нерастаявший за лето снег, если, конечно, вершина горы такова, что она может удержать его на себе.
Если рост горы продолжится, то снегонулевая поверхность в районе ее опустится еще ниже, потому что с увеличением роста горы увеличится и мощность нисходящего потока над ней, который, распространяясь по поверхности ее от вершины к подошве, будет снижать температуру, а следовательно, и снегонулевую поверхность. Но если рост горы прекратится, то и снегонулевая поверхность остановится на некоторой высоте.
Снеговая линия в зависимости от высоты снегонулевой поверхности в районе горы и разных местных условий, как-то: крутизна горы, поворот ее склона к лучам солнца и господствующим ветрам и т. п., примет какое-то приблизительно постоянное положение.
Область горы выше снеговой линии будет представлять из себя снеговую область, в которой, так как она лежит в снегоизбыточном слое, выпадение снега будет превышать его таяние. Понятно, что там снег должен был бы все более и более накопляться, если бы избыток его не продвигался вниз в область горы, лежащую ниже снегонулевой поверхности, и там постепенно таял. Продвижение снега вниз происходит в виде оползней или обвалов, называемых лавинами, которые от времени до времени низвергаются большими массами в окружающие гору долины; всем жителям горных областей лавины эти хорошо известны.
Здесь интересно отметить способность высоких гор притягивать к себе снегонулевую поверхность, которая вообще в данной местности проходит выше, чем можно предположить по видимой высоте снеговой линии на горах.
Теперь представим себе, что выше снегонулевой поверхности выдвинулась не отдельная вершина, а целая горная система вроде, например, Альп.
Совершенно понятно, что в такой горной системе могут оказаться выше снегонулевой поверхности такие места, откуда избыток снега не может низвергаться вниз лавинами просто потому, что рельеф местности не допускает этого. Такими местами могут быть горные долины, имеющие слишком пологий спуск, чтобы по ним снег мог низвергаться, горизонтальные площадки, котловины и т. п. В таких местах снегу ничего не оставалось бы делать, как только накопляться все более и более, если бы он не истекал с этих мест в виде ледников, или глетчеров, после накопления его в достаточном для того количестве.
Превращение этого снега в лед проф. Мушкетов объясняет следующим образом: "Снег высоких гор, сухой и порошковатый, мощностью иногда до 100 м, под влиянием лучей солнца оплавляется и превращается в зернистый снег, или фирн; последний, цементируясь замерзающей водой, дает фирновый лед, который под влиянием давления (вышележащего накопляющегося снега. - Е. Г.) уплотняется, выделяет воздух и постепенно переходит в плотный ледниковый лед прекрасного голубого цвета".
Таким образом, если мы представим себе разрез снегового покрова горы в том месте, где снег накопляется, то увидим выше всего слой свежевыпавшего порошковатого снега, затем слой зернистого снега - фирна, затем слой мутного фирнового льда и, наконец, ниже всего слой прозрачного ледникового льда. Понятно, что между каждым из этих слоев нет, вообще говоря, резкой границы и переход от одного слоя к другому происходит постепенно.
Если место накопления снега имеет выход в местность, расположенную ниже, например в горной долине, или когда снега накопится столько, что лед получит этот выход, т. е., скажем, заполнит горную котловину до ее края, то лед начнет как бы выливаться из места накопления снега.
Как по существу объяснить этот странный процесс выливания твердого тела - льда, мы здесь разбирать не будем. Для моей теории это несущественно, а интересующиеся этим явлением могут обратиться к любому курсу физической геологии. Скажу только, что это явление доказано, что производит его сила тяжести этого громадного скопления льда, а возможным оно становится благодаря тому, что лед при известных условиях, существующих в ледниках, обладает некоторою пластичностью, т. е. способностью изменять свою форму без разрыва сплошности между его частицами. Со льдом происходит то же, что с некоторыми металлами под прессом, - они тоже изменяют форму без разрыва сплошности между частицами.
В связи с этим выливающийся лед принимает форму в зависимости от рельефа местности; чаще в горных ледниках он имеет вид ледяной реки, расширяющейся или сужающейся в своем течении в зависимости от ее ложа. Эта ледяная река спускается ниже снегонулевой поверхности и там, продвигаясь, постепенно тает.
Сама снегонулевая поверхность над ледником должна быть несколько снижена, потому что на таяние льда, спустившегося ниже ее, затрачивается тепло, и над ледником температура будет ниже, чем над остальной горой на той же высоте.
Скорость движения льда в таком ледяном потоке обычно от 0,1 до 0,4 м в сутки, но есть ледники и с более быстрым движением: в Гималаях имеются ледники, делающие в сутки до 3,7 м, а в Гренландии их скорость еще больше, доходя на одном из них до 22,46 м в сутки (по Мушкетову). При такой скорости движение льда видно уже на глаз.
Нетрудно сообразить, отчего зависит скорость движения ледника. У установившегося ледника за год истекает льдом годовой избыток снега, выпавшего на месте его накопления, называемого областью питания ледника. Следовательно, скорость движения льда (при прочих равных условиях) больше, если область питания ледника обширнее или больше избыток снега, выпадающего на единицу поверхности области питания, или меньше сечение ледяного потока.
Бывает, что ледяные потоки, выходящие из разных областей питания, сходятся вместе и образуют один более мощный поток, подобно тому как реки, вытекающие из разных озер, могут соединиться и образовать одну реку. Бывает наоборот, что одна область питания дает несколько ледяных потоков в разные стороны. Это зависит уже исключительно от топографических условий в области накопления снега.
Длина ледяного потока, и это нетрудно понять, зависит от его мощности, а также пологости его спуска. Если мощность потока велика или спуск его ложа пологий, благодаря чему он долгое время находится вблизи снегонулевой поверхности, поток тает медленно и будет длинным. При обратных условиях он начнет таять быстро и станет коротким.
Если путь ледяного потока обрывается очень крутым спуском, то лед у этого обрыва обламывается и дает обвалы в нижележащую долину.
Если ледяной поток достигает равнины, то он разливается по ней, образуя обширное ледяное поле. На Аляске есть такое ледяное поле площадью 3900 км2, образованное несколькими спускающимися с гор ледниками.
Если ледяной поток достигает моря, что имеет место в полярных странах, то лед по достижении у берега известной глубины вследствие своей плавучести лишается твердой опоры и плывет по поверхности. Затем со страшным треском продвинувшийся в море лед отрывается от родившего его ледяного потока, раздробляясь иногда сам на множество отдельных льдин. Эти льдины называются айсбергами, они плывут по течению и постепенно тают. Некоторые айсберги достигают огромных размеров - до 50 млн. м3, а высотою над водой до 100 и более метров. Принимая во внимание, что над водой показывается только незначительная часть льдины, легко понять, как велики должны быть некоторые айсберги.
Из этого параграфа я прошу читателя усвоить, что непрерывно накопляющийся снег превращается постепенно в лед, который по достижении известной мощности вследствие тяжести и пластичности стремится расползтись через все возможные ему выходы, в зависимости от топографических условий, ледяными потоками или ледяными полями.
Это факт, геологам известный.
Кроме горных ледников, на Земле в наше время наблюдается и другой тип оледенения - оледенение целых континентов, как например, Гренландия. Привожу описание современного ледяного покрова Гренландии, заимствуя данные из неоднократно упоминавшихся выше трудов профессоров Мушкетова и Неймайра.
Гренландский ледяной покров, называемый по-гренландски "сермерсооком", простирается от одного до другого берега, занимая площадь 1,9 млн. км2 при площади всего острова 2,1 млн. км2; мощность его предполагают доходящей до 1700-2000 м, он обладает плоской, слегка выпуклой поверхностью; толща льда скрывает все неровности почвы под ней.
Знаменитые исследователи Нансен и Пири прошли весь остров, первый - в южной его части, второй - в северной, и убедились, что лед покрывает всю Гренландию, не оставляя среди острова никакого свободного ото льда пространства. Высшая точка ледяного покрова острова в его южной части поднимается на 2718 м над уровнем моря. Она удалена от края ледяного покрова с восточной стороны на 180 км и с западной - на 270 км.
Узкая прибрежная полоса острова свободна ото льда. Затем довольно круто поднимается ледяной покров, прорезанный множеством трещин; в этом краевом поясе материкового льда поверхность его имеет неровности в зависимости от рельефа местности и изо льда выдвигаются тут и там крутые скалы, называемые эскимосами "нунатаки", - это единственные выступы земли, погребенной под ледяным саваном. За этими скалистыми выступами горных масс мы находим пологую, слегка волнистую поверхность сермерсоока, прерываемую иногда плоскими котловинами. В последних собирается вода при таянии льдов, которая льется из них шумными потоками и исчезает в бездонных трещинах. Эти огромные трещины, располагающиеся часто параллельно друг другу, пугают путешественников своей глубиной - прорезывая вверху лазурно голубые массы льда, они пропадают в ужасающем мраке.
Далее внутрь острова исчезают нунатаки и трещины; однообразная поверхность материкового льда даже в летнее время покрыта здесь снегом, который под влиянием собственного давления превращается в лед. Это же давление заставляет раздвигаться в стороны нижележащие массы льда.
Несмотря на громадное давление, лед движется чрезвычайно медленно и вследствие таяния передних частей не может достигнуть моря. Местами лед доходит до берега, но не спускается в море. Лишенная льдов полоса посреди западного берега достигает значительной ширины.
Иное наблюдается в тех случаях, когда гористый берег препятствует свободному движению льда и когда лед проталкивается через узкие ущелья. Здесь ледники приобретают огромную скорость, проходят по 20 м в день и на поверхности покрываются многочисленными трещинами, становясь уже ледяными потоками, спускающимися в море и дающими жизнь сотням и тысячам айсбергов. Насколько известно, существует лишь 25-30 таких спускающихся в море ледяных потоков.
По мнению Дригальского, гренландский материковый лед не только представляет полную аналогию ледниковому покрову, который в ледниковую эпоху окутывал Северную Европу и Северную Америку, но является последним его остатком, так как при современных климатических условиях ледники никогда бы не достигли в Гренландии столь значительного развития.
В малом масштабе тип оледенения, подобный гренландскому, имеется также в Норвегии, Исландии и некоторых других местах, а в полном развитии, кроме Гренландии, - в Антарктическом поясе. Область питания таких ледников имеет всегда выпуклую поверхность, а не вдавленную, как в горных ледниках; ледяные языки от нее расходятся во все стороны, где позволяет местность. Этот тип оледенения наблюдается там, где обширные плоскогорья с незначительным уклоном поверхности поднимаются выше снеговой линии.
Представим себе, что какая-нибудь низменность достаточной площади в порядке эпейрогенических движений стала бы куполообразно подниматься и коснулась бы вершиной снизившейся ей навстречу снегонулевой поверхности, образовав при этом очень пологие склоны. Допустим, что вскоре после этого касания эпейрогеническое движение прекратилось, благодаря чему прекратился и дальнейший подъем вершины купола. Как бы ни была мала площадка купола, возвысившаяся над снегонулевой поверхностью, но она, если склоны купола достаточно для того пологи, служит зародышем будущего ледяного лишая, а сам такой купол является первичной ледородной возвышенностью.
Действительно, выпадающий на этой площадке за зиму снег не успевает за лето весь растаять, и следовательно, он на ней начнет накопляться все более из года в год. На окружающей же местности, лежащей чуть-чуть ниже снегонулевой поверхности, снег успевает весь стаять за лето, и следовательно, он каждую зиму будет доходить все до одного и того же уровня. Понятно, что таким образом над площадкой, выступившей над снегонулевой поверхностью, станет расти снежный бугор. Но образования высокого бугра не потерпит нивелирующий геологический агент - ветер, который еще зимой будет сметать часть выпадающего на бугре пушистого снега на соседние с бугром точки купола. Этим ветер, конечно, будет замедлять рост снежного бугра в вышину, но зато не тающий летом снег распространится в ширину.
Мы предположили купол с очень пологими склонами, что и является необходимым условием ледородной возвышенности. Правда, соседние с бугром точки купола находятся немного ниже снегонулевой поверхности и выпадающий на них снег только-только успевает за лето стаять. Понятно, что если, кроме того, на них попадает еще часть снега, сметенного сюда ветром, то это общее его количество не успеет стаять за лето и бугор увеличится по площади. Таким образом, на таком пологом куполе снеговая линия имеет тенденцию идти ниже снегонулевой поверхности.
В то же время малейшее увеличение бугра по площади должно сейчас же отразиться на высоте снегонулевой поверхности. Естественно, что у края бугра при его увеличении температура должна понижаться, а снижение температуры там должно будет снизить положение снегонулевой поверхности. Последняя, снизившись, тем самым увеличит площадь купола, где снег накапливается естественно, а потому способствует при участии ветра дальнейшему снижению снеговой линии. Это новое увеличение бугра по площади вызовет новое снижение снегонулевой поверхности и т. д.
Таким образом, на ледородной возвышенности снеговая линия при участии ветра постоянно снижается и тянет за собой снегонулевую поверхность, опускание которой делает возможным дальнейшее понижение снеговой линии.
Является вопрос, будет ли это снижение снеговой линии и снегонулевой поверхности на ледородной возвышенности беспредельным или ему есть какой-нибудь предел?
Это всецело зависит от склонов купола. Если купол, очень пологий у вершины, становится потом все круче и круче, то возможно, что на каком-то уровне дальнейшее распространение бугра прекратится. Нетрудно понять, что для этого нужно, чтобы или снеговая линия перестала снижаться, или, несмотря на это, прекратилось опускание снегонулевой поверхности.
Снеговая линия может перестать снижаться в том случае, если склоны купола достигнут какой-то предельной пологости, при которой возможны уже снежные лавины, сбрасывающие избыток снега в долины, где он и будет таять. Благодаря этому бугор уже не сможет расползаться при помощи ветра. Но если его склоны этой предельной пологости не достигнут, то снеговая линия не перестанет снижаться, ибо куда же действительно денется избыток снега, выпадающего на бугре?
Что же касается снегонулевой поверхности, то мы знаем, что положение ее зависит от холода и количества выпадающего снега. Понятно, что при разрастании бугра по ледородной возвышенности никаких причин, уменьшающих снегопад, нельзя представить. Допустить, что температура перестанет снижаться, несмотря на разрастание бугра, тоже нельзя. Следовательно, никаких причин для того, чтобы снегонулевая поверхность перестала снижаться при разрастании бугра, даже не мыслится. Наоборот, есть полное основание думать, что чем больше разрастается бугор, тем легче и быстрее идет его дальнейшее распространение, ибо чтобы снегонулевая поверхность не отставала в своем снижении от снеговой линий, последняя должна понижаться пропорционально радиусу бугра при его возрастании, тогда как охлаждающая площадь бугра возрастает пропорционально квадрату его радиуса.
Превращение этого бугра в ледяной лишай и его дальнейшую судьбу мы проследим ниже.
Теперь посмотрим, что же будет происходить с самим разрастающимся в вышину и по площади снежным бугром.
На всей его площади выпадающий за зиму снег растаять за лето не успевает, что и обусловливает существование бугра. Следовательно, снега будет скопляться все больше и больше.
Мы уже знаем из раздела о горных ледниках, что нижние слои накопляющегося снега превращаются в лед. Такой процесс должен происходить и на нашем снежном бугре.
Мы также знаем, что под влиянием силы тяжести этого громадного скопления льда и благодаря своей пластичности лед по достижении известной мощности расползается во все стороны, где не встречает препятствий. Это наблюдается в горных ледниках, это должно происходить и здесь.
Из этого мы должны вывести, что наш бугор будет расти в вышину лишь до некоторой высоты, после чего весь избыток снега, выпавший на часть бугра, уже достигшую этой предельной высоты, должен идти на расширение его основания. Снежно-ледяной бугор будет расползаться под влиянием тяжести избыточного снега. Это явление помогает основному процессу расползания бугра, о котором говорилось в предыдущем разделе.
Таким образом, наш бугор будет постепенно превращаться в снежно-ледяной покров, который я назвал ледяным лишаем, во-первых, ввиду его совершенно самосильного распространения по Земле из ничтожного зародыша - площадки куполообразной возвышенности, выступившей над снегонулевой поверхностью, и, во-вторых, ввиду того, что явление это мне представляется как бы болезнью планеты, наиболее напоминающей по характеру своему именно лишаи.
Образование ледородной возвышенности, а следовательно, и ледяного лишая возможно на Земле в любой географической широте, ибо в любой географической широте мы имеем снегонулевую поверхность и в любой географической широте происходят эпейрогенические движения. Если мы, например, придадим Африке куполообразную форму такой вышины, чтобы середина купола выступала выше снегонулевой поверхности, то мы неизбежно получим оледенение Африки от океана до океана - ледяной лишай с этой центральной площадки расползется во все стороны, уничтожит прибрежную тропическую растительность, достигнет моря, где, отламываясь вследствие плавучести, края лишая заполнят айсбергами тропические моря.
Это не только теоретическая возможность, но, по-видимому, ледяные лишаи в низких широтах бывали в истории Земли; об этом свидетельствуют следы оледенения, найденные там учеными. Хотя, как мы это скоро увидим, действие ледяного лишая может сказываться и очень далеко от первичной ледородной возвышенности и некоторые из следов оледенения в тропиках, возможно, произведены
Гренландским лишаем, но Другие, например в Индии, ни по времени, ни по географическому положению с Гренландским лишаем ничего общего не имеют, и для объяснения их требуется найти, где был в то время ныне исчезнувший ледяной лишай.
Но, конечно, для образования первичной ледородной возвышенности в низких широтах шансов немного: уж очень там высоко проходит снегонулевая поверхность и поэтому слишком уж велик по площади должен быть купол, чтобы, имея пологие склоны, он все же достигал снегонулевой поверхности.
В высоких широтах вероятность образования первичной ледородной возвышенности гораздо больше, ибо, во-первых, снегонулевая поверхность там проходит гораздо ниже, а во-вторых, очень большие острова, вроде Антарктиды или Гренландии, если они расположены в полярных океанах, являются местами исключительно предрасположенными к заболеванию этой ледяной болезнью. Чтобы объяснить последнее обстоятельство, нам надо, однако, предварительно ознакомиться с доледниковым климатом Земли, что мы и сделаем в следующей главе.
Легко понять, что основным фактором в ледородной возвышенности являются пологие склоны, заходящие выше снегонулевой поверхности. Поэтому ледородная возвышенность может иметь и всякую иную, кроме куполообразной, форму, лишь бы было наличие обширных пологих склонов, заходящих выше снегонулевой поверхности. Так, ледородную возвышенность легко себе представить в виде пологой крыши дома, односторонней или двухсторонней и т. п. Понятно, что если ледородная возвышенность будет иметь только одну сторону с пологими склонами, а другую - с крутыми, то и ледяной лишай, ею порожденный, будет распространяться только в сторону пологих склонов. Куполообразная форма ледородной возвышенности - это только ее идеальная форма, при которой не нужно, чтобы обширные склоны заходили выше снегонулевой поверхности, а достаточно, чтобы над последней возвысилась самая ничтожная площадка.
Мы понимаем, что по мере роста ледяного лишая:
1) снегонулевая поверхность все снижается;
2) площадь, принимающая выпадающий снег, возвышается за счет мощности ледяного покрова;
3) размер этой площади увеличивается и притом пропорционально квадрату линейного продвижения края лишая.
Благодаря первым двум обстоятельствам площадь, принимающая снег, все приближается к снегомаксимальной поверхности, почему избыток снега, выпадающий на единицу ее поверхности, становится все больше по мере роста лишая.
Сопоставляя это с третьим обстоятельством, легко прийти к заключению, что накопление общего количества снега (по мере роста лишая) идет все увеличивающимся темпом. А отсюда нетрудно вывести, что лишай не может перестать распространяться по Земле, если что-то не случится, если сам климат в районе лишая не изменится настолько, что на лишае снег перестанет накопляться - таяние снега уравновесит его выпадение.
Изменить климат, понятно, должен сам лишай. Поднять температуру, чтобы увеличить таяние снега, ледяной лишай, расползаясь, конечно, не может. Ему, значит, нужно уменьшить выпадение снега, создать зимнюю сухость климата.
Благодаря этой, созданной лишаем зимней сухости климата снегонулевая поверхность должна будет остановиться, а вслед за ней прекратится и расползание лишая, когда избыток выпадения снега выше снегонулевой поверхности уравновесится избытком таяния лишая ниже ее.
Посмотрим теперь, каким образом лишай может создать зимнюю сухость климата. Пока лишай расползается по самой первичной ледородной возвышенности и тому материку, на котором она образовалась, никакого имеющего реальное значение увеличения зимней сухости климата ожидать нельзя - зимняя земля дает почти так же мало испарений, как и сам лишай, почему расползание его по ней мало что изменит. Значит, лишай обязательно должен дойти до моря и охватить собой ту часть его, которая нужна для придания лишаю в его целом зимней сухости, последнее, вообще говоря, может и не случиться.
Если лишай встретит на своем пути мелкое море, то он заполнит его непрерывным покровом, вытеснив из него воду; такова, несомненно, была участь Балтийского моря в ледниковую эпоху. Если лишай дойдет до глубокого моря, то он приступит к рождению бесчисленных айсбергов, которые поплывут по течению; в зависимости от последнего и будет происходить дальнейшее распространение ледяного лишая. Можно представить при этом следующие простейшие случаи.
Около материка, на котором образовалась первичная ледородная возвышенность, нет вовсе течения или имеется круговое течение, неспособное отнести айсберги от родившего их материка. В этом случае айсберги будут почти непрерывно заполнять все море около этого материка, пока вызванная ими сухость зимнего климата не уравновесит выпадение и таяние снега и льда на лишае в его целом. Такой тип лишая я назвал локализованным стационарным, таким лишаем является наш Антарктический.
Теоретически можно себе представить, что в районе материка первичной ледородной возвышенности имеется уносящее айсберги течение. В этом случае, сколько бы айсбергов ни было там рождено, никакой зимней сухости на первичной ледородной возвышенности от них не произойдет. Очень интенсивное рождение айсбергов там продолжалось бы постоянно. Сами же айсберги, плывя по течению, образовали бы как бы ледяную реку среди океана. Ледяной лишай в этом случае имел бы кометообразный вид.
Но могло бы случиться и так, что эта река из айсбергов проходила бы вблизи каких-нибудь берегов. Совершенно понятно, что такая ледяная река, имея температуру около 0°, значительно понижала бы температуру в районе своего следования. Это понижение температуры вызывало бы, понятно, снижение снегонулевой поверхности. При этом могло бы оказаться, что уже благодаря этому снижению снегонулевой поверхности на этих берегах могут образоваться рефлекторные ледородные возвышенности, которые и породят рефлекторные ледяные лишаи.
Эти рефлекторные ледяные лишаи, также дойдя до моря, может быть, даже и не до одного, образуют, если этому благоприятствуют течения, новую реку айсбергов, которая распространит ледяную заразу далее, где произойдет то же, и т. д. Таким образом, мог бы получиться всепланетный лишай, который покрывал бы все материки и крупные острова ледяным покровом, вроде современного Гренландского, а океаны - миллиардами айсбергов. Свободными ото льда остались бы, может быть, только некоторые небольшие острова, расположенные в тропическом поясе и притом далеко в океане.
Гренландский ледяной лишай принадлежал бы, вероятно, к этому всепланетному типу лишаев, если бы не локализовался своей пульсацией. О нем скажу своевременно.
Что же в сущности такое ледяные лишаи? Это не более как грандиозной величины глетчеры, отличающиеся от горных ледников, в основном тем что последние по своей ничтожности существуют лишь в пределах даваемых им природой условий, а лишаи сами создают условия, способствующие их дальнейшему распространению по Земле. Подобно тому как, для того чтобы сжечь известное количество горючего материала, достаточно поджечь его в одном каком-либо месте, которое, воспламенившись, повысит температуру в соседних точках, так и ледяной лишай, зародившись на площадке ледородной возвышенности, величиною, может быть, с медный пятак, способен охватить собой десятки миллионов квадратных километров земной поверхности.
В заключение главы - несколько слов о возможности исчезновения ледяного лишая.
Для зарождения ледяного лишая нужно очень немногое. Если в течение неопределенно долгого времени куполообразная возвышенность своей высшей точкой проходила, скажем, на один метр ниже снегонулевой поверхности, вследствие чего эта точка в течение года освобождалась от снега, может быть, на несколько часов, - все было благополучно. Но вот эпейрогенические движения подняли эту точку всего на каких-нибудь два метра, она стала на один метр выше снегонулевой поверхности и в течение года всего на несколько часов не успевала оттаивать от снега - и зародился ледяной лишай, покрывший огромнейшие пространства земной поверхности.
Так же ли мало нужно, чтобы ледяной лишай исчез? Достаточно ли будет для этого, если эта высшая точка куполообразной возвышенности в силу новых эпейрогенических движений вернется в свое положение, которое она имела до образования лишая?
Конечно, недостаточно. Ибо после образования ледяного лишая уже не эта точка купола принимает выпадающий снег, а точка поверхности ледяного покрова, находящаяся на тысячу или более метров выше ее. А снегонулевая поверхность, наоборот, расположена теперь значительно ниже того уровня, на котором она находилась до образования лишая, снизившись при образовании его па сотни, а может быть, и тысячи метров.
Из этих соображений легко вывести, что исчезновение ледяного лишая - дело очень-очень трудное. Тут нужны уже нешуточные эпейрогенические движения. Если справедливо предположение, что на Земле были ледяные лишаи, ныне исчезнувшие, как, например, тот, в сферу действия которого входила Индия, то факт исчезновения его говорит за то, что эпейрогенические движения земной коры достигают громадных размеров.
Глава IV. Доледниковое распределение температуры на Земле
Проф. Мушкетов говорит, что теплота, доставляемая на Землю солнечными лучами, распределяется весьма неравномерно на земной поверхности в зависимости от астрономических и физических условий.
Исходя из указанного положения, что количество теплоты, получаемое в сутки данной местностью, зависит от среднего синуса угловых высот Солнца над горизонтом (угол падения лучей), размера видимого солнечного диска (расстояние от Земли до Солнца) и продолжительности пребывания Солнца над горизонтом, и допуская, что изменение высоты Солнца как до, так и после полудня происходит равномерно, что хотя и не совсем точно, но недалеко от истины, мною вычислена нижеследующая таблица (табл. 1) количества тепла, получаемого в сутки полюсами и точками экватора и параллелей 15, 30, 45, 60 и 75° обоих полушарий, приняв за 100 единиц тепла количество его, получаемого точкой экватора при склонении Солнца - 0°, т. е. в дни равноденствий.
Аргументами таблицы служат параллели через каждые 15° от полюса до полюса и склонение Солнца через каждый 1°. Против каждого склонения показаны даты года, когда данное склонение имеет место. Последний столбец "Число дней" дает число дней в году, когда данное склонение с точностью до целых градусов имеет место. Искомым в таблице является количество тепла в сутки, получаемое точкой в данной широте, принимая за единицу тепла, как уже сказано, одну сотую того количества тепла, которое получает точка экватора в дни равноденствий. Вся таблица составлена при помощи альманаха 1928 г. (Последнее обстоятельство, к сожалению, но другого альманаха я в Кобе найти не мог.)
Из табл. 1 мною вычислена еще одна (табл. 2).
Из этих таблиц мы можем сделать следующие выводы.
В теплое время года полюса получают очень много солнечного тепла, причем в самые жаркие дни в 1,5 раза больше, чем в те же дни экватор: за четыре наиболее теплых месяца каждый из полюсов получает столько же тепла, сколько за то же время экватор, а за те полгода, что они освещены Солнцем, каждый из полюсов получает в среднем в сутки почти столько же тепла, сколько экватор в дни соответствующего солнцестояния.
В среднем за год каждый из полюсов получает столько же тепла в сутки, сколько одноименная 30-я параллель - в сутки в течение ее самого холодного месяца или 60-я параллель - в дни равноденствия.
Если к этим таблицам еще добавить то, что 67-я северная параллель получает в сутки в среднем зимой 9, летом 77, а за год 43 единицы тепла, то можно сделать вывод, что количество тепла, получаемого в среднем за сутки полярными областями, весьма равномерно на всем их пространстве, особенно летом.
Таблица 1. Распределения солнечного тепла на Земле (в относит. ед.)
Таблица 1. (окончание)
Таблица 2. Количество тепла, получаемого в среднем в сутки (в относит. ед.)
Так как температура на земной поверхности обусловливается исключительно согревающим действием солнечных лучей (внутренняя теплота Земли, как доказано учеными, не играет практически никакой роли), то температуру в каждой местности, которая соответствовала бы количеству получаемой данной местностью солнечной теплоты, можно бы назвать просто нормальной. Но такой упрощенный термин может, понятно, повести к недоразумениям, поэтому я назвал ее астронормальной температурой на Земле.
Понятно, что астронормальная температура на Земле была бы в том случае, если бы Земля имела поверхность, быстро нагревающуюся под влиянием солнечных лучей и быстро теряющую тепло при их отсутствии. Такая поверхность - это земная суша пустынного характера. Атмосфера задерживает и нагревание и охлаждение поверхности Земли и способствует переносу тепла с места на место, почему совершенно астронормальную температуру мы получили бы только, если Земля оказалась бы в условиях Луны. Но так как атмосфера есть неотъемлемая принадлежность Земли, окружающая ее всегда и повсеместно, то астронормальной будем считать ту температуру Земли, которую она бы имела, если бы была повсеместно сушей пустынного характера при наличии сухой атмосферы и случайных ветров.
Теперь допустим:
1) Что серединная часть тропической Сахары достаточно удалена от моря, чтобы иметь неизмененную морем астронормальную годовую температуру. Сахара - пустыня и имеет сухой климат, почему мы ее и берем. Эту годовую температуру на 15° с. ш. мы допустим +32° (такая годовая температура где-то существует в этих местах). По табл. 2 это 86 единиц тепла.
2) Что северный полюс во время полярной ночи (при сухости его зимнего климата и бесспорной пустынности) имеет ту температуру, которую бы имел, если бы Азия и Америка на месте полярного океана соединялись сушей, т. е. тоже астронормальную (ибо чем зимой в смысле охлаждения поверхность льда отличается от всякой другой твердой поверхности?), причем среднюю зимнюю температуру полюса допустим - 40°. По табл. 2 - это 0 единиц тепла.
Сделав эти два достаточно правдоподобных допущения, мы можем рассчитать астронормальную температуру на Земле для любой широты и любого времени года: при 0 единиц тепла - минус 40°, при 86 единицах тепла - плюс 32°, остальные температуры рассчитываются по пропорции.
В соответствии с этим мною и вычислена следующая таблица (табл. 3).
Для 67° с. ш. мы имеем среднюю летнюю +26°, среднюю зимнюю - 32°, среднюю годовую - 4°. В этой табл. 3 опять обращает на себя внимание ровность средних температур в больших широтах. За шесть летних месяцев средняя температура, начиная с 60-й параллели, остается без изменения, годовые же температуры за полярным кругом меняются только на 2°, тогда как в умеренных широтах на 15° широты приходится 12° изменения годовых температур.
Все эти температуры, однако, совершенно не сходятся с теми, которые мы в наш век наблюдаем.
Поищем же причины этого.
Таблица 3. Астронормальные температуры на Земле (в градусах С)
Факторы, отклоняющие температуры на Земле от астронормальных, следующие:
1) Высота местности над уровнем моря. Мы уже видели, что с подъемом температура понижается приблизительно на 1° на каждые 200 м высоты.
2) Господствующие ветры, которые могут и повышать и понижать температуру в некоторых местах Земли против астронормальной.
3) Влажность климата, которая всегда понижает температуру против астронормальной, ибо, во-первых, водяные пары в атмосфере задерживают часть солнечных лучей, во-вторых, не все достигающие Земли лучи идут на нагревание поверхности, так как часть их расходуется на таяние весной снега и на испарение с влажной почвы. Сказывается это понижение температуры особенно летом и в тропических странах, так как при температуре ниже 0° затрата тепла на испарение очень мала. Вследствие влажности климата мы нигде, кроме пустынь, не можем наблюдать тех очень высоких летних температур, которые полагаются астронормально.
4) Океаны, действие которых на температуру двояко:
а) Основное действие океана на температуру - это уменьшение ее амплитуды.
Если мы посмотрим на таблицу астронормальных температур на Земле (см. табл. 3), то увидим, что в тропиках температуры довольно равные круглый год, но чем дальше к полюсам, тем значительнее становятся их годовые амплитуды. Из этого следует, что основное действие океанов - уменьшение амплитуд температуры - должно проявляться тем сильнее, чем в более высокой широте расположен океан. Особенно сильное влияние должны оказывать полярные океаны, достаточно большие и глубокие, чтобы они не успевали покрыться льдом за полярную ночь. На поверхности такого океана нельзя себе представить ни зимней температуры много ниже 0°, ни какой-нибудь особенной жары летом. На полярном незамерзающем океане мы не обнаружим ни полюса летней жары, ни полюса зимнего холода, как это полагается астронормально, а, наоборот, будем иметь довольно ровную температуру круглый год.
Если такой океан представить себе полностью или частично замерзающим на некоторое время зимой, то уменьшение им амплитуд температуры выразится в меньшей степени - за все время года, пока океан не будет покрыт льдом, оно будет проявляться полностью, в остальное же время года в частях океана, покрытых льдом, будет наблюдаться тенденция к астронормальной температуре, ибо, как мы уже говорили, поверхность льда ничем, в смысле потери тепла, не отличается от любой другой твердой поверхности. В среднем за год это, понятно, даст уменьшение годовых амплитуд, но меньшее, чем при незамерзающем вовсе океане.
б) Второе влияние океанов на температуру обусловливается горизонтальным перемещением воды - течениями.
Нетрудно понять, что полюса никакого течения, кроме теплого, иметь не могут - все направления к ним идут от экватора, а к экватору, наоборот, направляются холодные течения. В промежуточных широтах вероятность теплого течения тем большая, чем выше широта места. Отсюда обобщение, что в низких широтах океаны должны понижать годовую температуру против астронормальной, а в высоких - ее повышать.
Таким образом, океаны (в смысле их влияния на климат) надо считать фактором весьма благоприятным, способствующим равномерности климата как в пространстве, так и во времени.
5) Ледяные лишаи надо признать фактором зловредным в отношении климата, ибо легко понять, что поверхность ледяного лишая может охлаждаться столько, сколько ей полагается астронормально, нагреться же выше температуры тающего льда она не может. Если имеется ледяной лишай в полярной области, то зимой на нем будет астронормальная температура, а летом - около 0°. На ледяном лишае в низких широтах днем мы всегда наблюдали бы температуру около 0°, но ночью и там имели бы значительный мороз вследствие потери тепла ледяной поверхностью при отсутствии солнечных лучей.
Теперь обратимся к нашей северной полярной области и посмотрим, как отклонялась там температура от астронормальной в миоцене и как она отклоняется теперь.
Предварительно рассмотрим, чем современная континентальная температура отличается от астронормальной.
Легко понять, что современная температура, наблюдаемая в континентальных местах, отклоняется от астронормальной благодаря факторам, указанным выше (кроме океанов), т. е. высоте местности, господствующим ветрам, влажности климата и ледяным лишаям. Пренебрегая первыми тремя факторами, скажем, что современную континентальную температуру можно, с некоторым допущением, считать за астронормальную, искаженную ледяным лишаем, имеющимся в нашей полярной области.
Рассуждая приблизительно также, мы придем к выводу, что современная океаническая температура - это доледниковая океаническая температура, тоже искаженная тем же ледяным лишаем. Отсюда напрашивается вывод, что при сравнении температур - астронормальной и доледниковой океанической - мы можем до известной степени руководствоваться сопоставлением температур - континентальной и океанической - в наши дни.
Мы уже знаем, что океаны в высоких широтах повышают температуру, поэтому наиболее континентальной температурой мы вправе считать ту температуру, которая является наинизшей на данной широте.
В наш полярный океан вливается и, вероятно, вливался и в миоцене Гольфстрим. Насколько последний повышает годовую температуру по сравнению с континентальной, видно из того, что в наши дни, например, годовая температура на 60-градусной широте равна над Гольфстримом +8°, а в Якутии - 5°, в тех же областях 70-градусной широты - соответственно +4° и - 15°, что дает разницу в 13 и 19 °C.
Смотря на эти величины повышения годовой температуры Гольфстримом против континентальной в наши дни лишь как на выражение идеи о том, насколько доледниковый Гольфстрим мог повышать температуру полярной области против астронормальной, и приняв последнюю (по табл. 3) равной - 6°, мы вполне можем допустить, что доледниковая полярная область имела годовую температуру +10° или около того, которая ей приписывается в миоцене. Никакого другого объяснения миоценового режима в полярной области и не требуется.
К этому же можно подойти и другими рассуждениями, минуя абсолютные величины астронормальных температур в табл. 3. Мы видим, что в наши дни при наличии в полярной области ледяного лишая Гольфстриму все же удается поднять годовую изотерму +5°
Почти до 70-й параллели, т. е. в ту область, где астронормальные годовые температуры уже почти не меняются с увеличением широты места. Дальнейшее понижение годовых температур по направлению к полюсу в наши дни можно объяснить наличием ледяного лишая, не будь которого и на 70-й параллели была бы годовая температура не +5°, а выше. Она и дальше уменьшалась бы весьма медленно, ибо количество годового солнечного тепла там уже почти не меняется с приближением к полюсу.
Таким образом, полярный океан являлся в миоцене фактором, весьма резко изменявшим климат по сравнению с астронормальным: вместо чередования на Северном полюсе холода и жары мы получаем там довольно ровную и значительно повышенную температуру.
Теперь посмотрим, как должен был измениться климат полярной области, когда Гренландский ледяной лишай захватил полярный океан.
Мы уже говорили, что в зимнее время поверхность ледяного лишая в смысле охлаждения ничем не отличается от любой другой твердой поверхности, и следовательно, в зимнее время на ледяном лишае будет отмечаться тот самый мороз, который положен данной местности по таблице астронормальной температуры.
В летнее же время картина резко изменится. В то время как по табл. 3 астронормальная температура в данной местности, не покрытой, однако, лишаем, должна быть очень высокой, она не поднимется выше 0° - температуры тающего льда.
Понятно, что годовая температура при наличии лишая в полярной области понижается не только по сравнению с таковой при наличии там незамерзающего океана, но и астронормальной. В соответствии с данными табл. 3 современная, т. е. при наличии лишая, годовая температура Северного полюса окажется равной - 21°,5, эта величина близка наблюдающейся в наше время.
Был ли когда-нибудь в нашей северной полярной области большой материк, притом не покрытый лишаем, я не знаю. Но если он и существовал, то там должна была быть весьма своеобразная флора и фауна - чрезвычайно стойкая против и жары и холода, или сезонная.
Но незамерзающий океан в нашей полярной области определенно был - об этом свидетельствует миоценовая флора, находимая на современном побережье полярного океана.
Теперь, когда мы разобрали астронормальную температуру на Земле и ее отклонения, можно представить себе довольно ясно распределение ее в доледниковое время.
По миоценовой флоре, следы которой встречаются по берегам полярного океана, можно судить, что океан этот не покрывался льдом. Ничего невероятного в этом и нет. Океан этот обогревался летом Солнцем, а зимой Гольфстримом. Гольфстрим производил в нем непрерывную циркуляцию воды, не давая ей там застаиваться и выгоняя охладившуюся воду обратно к югу.
Следовательно, на океане, на небольших островах его и в прибрежной полосе Азии, Америки и Гренландии должен был быть мягкий, ровный климат.
Но по мере удаления от берегов полярного океана в глубь Азии, Америки и Гренландии, смягчающее действие океана на климат должно было, понятно, уменьшаться, уступая место все приближающимся к астронормальным температурам, т. е. очень жарким летам и очень холодным зимам в этих широтах.
Поэтому было бы совершенно ошибочно думать, что если на полярных островах находят в миоцене магнолии и виноград, то в Сибири должен был быть климат вроде современного в Египте. Нет, в Сибири, в Канаде, в центральной части Гренландии и в миоцене были настоящие зимы, в русском смысле этого слова, с морозом, ледоставом на реках и снегом. Правда, эти зимы не были так суровы, как теперь, ибо смягчающее действие незамерзающего полярного океана сказывалось на весьма значительные расстояния, как это видно по миоценовой флоре Европы, но все же это были, повторяю, настоящие русские зимы.
Снегонулевая поверхность в полярной области стояла вообще низко - теплый океан должен был давать обильные зимние испарения, что способствовало влажному зимнему климату и обильным за долгую зиму осадкам. Летняя же жара умерялась действием полярного океана. Допустив, что влажность климата там была такая же, как в тропической области, а годовая температура - около +10°, можно предположить, что снегонулевая поверхность находилась километра па три ниже, чем в тропиках, где она проходила, вероятно, и в миоцене приблизительно на той же высоте, что и теперь. Таким образом, горы 1,5-2 км высотой могли иметь уже снеговые области.
Над океаном и небольшими островами, а также во всей прибрежной полосе суши осадки выпадали круглый год, по-видимому, в виде дождя, но над окружающими материками, там, куда еще достигал влажный морской ветер, но где температурные условия уже приближались к астронормальным, бывал, вероятно, обильный за зиму снегопад.
Например, в Гренландии, площадь которой (около 2 млн. км2) достаточно большая, чтобы иметь в центральной части более или менее астронормальную зимнюю температуру, но недостаточно большая, чтобы через нее не могли гулять океанские ветры, снег по побережью или не выпадал вовсе или выпадал в весьма незначительном количестве. Но в глубине острова его выпадало больше, даже если он представлял из себя совершенную низменность, ибо чем дальше от берега, тем астронормальнее становилась зимняя температура, а астронормальная зимняя температура, как видно из табл. 3, очень низка в этих широтах. Поэтому зимний снежный покров Гренландии должен был нарастать от центра к периферии и мощность скоплявшегося за зиму снега увеличивалась по мере приближения к центру острова; оттаивание этого снега летом должно было, понятно, происходить в обратном порядке - от периферии к центру.
В предыдущем разделе мы уяснили, что полярный океан градусов на 15 повышал на своей поверхности температуру против астронормальной. Следовательно, в центре Гренландии, где благодаря удалению от океана температура стремилась к астронормальной, она уже от одного этого обстоятельства должна была бы быть ниже, чем над океаном. Но тут надо принять в расчет еще одно обстоятельство. Чтобы получить в среднем за год астронормальную температуру, надо предположить, что летом в этих широтах была очень высокая температура, как оно астронормально и полагается. Но астронормальная летняя температура может начаться только после того, как стает снег, ибо до этого температура выше 0° над снежным покровом подняться не может. А если благодаря окружению Гренландии теплым океаном снега в центральной части острова выпадало много и он долго таял летом, то надо допустить, что там в миоцене температура имела тенденцию не к астронормальной, а к современной температуре - зимой лучеиспускание, а летом таяние снега. Конечно, современной она не была, ибо полярный океан и в центральную часть острова доставлял не только влагу, но и тепло, но тенденция такая была. Из этих рассуждений кажется во всяком случае правдоподобным, что годовая температура над Гренландией была значительно снижена против таковой над океаном, а это обстоятельство, понятно, вызывало над Гренландией конусообразное снижение снегонулевой поверхности, проходившей и над окружающим океаном не очень-то высоко, как мы выше уяснили.
Нет сомнения, что был такой период в жизни Гренландии перед ледниковой эпохой, когда снегонулевая поверхность в центральной части острова проходила так близко над поверхностью земли, что снег в том пункте, где он оттаивал позже всего, оттаивал всего на несколько часов в году.
Пока это так было, миоценовое благополучие в полярной области не нарушалось. Но вот, может быть, самое ничтожное эпейрогеническое движение земной коры - и этот пункт острова всего на несколько часов в году стал не успевать освобождаться от снега, потому что поднялся чуть-чуть выше снегонулевой поверхности, и Гренландия сделалась ледородной возвышенностью, зародив ледяной лишай, перевернувший всю жизнь северного полушария Земли.
Глава V. Актуальные лишаи
Предыдущей главой я хотел объяснить, что большие острова, расположенные среди полярных океанов, являются местами, чрезвычайно предрасположенными к заболеванию ледяными лишаями, - океаны доставляют влагу, а сам остров - холод. Это дает большое снижение снегонулевой поверхности, проходящей над полярными океанами и без того низко, и делает легким касание ее с пологими склонами, которые предоставляет на сей случай сам остров. Поэтому, хотя ледяные лишаи и могут, как сказано, зародиться в любой географической широте при наличии куполообразной возвышенности с пологими склонами, достигающей вершиной снегонулевой поверхности, легче всего это может произойти в местах, наиболее к тому расположенных - полярных областях, где для этого вовсе не нужно такого уж очень высокого купола.
В наши дни мы и имеем на Земле два лишая - оба расположены в обеих полярных областях планеты. Это их полярное положение и является, конечно, главной причиной, что их лишайность не была до сих пор разгадана и существование льда в полярных областях Земли приписывалось просто естественному холоду на полюсах, что вызывало необходимость делать всякие догадки, почему в миоцене этого естественного холода не было, а в ледниковую эпоху этот естественный холод имел гораздо большее распространение к экватору.
Время образования Антарктического лишая не известно ни мне, ни, по-видимому, кому-либо другому, потому что наука до сих пор не установила, была ли ледниковая эпоха сразу на всей Земле или поочередно то в северном, то в южном полушарии.
Всю историю Антарктического ледяного лишая можно рассказать в нескольких словах. Когда-то его, понятно, не было. Эпейрогенические движения выдвинули над поверхностью моря Антарктический остров, настолько большой, что его даже называют материком. Этот остров снизил над собой снегонулевую поверхность и сам, продолжая куполообразно подыматься, в конце концов коснулся ее, а может быть, поднялся и значительно выше ее. Образовалась ледородная возвышенность; зародился ледяной лишай, который, расползаясь, еще значительно снизил снегонулевую поверхность. Ледяной лишай покрыл собой, как полагается, весь остров и стал распространяться по окружающему остров океану в виде громаднейших по объему и площади айсбергов. Когда эти айсберги почти сплошной массой заняли достаточную площадь океана, чтобы вызвать достаточное уменьшение влажности климата над поверхностью Антарктики, или, конкретно говоря, заняли всю полярную часть океана до 64-й параллели приблизительно, наступило равновесие между избытком снега, выпадающего на ледяной лишай выше снегонулевой поверхности, и избытком таяния его ниже таковой, и лишай прекратил дальнейшее распространение, достигнув своего максимума. В этом положении лишай и застыл, застыл в том смысле, что принял постоянные размеры, но в нем самом происходит непрерывное передвижение льда от центра к периферии.
Такой тип лишая я назвал локализованным стационарным потому, что он, образовавшись и дойдя до своего максимума, изменяется только от новых эпейрогенических движений, в районе его происходящих, но не изменяется вне зависимости от них, как это делает Гренландский ледяной лишай.
Про Гренландский ледяной лишай известно много более. Известно, что Европа и Америка оледенели на рубеже третичного и четвертичного периодов, охлаждение же климата в Европе началось ранее - во второй половине третичного периода. Про это охлаждение климата проф. Неймайр, между прочим, говорит: "Между тем как приближение ледниковой эпохи уже отразилось на морском населении верхнеплиоценовых отложений Англии или норвического крага, наземная флора и фауна не обнаруживает никаких изменений".
Но каким, спрошу я, предварительным изменением климата, нужным для создания ледниковой эпохи, можно объяснить такое странное явление - морское население раньше реагирует на приближение ледниковой эпохи, чем наземное? Однако это явление совершенно гармонирует с моей теорией разрастания Гренландского лишая, как мы это скоро увидим.
Итак, охлаждение климата Европы началось к концу третичного периода. Несомненно, задолго до начала охлаждения климата Европы в Гренландии образовалась ледородная возвышенность путем поднятия Гренландии. Ледяной лишай, зародившийся на ней, все разрастался и достиг в конце концов моря. Тогда началось усиленное рождение айсбергов. О том, какое количество айсбергов извергало побережье Гренландии, можно приблизительно судить по тому, какую площадь почти сплошного плавучего льда занимают айсберги вокруг Антарктики, или по тому, что и в наши дни, когда полярный океан покрыт льдом, благодаря чему во всей полярной области чрезвычайно сухие зимы и айсберги распространяются в Гренландии только двумя - тремя десятками ледяных потоков, доходящих до моря, бывают года (1882, 1897), когда, по свидетельству проф. Мушкетова, почтовые пароходы у Ньюфаундленда в течение суток встречали до 350 ледяных гор.
Короче говоря, Гренландия распространяла вокруг себя целое море плывущих по течению айсбергов, подобное весеннему ледоходу на русских реках. В наши дни айсберги, рожденные Гренландией, гонимые холодными полярными течениями, в одиночку пересекают Гольфстрим и достигают иногда о-ва Куба. Это свидетельствует о том, что эти полярные течения проходят нижним течением под Гольфстримом и что глубоко сидящие в воде айсберги находятся более под их влиянием, чем под влиянием Гольфстрима.
То же было, надо думать, и перед ледниковой эпохой с той лишь разницей, что тогда полярные течения гнали не айсберги-одиночки, а целое море их. Понятно, что такое гонимое к югу море, айсбергов могло проникнуть на юг гораздо дальше о-ва Куба, причем заметим, что поверхностное течение в океане нам не дает никакого представления о том, куда именно эти айсберги гнало, ибо, как мы только что видели, такие айсберги находятся более под влиянием нижнего, а не поверхностного течения.
В эту фазу своей жизни Гренландский лишай имел кометообразный вид, о котором говорилось на с. 57.
Понятно, что эти айсберги по всему пути своего следования снижали снегонулевую поверхность, которая могла осесть до пологих склонов и образовать рефлекторные ледородные возвышенности и рефлекторные лишаи. Таким способом образовались и Лабрадорский рефлекторный лишай, и то оледенение, относящееся к этой эпохе, следы которого находятся в тропических странах недалеко от Атлантического океана. Можно даже предположить, хотя утверждать это нет оснований, ибо Антарктика сама весьма пригодна для образования первичной ледородной возвышенности, что эти айсберги проникали и в южное полушарие и могли вызвать оледенение Антарктики.
Теперь займемся Гольфстримом. Мы выше видели, что Гольфстрим пересекался целым морем гонимых нижним течением айсбергов. Он как бы процеживался через них. Понятно, что он при этом терял всю свою температуру выше 0°. Кроме того, процеживаясь через это море айсбергов, он из него выхватывал те осколки айсбергов или небольшие айсберги, которые сидели в воде мало и потому не могли находиться под влиянием нижнего течения и которые, несомненно, имелись среди массы гигантских айсбергов. По выходе из этого моря айсбергов Гольфстрим должен был сам изображать реку во время ледохода, но с более мелкими айсбергами, чем те, которые направлялись на юг.
Легко допустить, что температура Скандинавии при наличии по соседству не теплого Гольфстрима, а Гольфстрима с температурой тающих айсбергов, т. е. около 0°, не говоря даже ничего о распространяемых, вероятно, этими айсбергами туманах, должна была иметь понижение температуры не на 5° против современной, при котором все явления оледенения Европы, по мнению проф. Неймайра, очень просто объясняются, а, вероятно, много большее.
Говоря языком моей теории, айсберги, составлявшие непрерывный ледоход в Гольфстриме, понизили температуру, а следовательно, и снегонулевую поверхность до соприкосновения ее с пологими куполами или склонами в Великобритании, Скандинавии и, может быть, некоторых других местах Европы. Во всех этих местах образовались рефлекторные ледородные возвышенности и рефлекторные ледяные лишаи, которые, распространяясь, вызывали появление новых ледородных возвышенностей и т. д. Все эти рефлекторные ледяные лишаи - Лабрадорский, Скандинавский, Британский, Альпийский и др. - все вкупе вместе с покрывшимися льдом морями составляют один Великий Гренландский ледяной лишай.
Теперь, я думаю, не нужно объяснять, почему морское население раньше реагировало на приближение ледниковой эпохи, чем наземное.
Айсберги, о которых мы говорили в предыдущем разделе, направлявшиеся на юг, там постепенно бесследно таяли. Другое дело - айсберги, направлявшиеся в полярный океан.
Возможно, что те мелкие айсберги, которые Гольфстрим выхватывал из пересекавшего его моря плывущих к югу айсбергов, в полярном океане тоже бесследно таяли, и накопления айсбергов в эту фазу жизни Гренландского лишая не было. Но мало-помалу, кроме этих айсбергов, в полярный океан стали поступать громадные айсберги, рожденные уже не Гренландией, а рефлекторными лишаями, Европейскими и Канадскими. Тогда поступление новых айсбергов в полярный океан превысило их таяние там.
Количество айсбергов в полярном океане ежегодно увеличивалось. В летнее время поверхность айсбергов поглощала тепло на таяние, т. е. стремилась к созданию в полярном океане температуры 0°, а в зимнее время поверхность айсбергов лучеиспускала, как и всякая твердая поверхность, т. е. стремилась к созданию там астронормальной температуры. Отсюда понятно, что увеличение количества айсбергов в полярном океане сопровождалось снижением и летней и зимней, а следовательно, и годовой температуры.
По вероятным условиям течений в полярном океане скопление айсбергов должно было начаться у берегов Канады, где благодаря снижению температуры снизилась снегонулевая поверхность, чем и надо объяснить далекое простирание к западу ледяного покрова Канады.
Но скопляющиеся в полярном океане айсберги, помимо снижения там температуры, вызывали по мере своего накопления еще и другое явление - зимнюю сухость климата. Влияние этого явления на снегонулевую поверхность, как известно, прямо противоположно первому явлению - снижению температуры. В то же время нетрудно понять, что, пока айсбергов было мало, преобладало снижение температуры (представим себе один неподвижно стоящий айсберг - снижение температуры в районе его, очевидно, будет, но зимней сухости климата он, конечно, не даст). Поэтому вначале скопляющиеся айсберги должны были еще более снижать снегонулевую поверхность, что мы и видели выше в Канаде.
Но по мере накопления айсбергов в большем количестве доминирующее влияние на снегонулевую поверхность должна была оказать зимняя сухость климата, ибо снижение температуры имеет предел (современная температура: зимой - астронормальная, а летом - таяния снега), тогда как зимняя сухость климата при всякой температуре, в том числе и при современной, в пределе стремится поднять снегонулевую поверхность до бесконечности, т. е. уничтожить вовсе снегоизбыточный слой.
Таким образом, по мере дальнейшего накопления айсбергов в полярном океане снегонулевая поверхность в Гренландии все поднималась и наступил момент, когда на Гренландском ледяном покрове накопление снега выше снегонулевой поверхности уравновесилось избытком его таяния ниже ее. Тогда Гренландия, понятно, прекратила, практически говоря, рождать айсберги.
В Канаде к этому моменту снегонулевая поверхность по той же причине поднялась уже настолько высоко, что ледяной покров ее в целом уже таял - избыток таяния ниже снегонулевой поверхности превосходил накопление снега выше ее. Постепенно этот покров растаял совсем.
В Европе мы имеем нечто иное. Здесь поднятие снегонулевой поверхности из-за сухости климата, созданной айсбергами полярного океана, если и было, то имело лишь второстепенное значение в прекращении оледенения. Тут дело в Гольфстриме. Пока Гренландия усиленно рождала айсберги, Гольфстрим, как мы видели, представлял собой как бы реку во время ледохода, это-то обстоятельство и вызвало оледенение Европы. Но по мере поднятия снегонулевой поверхности в Гренландии уменьшалось количество рождаемых ею айсбергов и повышалась температура Гольфстрима. Когда Гренландия почти вовсе прекратила рождать айсберги, Гольфстрим принял свою почти естественную (доледниковую) температуру, что оказалось достаточным, чтобы поднять снегонулевую поверхность Европы, господствующие ветра которой дуют с Гольфстрима, настолько, что ее ледяной покров мог стаять.
Что касается самих скопившихся в полярном океане айсбергов, то они там по мере своего накопления, как уже говорилось, снижали температуру, доведя ее в конце концов до современной - зимой астронормальной, а летом температуры таяния льдов.
Таким образом, под влиянием всей массы льдов полярного океана там установился современный полярный климат, а уж под влиянием этого климата в каждой отдельной части полярной области и полярного океана имели место явления, происходящие уже под влиянием этого климата, т. е. замерзание свободной воды, где таковая случалась, смерзание айсбергов друг с другом в один сплошной покров и т. п. Под влиянием ветров, которые сметали снег с более высоких точек покрова на более низкие, талой воды, которая стекала туда же (а в морозы там замерзала), и тому подобных причин, покров этот постепенно нивелировался, стремясь превратиться в ледяное поле.
Течения полярного океана, надо думать, прижимали ледяной покров к канадским берегам. Благодаря этому в летнее время, когда вследствие таяния у краев покров уменьшался по площади, он весь перемещался несколько к Канаде, образуя свободную воду у азиатских берегов. Зимой под влиянием климата, созданного всем покровом, свободная вода у азиатских берегов замерзала и в последующее лето уже не оттаивала, а только перемещалась со всем покровом несколько к Канаде, давая место новой свободной воде, с которой в последующий год происходило то же самое, и т. д.
Таким образом, основной покров океана, состоявший из смерзшихся айсбергов, постепенно сменился покровом, произошедшим от непосредственного замерзания воды, благодаря климату, созданному айсбергами и затем непрерывно поддерживаемому всей массой постоянно находящегося в океане льда независимо от его происхождения - айсбергового или морского.
Пусть все это так - вероятно, скажет читатель - но поскольку нормальная температура полярной области по нашей теории миоценовая, т. е. значительно более высокая, чем сейчас, а ни Гренландия, ни Канада, ни Европа теперь айсбергов в полярный океан не посылают, то лед там, каково бы ни было его происхождение, должен бы довольно быстро таять, тогда как в действительности если там таяние и происходит, то такое ничтожное, что человечество не могло до сих пор его даже заметить. Как же это объяснить?
Прежде чем объяснить причину медленности таяния полярного океана, мне придется сделать небольшое отступление и поговорить о двух естественных состояниях Земли - безледном и оледенелом.
Представим себе, что мы при помощи волшебной палочки покрыли все земные материки таким слоем снега или льда, чтобы в течение одного года он не мог растаять, но влажность климата и солнечное тепло при этом остались бы неизменными. Затем вообразим, что действие волшебства прекратилось и снежно-ледяной покров был бы предоставлен своей естественной участи. Что бы с ним случилось после этого?
Необдуманный ответ на этот вопрос напрашивается сам собой: на второй год весь этот снег или лед должен растаять.
Между тем это, конечно, не так... Нетрудно доказать, что после насильственного покрытия материков таким слоем снега или льда оледенение нашей планеты стало бы перманентным и что общее количество снега и льда на материках ежегодно увеличивалось бы, а не таяло.
Прежде всего попытаемся определить температуру поверхности материков, покрытых целый год снегом или льдом. Нетрудно понять, что в теплое время года - летом и (или) днем - снежно-ледяной покров будет таять и температура на его поверхности будет 0°. В холодное же время года - зимой и (или) ночью - температура будет приблизительно настолько ниже 0°, насколько велики в данной местности суточные и (или) годовые амплитуды температур, и во всяком случае ниже 0° не менее чем на половину этих амплитуд.
Общеизвестно, что суточные амплитуды температур велики в тропиках и уменьшаются с географической широтой. Годовые амплитуды температур, наоборот, малы в тропиках и увеличиваются с широтой. Таким образом, во всяких широтах мы имеем большие амплитуды - если не годовые, то суточные.
Вот некоторые данные, которые заимствую у проф. Мушкетова.
Сперва о суточных температурах. Понятно, что снежно-ледяная оболочка материков будет представлять собой пустыню. Каковы же суточные амплитуды температур в пустынях, расположенных в малых широтах? Вот примеры: на Памире и в Тибете она доходит до 25° и даже до 30°, т. е. за жарким днем следует морозная ночь; в Австралии наблюдалось днем +19°, а ночью - 11°, а в Сахаре - днем +31,5°, а ночью ниже 0°.
Теперь о годовых амплитудах. Вся Восточная Сибирь представляет область громадных амплитуд - до 66° - с центром в Верхоянске, где иногда амплитуда достигает 98° и даже 101,5°, а в Якутске - 103,2°; в полярной Америке амплитуда - 40°, а в тропическом поясе она около 5°. Изоамплитуда 20° может считаться границей, отделяющей континентальный климат от морского.
Рассматривая эти данные, мы можем с уверенностью сказать, что нигде на наших покрытых льдом материках годовая температура не будет выше, чем - 5°, вероятнее, что даже в тропиках - ниже, а что с увеличением географической широты она будет еще понижаться - это само собой понятно.
Теперь обратимся опять к труду проф. Мушкетова и посмотрим, какая температура существует фактически на снеговой линии в разных частях земного шара, т. е. какая температура при данной влажности климата нужна, чтобы зимний снег как раз успевал стаять за лето.
Проф. Мушкетов приводит целый ряд таких температур для тропического и умеренных поясов обоих полушарий[2]. Исключая одно место - Восточную Сибирь, где эта температура - 10,2° (но там и годовые амплитуды громадны), температуры на снеговой линии колеблются от - 4,0° до +4,3°, а в среднем дают - 1,26°. Это значит, что при существующей влажности климата, для того чтобы выпадающий за холодное время снег успевал за теплое время весь стаять, необходима в среднем по тропическому и умеренным поясам годовая температура - 1,26°; если годовая температура окажется выше, то снега будет таять больше, чем его выпадает, а если - ниже, то выпадение снега пересилит таяние и он станет из года в год накопляться.
Мы уже пришли к выводу, что годовая температура на материках, насильственно покрытых снежно-ледяной оболочкой, не способной за один год растаять, должна быть значительно ниже - 1,26°, а потому неизбежно должны прийти и к выводу, что эта оболочка вообще не растает, а будет, наоборот, из года в год накапливать снег.
Отсюда напрашивается вывод, что наша планета при существующих в настоящее время влажности климата и интенсивности солнечных лучей может иметь два совершенно естественных состояния - безледное и оледенелое.
Для перехода Земли из состояния безледного в состояние оледенелое нужно, как мы видели, насильственное распространение по ее поверхности, не могущей за год растаять, снежно-ледяной оболочки.
Переход Земли из состояния оледенелого в состояние безледное при существующих влажности климата и интенсивности солнечных лучей невозможен. Чтобы такой переход совершился, нужно, чтобы либо солнечные лучи стали жарче, либо климат сделался суше, практически - последнее.
Моя теория утверждает, что ледниковые явления в планетном масштабе есть частичный переход Земли из состояния безледного в состояние оледенелое, совершающийся при помощи ледяных лишаев, т. е. самосильно распространяющихся льдов.
Теперь читателю, полагаю, ясно, что лед, распространившись по Земле, сам в себе содержит причину своей сохраняемости. Нетрудно теперь будет понять и причину медленности таяния полярного океана.
В предыдущем разделе мы уяснили, что лед или снег, распространившись по Земле слоем, неспособным растаять в течение года, нигде, даже в тропиках, при существующей влажности климата растаять уже не может. Совершенно то же должно было произойти в миоцене с полярной областью, когда она в порядке расползания ледяного лишая покрылась не тающим круглый год льдом.
Лишай, заполнив полярную область, расползался бы все далее и далее и покрыл бы собой всю Землю, если бы влажность климата оставалась неизменной. Но ледяной лишай, распространившись по полярной области, не мог оставить там неизменной миоценовую влажность климата, ибо заполнил целый океан, что не могло, понятно, не отразиться на влажности климата.
К моменту, когда влажность климата в полярной области уменьшилась настолько, что Гренландия перестала рождать айсберги, над полярным океаном эта влажность могла бы быть и такова, что там продолжалось бы накопление снега и льда, и такова, что там могло бы быть как раз равновесие между накоплением и таянием снега и льда, и такова, что там таяние снега и льда превосходило бы их накопление. Фактически же там оказалось почти равновесие между накоплением снега и льда с некоторым отклонением в сторону избытка таяния, что мы сейчас объясним.
Объяснение, почему насильственно распространенный по Земле слой льда, неспособный в течение года растаять, не может уже растаять вообще, пока не уменьшится влажность климата, заключается в том, что благодаря созданному этим слоем льда понижению годовой температуры к нему ежегодно прирастает более снега или льда, чем может растаять при этой пониженной годовой температуре.
Какой же снег или лед прирастет ежегодно к ледяному покрову полярного океана?
Основным является снег, выпавший на покров в виде атмосферных осадков. О том, успевает или не успевает этот снег, выпавший за холодное время года, растаять за теплое, мы можем судить по высоте прохождения над полярным океаном снегонулевой поверхности. Что снегонулевая поверхность над полярным океаном проходит низко, мы можем судить, например, по тому, что на Земле Франца-Иосифа на широте 82° снеговая линия проходит на высоте 50-80 м. Хотя мы и знаем, что снегонулевая поверхность не совпадает, вообще говоря, со снеговой линией, но низкое положение последней несомненно свидетельствует о низком положении и первой.
Если бы мы предположили, что снегонулевая поверхность совпадает с поверхностью ледяного покрова океана, то это значило бы, что солнечное тепло не растапливает вовсе основного покрова океана, а успевает растопить только выпавший за зиму снег. Если предположить, что она проходит над покровом на высоте 50 м, то это значит, что только 0,25° годовой температуры поглощаются таянием покрова, а все остальное тепло - таянием зимнего снега, выпавшего на покров, если на высоте 100 м - 0,5° идет на покров и т. д. в той же пропорции.
Дополнительно к выпавшему из атмосферы снегу укажу еще на следующие факторы, пополняющие полярный океан ежегодно льдом:
• непосредственное замерзание океана под влиянием климата, созданного всей массой льда в нем, особенно у азиатских берегов, как объяснено в предпоследнем разделе;
• подмерзание к покрову льда снизу в полярные ночи, имеющее под влиянием опять-таки всей массы льда в полярном океане астронормальную, т. е. очень низкую, зимнюю температуру;
• замерзание луж талой воды на поверхности покрова, которая получилась от таяния покрова сверху в теплое время, но не могла почему-либо стечь в океан;
• попадание в океан некоторого количества айсбергов, рожденных на Шпицбергене, на Земле Франца-Иосифа, на Новой Земле, на о-ве Ян-Майене, где ледники доходят до моря и откуда путь айсбергам лежит в полярный океан.
Принимая во внимание низкое положение снегонулевой поверхности под полярным океаном, теоретически можно бы даже допустить, что количество растапливаемого там ежегодно снега и льда меньше или равно поступлению туда нового снега и льда в виде непосредственно выпавшего снега, подмерзания воды к покрову с боков и снизу, замерзающих луж на поверхности льда и шпицбергенских (и прочих) айсбергов. Если бы это так было, то общее количество снега и льда в полярном океане или накоплялось, или не менялось со времени окончания ледниковой эпохи.
Но современное состояние покрова полярного океана исключает и накопление, и неизменность общего количества снега и льда в полярном океане со времени окончания ледниковой эпохи, почему мы приходим к выводу, что покров этот, хотя геологически и медленно, все же тает.
Это предположение подтверждается и существованием повторных оледенений Европы и Америки, ибо оно очень просто их объясняет.
Когда достаточная часть полярного океана освободится ото льда, наступит временное повышение температуры во всей полярной области, но в оледенелой и сейчас Гренландии мы будем иметь приблизительно то положение, которое было при начале образования лишая - когда лишай дошел уже до берега и приступил к усиленному рождению айсбергов. Чтобы это случилось, не нужно обязательно оттаивать всему полярному океану. Достаточно будет оттаять какой-то его части и тем самым увеличить зимнюю влажность климата Гренландии настолько, чтобы снизить там снегонулевую поверхность до возможности рождения айсбергов по всему побережью. Последствия этого мы уже знаем - море айсбергов, рефлекторные лишаи в Европе и Америке и т. д. Однако вследствие того, что при начале второго цикла этих событий полярный океан будет свободен ото льда не весь, меньше времени потребуется и на вторичное заполнение его айсбергами, почему рефлекторные лишаи не успеют разрастись до размеров первого оледенения и будут меньше.
Таким образом, жизнь Великого Гренландского лишая представляется в следующем виде:
1) основное - распространение лишая по Гренландии;
2) первая пульсация - распространение Гренландией айсбергов, образование рефлекторных лишаев в Европе и Америке, заполнение айсбергами полярного океана, прекращение распространения Гренландией айсбергов и исчезновение рефлекторных лишаев, оттаивание части полярного океана;
3) вторая пульсация аналогична первой и т. д.
Понятно, что каждая из фаз жизни лишая не имеет резкой границы, а, наоборот, в течение некоторого времени соседние фазы накладываются одна на другую.
Теперь представим себе, что с западной стороны Гренландии был бы широкий пролив, которым полярный океан соединялся с Атлантическим. С большой вероятностью, приняв во внимание существующие течения, можно предположить, что в этом случае айсберги в полярном океане не скоплялись бы, а через этот пролив возвращались бы в Атлантический, присоединяясь к потоку вновь рожденных Гренландией айсбергов. Совершенно понятно, что в этом случае зимняя сухость над Гренландией так и не создалась бы и рефлекторные лишаи в Америке, Европе и тропиках расползались бы все дальше и дальше, вызывали бы образование новых рефлекторных лишаев, которые поступали бы так же, и Гренландский лишай мог бы принять всепланетный размер, переведя Землю из одного естественного состояния - безледного в другое естественное состояние - оледенелое.
Вот почему я называю Гренландский лишай локализуемым пульсацией.
Проф. Неймайр говорит про ледниковую эпоху:
На это я задам вопрос: из чего же следует и чем объясняется, что в ледниковую эпоху в Северной и Центральной Азии был еще более континентальный климат, чем теперь? Мне это кажется совершенно невероятным.
Проф. Мушкетов считает, что область Хан-хая, расположенная в центре Азии, еще в третичный период, непосредственно предшествовавший ледниковой эпохе, представляла замкнутый средиземный бассейн, превосходивший современное Средиземное море.
А проф. Неймайр пишет, что в ледниковую эпоху существовал Арало-Каспийский бассейн, покрывавший довольно обширное пространство между 50-й и 42-й параллелями, который простирался на восток за Аральское море, но не доходил, вероятно, до оз. Балхаш, а также, что вообще образования ледниковой эпохи Сибири состоят исключительно из отложений рек и обширных озерных бассейнов. Но эти бассейны, по мнению профессора, если только тут нет какой-нибудь опечатки, не могли увеличить содержание влаги в воздухе, "так как ежегодно замерзали на непродолжительное время".
С таким объяснением трудно согласиться. Замерзали или не замерзали эти водные внутренние бассейны и на какое время, я не знаю, но самый факт существования их там, где в настоящее время пустыни, доказывает с несомненной очевидностью, что климат Сибири и до и во время ледниковой эпохи был не континентальнее, а наоборот, значительно влажнее современного.
Нет, тут дело совсем не в континентальности климата. Явление это объясняется действительно очень просто, но совсем иначе. Откроем карту полярной области и мы увидим, что Великий Гренландский лишай с первичной ледородной возвышенности мог через сравнительно неширокие проливы легко перекинуться на Лабрадор, в Шотландию и Скандинавию при помощи, как мы выяснили, айсбергов. Скопление последних в полярном океане вследствие вероятных в нем течений должно было начаться у американских, а не азиатских берегов, чем нетрудно объяснить снижение снегонулевой поверхности во всей северной части Америки вообще с образованием, где пришлось, рефлекторных лишаев; от Сибири же Гренландский лишай был отделен целым теплым океаном. Впоследствии лишай заполнил и весь океан, как мы уже знаем, но это заполнение океана и вызвало зимнюю сухость полярной области. Поэтому снегонулевая поверхность в Сибири сколько-нибудь значительно и не опускалась, пока полярный океан был свободен ото льда, т. е. была влажность климата, отсутствовал холод, ибо лишай был далеко, а приближение лишая к Сибири создавало одновременно и понижение температуры, и понижение влажности - охлаждение (в смысле положения снегонулевой поверхности) компенсировалось зимней сухостью. Это представляется достаточно очевидным.
Что же касается ледниковых следов Тянь-Шаня и особенно Гималаев, то тут я высказываю лишь предположение: не относятся ли эти следы не к ледниковой эпохе, т. е. времени распространения Гренландского лишая по Европе и Америке, а к какому-нибудь другому, ныне исчезнувшему лишаю. Предположение это имеет некоторую вероятность, ибо имеются указания, что в конце каменноугольного периода климат Индии был холоднее климата Европы, Северной Америки и полярных стран, что может быть объяснено только тем, что где-то в то время был ледяной лишай, в сферу действия которого входила Индия и, вероятно, Гималаи и отчасти Тянь-Шань.
Тут уместно будет сказать пару слов о мамонтах, которые в ледниковую эпоху бесчисленными стадами населяли приполярную Азию. Без моей ледниковой теории совершенно непонятным представляется, как бесчисленные стада таких огромных травоядных могли жить в таких суровых условиях и чем они там питались. Если же они были такие выносливые, что могли переносить такую жизнь, то почему они потом вымерли? По моей теории это все объясняется очень просто: мамонты не были выносливыми животными; в приполярной Азии в ледниковую эпоху они могли жить потому, что в то время полярный океан был еще свободен ото льда и в приполярной Азии был еще мягкий, ровный климат и имелась в изобилии богатая растительность, которая могла их прокормить; с окончанием же ледниковой эпохи, т. е. заполнением льдом полярного океана, в приполярной Азии сделался суровый климат, уже негодный для жизни мамонтов; мамонты при этом оказались в западне - с севера приближался лишай в виде накопляющихся айсбергов, к югу же был климат с астронормальными тенденциями, зим которого они не могли выносить, вероятно, и ранее - им оставалась только смерть. К числу таких умиравших мамонтов принадлежит и тот, который был найден с молодыми побегами хвойных деревьев, ивы и березы в зубах и желудке, - бедняга так спешил умереть, что не успел даже переварить своего скудного завтрака.
Глава VI. Заключение
Итак, ныне существующий Гренландский ледяной лишай пульсирует. Число прошедших полных циклов фаз его пульсации в точности не известно. Некоторые ученые считают, что была только одна ледниковая эпоха, большинство, кажется, считают - две, некоторые - до четырех - шести, а ряд американских геологов - чуть ли не до двенадцати. Кто из них прав, я не знаю. Моя теория допускает, что со времени зарождения Гренландского лишая их могло быть сколько угодно.
Важно, не сколько уже прошло полных циклов пульсации лишая со времени его зарождения, а важно, в какую фазу цикла мы сейчас живем. Ответ на этот вопрос дать нетрудно - в фазу оттаивания полярного океана.
Другой вопрос: какая часть этой фазы уже прошла и много ли ее еще осталось? На этот вопрос дать определенный ответ несколько труднее, но, принимая во внимание, что толщина льда в полярном океане определяется в настоящее время всего в несколько метров, тогда как мощность забивавших полярный океан айсбергов была, вероятно, значительно больше, надо думать, что подавляющая часть этой фазы у нас уже позади, а осталось ее весьма немного.
Сколько осталось в абсолютных единицах времени, сказать невозможно, но срок этот в жизни человечества ничтожен. Действительно, существование человека доказано, говорят ученые, в первую межледниковую эпоху. Из этого следует, что не менее одного полного цикла пульсации Гренландского лишая человечество уже пережило. Но, может быть, таких полных циклов пульсации человечество пережило уже несколько, если ледниковых эпох было не две, а более, и до новой ледниковой эпохи осталась лишь небольшая часть одной из фаз этой пульсации.
Таким образом, если предоставить Гренландский лишай его естественному ходу, то в недалеком в жизни человечества будущем человечеству предстоит пережить такой ужас, по сравнению с которым все им до сих пор пережитое - детские игрушки.
Ужас новой ледниковой эпохи. Ужас наступления на наиболее культурные уголки Земли ледяного лишая, наступления стихийного, которому ничего противопоставить нельзя. Ужас взаимного истребления людей массами ради права на кусок земли, не покрытый ледяным лишаем.
Впадать в уныние, однако, оснований нет. Человечество может и должно уничтожить Гренландский ледяной лишай. Для этого надо только успеть искусственно уничтожить современный нам ледяной покров Гренландии ранее, чем полярный океан оттает настолько, что в Гренландии начнется усиленное рождение айсбергов.
"Шуточки, - скажет мой читатель, - уничтожить Гренландский ледяной покров. Почти два миллиона квадратных километров ледяного покрова мощностью в тысячу - две метров".
На первый взгляд задача кажется, действительно, совершенно невыполнимой, а между тем если разобраться, то дело оказывается вовсе не таким уж страшным.
Я не берусь угадать, какие чудеса технической изобретательности покажут наши ученые-техники, когда перед ними будет поставлена прямая задача уничтожения Гренландского ледяного покрова, но даже если они ничего особенного не изобретут, то все же задача представляется технически выполнимой. Дело лишь в соответствующих затратах средств, которые для всего человечества в его целом покажутся, может быть, даже не такими уж очень большими.
Действительно, для уничтожения Гренландского ледяного покрова вовсе не нужно лед как-то искусственно на месте плавить или колоть на мелкие куски и отвозить к экватору, все это совершенно не нужно. Все сделает на месте, в самой Гренландии, Солнце, и ему надо только несколько помочь.
Ведь лед Гренландии, как всякий материковый лед, не есть лед, вызванный холодом, а есть лед, вызванный накоплением снега. Возьмите под контроль накопление снега - и ледяной покров растает сам собой.
Вообще говоря, для того чтобы прекратить накопление снега в ледяном покрове, достаточно убирать годовое превышение накопления снега над его таянием. В Гренландии в наши дни этот избыток почти не существует: всюду, за исключением пары десятков ледяных потоков, ледяной покров до берега Гренландии не доходит, следовательно, в нем нет накопления снега, а имеется равновесие между выпадением снега и таянием ледяного покрова в целом. Всякая уборка снега с поверхности Гренландии будет нарушением этого равновесия в сторону уменьшения ледяного покрова.
Значит, для того чтобы уменьшить ледяной покров Гренландии, а, следовательно, при достаточной интенсивности и длительности этого процесса и уничтожить его, надо только наладить уборку с поверхности Гренландии вновь выпадающего снега.
Может быть, я очень ошибаюсь, но мне представляется совершенно реальной возможность постройки таких снеговых "танков", которые, передвигаясь самоходом по снегу, в то же время набирали бы его в свои "трюмы", а затем выбрасывали бы в воду на побережье, где течение относило бы снег к югу.
При достаточном количестве этих "танков", для чего нужна только соответствующая затрата капитала, и умелом планировании их работы можно было бы таким способом ежегодно убирать количество снега, если и не равное всему выпавшему за данный год на поверхность Гренландии, то близкое к нему. Солнце, вместо того чтобы плавить, как теперь, снег данного года, плавило бы все более старые слои льда, пока не дошло бы лучами до грунта. К этому надо добавить, что с каждым годом количество расплавленного Солнцем льда все увеличивалось бы, ибо поверхность покрова все снижалась бы, попадая в более теплую атмосферу.
Если бы после уничтожения Гренландского ледяного покрова полярный океан оттаял и благодаря увеличившейся влажности снегонулевая поверхность оказалась бы проходящей ниже пологих склонов Гренландии, на которых когда-то в третичном периоде впервые зародился ледяной лишай, страшного в этом ничего не было бы. Годовой избыток там снега ежегодно убирался бы человеком к побережью острова и ледяной лишай не мог бы вновь распространиться, как ранее, и человечество было бы избавлено от ужаса новой ледниковой эпохи.
После уничтожения ледяного покрова Гренландии полярный океан стал бы таять гораздо быстрее: уничтожение этого покрова подняло бы температуру, а следовательно, и снегонулевую поверхность над значительной частью океана.
Впрочем, если бы ледяной покров Гренландии был уничтожен, то не стоило бы ждать, пока полярный океан оттает. После уничтожения льда Гренландии человечество должно само уничтожить лед полярного океана - это дало бы ему очень многое.
Да, если человечество, избавившись от ледяного покрова Гренландии, растопит затем и лед полярного океана, оно получит многое - вернет Землю к миоценовому климату. Посмотрим, что это даст практически.
Северная полярная область Земли, теперь абсолютно никчемная, сделается земным раем, с ровным, не жарким, но теплым климатом.
Сибирь и Канада станут главными житницами Земли. Наиболее холодная часть Сибири не только по зимним, что уж безусловно, но, вероятно, и по годовым температурам будет в районе теперешней сибирской железнодорожной магистрали, но и этот район приобретает более умеренный климат, чем теперь. К северу от него климат будет все мягче по мере и благодаря приближению к незамерзающему полярному океану. Аналогию этому мы будем иметь и в Канаде.
Пустыни Центральной Азии, а также Сахара и др. вернутся, вероятно, к своему положению третичного периода, т. е. будут цветущими уголками Земли, хорошо орошаемыми морями, озерами и реками.
Климат Европы, Японии и вообще умеренного пояса потеплеет, и в первую очередь за счет зимней температуры, ибо в зимнее, главным образом, время сказывается влияющая и на умеренный пояс разница температур полярной области - современной и миоценовой. Во многих местах, где собирали один урожай в год, будут собирать два. Северные границы всех растений переместятся значительно ближе к полюсу.
Мировые торговые пути значительно сократятся, ибо - невероятным может показаться - кратчайший путь из Тихого океана в Лондон пройдет через Берингов пролив не только от Японии или Китая, но даже от Восточной Австралии и Новой Зеландии.
В общем человечество стоит перед выбором: погибнуть от новой ледниковой эпохи или вернуться в рай миоцена. Первое произойдет неизбежно, если человечество будет инертно, для второго нужны некоторые усилия.
В добрый час!
Послесловие автора
Далеко не будучи убежден в том, что моя теория безупречна в каждой своей детали, где, наоборот, я допускаю наличие многих промахов и неточностей, я в то же самое время совершенно убежден, что в основном я, конечно, прав - причину изменений геологических климатов Земли, в том числе и причину ледниковой эпохи и причину современного климата, надо искать в самосильно распространившихся льдах.
Не надо забывать, что вопрос этот не такой, который имеет много объяснений и ученые лишь не знают, которое же из них верное, а такой, который до сих пор не имеет удовлетворительного объяснения: все существующие гипотезы бессильны объяснить его - говорит наука. Между тем и ледниковая эпоха, и миоценовый режим в полярной области - это несомненные факты, и естественное объяснение им должно быть. Это-то объяснение, и очень несложное, я нашел и дерзнул изложить в настоящей книге. Если мое объяснение изложить в нескольких словах, то оно сводится к следующему.
Снеговая линия на Земле вследствие влажности ее климата проходит настолько низко, что если бы мы насильственно покрыли земные материки таким слоем льда, что он в течение одного года не мог бы растаять, то вызванное этим обстоятельством снижение температуры так понизило бы снеговую линию (при неизменности влажности климата), что наши материки оказались бы выше ее и ледяная оболочка уже не могла бы растаять. Отсюда вывод о двух естественных состояниях Земли - безледном и оледенелом. Исходя из убеждения, что нормальным безледным состоянием Земли является миоценовое, ледниковые явления на ней я и объясняю частичным переходом ее из безледного состояния в оледенелое, причем насильственное распространение льда совершается моими ледяными лишаями, зарождающимися на ледородных возвышенностях, образуемых эпейрогеническими движениями.
Это очень несложно и очень ясно. Изменение геологических климатов Земли этим просто объясняется, и если есть какие-нибудь геологические факты, которые находятся в противоречии с моей теорией (я таких не знаю), то, поскольку моя теория объясняет основной факт - изменение климатов, я полагаю, что должны быть проверены или эти противоречащие факты, или не является ли противоречие только кажущимся на первый взгляд.
В заключение несколько слов о последней главе моей книги. Ею я хотел только сказать, что если предоставить Гренландский лишай его естественному развитию, то мы в недалеком (геологически) будущем будем иметь на Земле новую ледниковую эпоху, а так как человечество примириться с этим, ясно, не может, то оно должно вмешаться в жизнь лишая и его уничтожить. Для этого надо уничтожить Гренландский ледяной покров раньше, чем растает полярный океан, а сделать это можно простой уборкой снега с поверхности Гренландии, не прикасаясь вовсе к ее материковому льду. Это - очевидность и неизбежность. Что же касается танков, о которых я там говорю, то это только идея, ни мало мною не проверенная, на которой я нисколько и не настаиваю, охотно допуская, что практически это окажется трудноисполнимым, в то время как что-нибудь иное, впоследствии предложенное кем-нибудь другим, окажется много практичнее.
Кобе, 18 августа 1929 г.
Е. С. Гернет
Приложение
Теория Гернета в свете современных представлений[3]
История Земли за последний четвертичный период характеризуется колебаниями климата, связанными с наступаниями и отступаниями ледников. Четвертичный период, или плейстоцен, был ледниковым периодом.
Обширные покровные ледники, подобные по размерам древним плейстоценовым, покрывают теперь только поверхность Гренландии и южный полярный материк - Антарктиду. Площадь Гренландского покровного ледника около 2 млн. км2, Антарктического - около 14 млн. км2. Максимальная толщина льда достигает 3 км в Гренландии и 4,5 км в Антарктиде. Объем льда этих ледниковых покровов таков, что если бы он растаял, то уровень Мирового океана повысился бы на 60-80 м. Подобные покровные ледники в ледниковые эпохи покрывали Скандинавию и сползали на равнины северо-востока Европы, в том числе на Русскую равнину, а с Баффиновой Земли и Лабрадора - на равнины Северной Америки. Европейский (Скандинавский) покровный ледник превосходил по своим размерам современный Гренландский, а Северо-Американский (Лаврентьевский) был приблизительно равен по величине современному Антарктическому. Наступания ледников чередовались с отступаниями, ледниковые эпохи сменялись межледниковыми. И происходило это неоднократно. До недавнего времени геологи насчитывали четыре смены холодных эпох теплыми. Однако успехи морской геологии, изучение глубоководных донных отложений океанов показали, что чередований холодных и теплых эпох было, по-видимому, больше.
Какими же причинами были вызваны такие большие колебания климата и оледенения? Ответ на этот вопрос, очевидно, имеет не только научный интерес, но и практическое значение. Если холодные ледниковые эпохи сменяются теплыми межледниковыми, то мы живем в очередное межледниковье, за которым последует следующая ледниковая эпоха. Когда можно ожидать наступания ледников? До каких размеров они разрастуться? Можно ли предотвратить их наступание?
Причины ледниково-межледниковых колебаний климата и оледенения долгое время оставались невыясненными. Не вполне ясны они и до сих пор. О недостаточности наших знаний свидетельствует множество гипотез, выдвинутых для объяснения ледниковых событий. За последние 10-20 лет положение, однако, изменилось. Складывается ледниковая теория, или теория колебаний климата и оледенения, и определенную роль в становлении этой теории играют идеи, высказанные Е. С. Гернетом в его небольшой книге "Ледяные лишаи (новая ледниковая теория, общедоступно изложенная)".
Судьба книги, как и самого автора, была необычной. Книга была написана им в 1928-1929 гг. в Японии, "куда, - как он пишет в предисловии, - меня забросила судьба по службе моей Советскому Союзу". Его идеи не получили в то время признания среди ученых, да и мало кому из них стали известны. Как нередко бывает в истории науки, идеи Гернета опередили научный уровень его времени. В их основе лежит представление об автоколебаниях климата и оледенения, в настоящее время завоевывающее все большее признание.
Евгений Сергеевич Гернет был одним из тех офицеров старой русской армии и флота, которые с первых дней революции перешли на сторону восставшего народа. Он был потомственным моряком, происходил из старой дворянской семьи, родился в 1882 г. в Кронштадте. По семейным преданиям, Гернеты были выходцами из Шотландии. Один из них в начале XVIII в. был комендантом Ревеля (ныне Таллин) и после победы Петра I над шведами передал ему ключи от города. Со времен Петра I Гернеты служили в русском военном флоте.
В 1902 г. Е. С. Гернет окончил морской корпус и в первом офицерском звании - мичмана - был назначен в Тихоокеанскую эскадру. В русско-японскую войну он проявил себя храбрым боевым офицером и был награжден орденами и медалями. После русско-японской войны в 1908 Е. С. Гернет участвовал в спасательных работах русского флота во время извержения вулкана Этна (в Сицилии) и в том же году окончил штурманские офицерские классы. В начале первой мировой войны в 1914 г. в чине старшего лейтенанта был назначен в минную бригаду Черноморского флота.
В начале революции 1917 г. Е. С. Гернет, к этому времени капитан 2-го ранга, был командиром эсминца "Калиакрия". Команда эсминца принимала участие в установлении Советской власти в Крыму. В 1919 г. он был начальником дивизиона сторожевых судов Балтийского моря, начальником отряда кораблей и транспортов, шедших с Балтики на Каспий, а с апреля 1920 г. командовал Азовской флотилией. В 1921-1923 гг. Е. С. Гернет был начальником обороны Новороссийска и Южно-Бережного сектора Кавказа. По окончании гражданской войны и демобилизации плавал на судах нашего торгового флота на Дальнем Востоке, был капитаном парохода "Индигирка" и др. Его знания и опыт, как командира и участника гражданской войны, пригодились во время наступления армий гоминьдана на север против реакционных китайских генералов в 1926 г., когда Гернет был нашим военным советником в Сватоу[4].
В 1927-1931 гг. Е. С. Гернет был представителем СССР в Японии, где занимался фрахтом японских судов для Советского Союза. К этому времени и относится рождение его "новой ледниковой теории", написанной в Кобе. Как следует из предисловия к книге, ее автор, не будучи ученым, давно интересовался наукой, особенно геологией, и событиями ледникового периода. В Японию Гернет приехал с семьей - женой и двумя дочерьми. По сравнению с годами гражданской войны и плавания капитаном на морском судне жизнь Гернета в Японии была более спокойной, что, по-видимому, и позволило ему изложить давно сложившуюся идею. "В Кобе, - как он пишет, - никаких источников и справочников на доступных мне языках не было... будь у меня возможность использовать более обширный материал, книга была бы полнее и лучше".
Евгений Сергеевич Гернет, 1924 г.
Книга была набрана им самим и издана в Токио тиражом 500 экз. Она произвела сильное впечатление на К. Паустовского и М. Горького, но не была замечена учеными, да и мало кому из них стала в то время известна. В повести "Золотая роза" Паустовский пишет: "Тогда я только что прочел очень редкую книгу нашего моряка, капитана Гернета. Называлась она "Ледяные лишаи..." Я не могу здесь подробно рассказать о теории Гернета - для этого понадобилось бы слишком много места[5]. Но Гернет неопровержимо доказал, что если бы удалось растопить ледяной панцырь Гренландии, то в Европу вернулся бы миоцен[6]... Я рассказал Горькому о теории Гернета. Он барабанил пальцами по столу и мне казалось, что он слушает меня только из вежливости. Но оказалось, что он был захвачен этой теорией, ее стройной неопровержимостью... Он долго обсуждал ее, все больше оживляясь, и попросил прислать ему эту книгу, чтобы переиздать ее большим тиражом... Но издать книгу Гернета Алексей Максимович не успел - он вскоре умер"[7].
Обложка первого издания книги Е. С. Гернета "Ледяные лишаи", 1930 г.
Интерес к теории Гернета со стороны ученых появился после опубликования подобных теорий за рубежом. В 1955 г., через 25 лет после выхода книги Гернета в журнале "Сайенс" ("Наука") появилась статья американского геолога В. Стокса под названием "Иной взгляд на ледниковый период"[8]. Это был действительно иной взгляд, но высказанный впервые... Гернетом. Новизна подхода заключалась в том, что, по Гернету и Стоксу, не какие-то изменения климата, вызванные некоторой внешней причиной, способствовали распространению ледников, а сами ледники в ходе своего развития изменяли климат. Считая, что нормальным состоянием Земли является ее безледное состояние с равномерно теплым климатом по всей земной поверхности, Гернет уподобляет оледенение болезни - "ледяному лишаю", "самосильно" распространяющемуся по телу планеты. Наиболее существенным для теории Гернета - Стокса является то, что в ней рассматривается взаимное влияние, взаимодействие ледников, океана и морских льдов и атмосферы. Лед - не следствие похолодания климата, а причина его охлаждения. Снег и лед, будучи продуктами климата, становятся фактором, влияющим на климат. Следствие реагирует на причину, как говорил выдающийся русский климатолог А. И. Воейков.
Через год после опубликования статьи Стокса в том же журнале "Сайенс" появилась статья двух известных американских ученых М. Юинга и В. Донна "Теория ледниковых периодов" и еще через два года - ее продолжение и дополнение[9]. В этих статьях они развивали и обосновывали новыми геологическими данными идеи Стокса. После опубликования их статей теория автоколебаний климата и оледенения получила в зарубежной литературе известность под названием "теория Юинга и Донна". Теория вызвала довольно широкую дискуссию. Краткое ее изложение вошло в изданную в 1955 г. в Париже двухтомную монографию по гляциологии Л. Ллибутри[10]. Были высказаны рядом авторов и критические замечания, вызвавшие появление по крайней мере еще двух статей тех же авторов[11], в которых они несколько изменили и дополнили свою теорию. За широко известными именами Юинга и Донна скромное имя Стокса было забыто. На статью Стокса его знаменитые соотечественники сослались вскользь, не указывая на то, что они развивают его идею, изложенную и обоснованную им лучше, чем ими. Имени Е. С. Гернета за рубежом просто никто не знал[12]. Теорию (или гипотезу) Юинга и Донна упоминают и в нашей научной литературе. Ссылаются у нас и на статью Стокса, но имя Гернета упоминается редко, его не знают. Отечественный приоритет в теории колебаний климата и оледенения необходимо восстановить. Ее следует назвать именами тех, кто предложил ее впервые - теорией Гернета - Стокса.
В области геологии и гляциологии (науки о природных льдах) Е. С. Гернет не был специалистом, на что справедливо указал проф. М. В. Тронов, впервые в научной литературе сославшийся на книгу Гернета[13]. Но какой ясностью мысли и пониманием сущности природных явлений он обладал! О незаурядных способностях и эрудиции автора "Ледяных лишаев..." свидетельствует его деятельность в области навигации, гидрографии, мореходной астрономии.
Ему принадлежит идея новой проекции карт для высоких широт. Гернет предложил очень простой подход. Штурманская карта должна удовлетворять двум условиям: линия курса должна прокладываться на карте по прямой линии и углы должны быть равны соответствующим углам на местности. Этим условиям удовлетворяет проекция Меркатора, использующаяся моряками. Но меркаторская проекция не пригодна для высоких широт. Предложение Гернета сводится к тому, что вместо экватора, от которого строится проекция Меркатора, берется другой большой круг земного шара, например нулевой меридиан, заменяющий экватор. Гернет называет его поэтому замэкватором. От него строится ортогональная сетка координат - зампараллелей и заммеридианов. Курс корабля или самолета в этой проекции прокладывается штурманом так же легко и удобно, как и в меркаторской проекции.
Статья об этой проекции была написана в начале 30-х годов по возвращении Гернета из Японии[14], когда он начал работать в области гидрографии. Он был редактором лоций полярных морей, участвовал в гидрографических экспедициях на шхуне "Полярная звезда", на ледоколах "Сибиряков", "Садко", читал лекции по навигации и мореходной астрономии. Известный картограф проф. В. В. Каврайский пишет, что проекция, подобная проекции Гернета, была ранее, в 1928-1929 гг., предложена директором Международного гидрографического бюро Л. Тонта, но что Е. С. Гернет предложил ее независимо[15].
Той же простотой и удобством пользования отличаются составленные Гернетом "Близмеридиональные таблицы"[16]. Как известно, для определения широты места нахождения судна в море секстаном измеряется высота Солнца или звезды в ее верхней или нижней кульминации, т. е. во время прохождения светила через меридиан. Но можно измерить и "близмеридиональную" высоту светила, т. е. его высоту, не точно во время кульминации, а лишь во время нахождения светила вблизи от меридиана данного места. Тогда необходимо вводить соответствующую дополнительную поправку - редукцию. Для нахождения редукции существуют специальные таблицы, входящие в так называемые "Мореходные таблицы". Таблицы, составленные Гернетом, имеют ряд преимуществ по сравнению с "Мореходными таблицами 1933 г.": они значительно упрощают и ускоряют необходимые вычисления. В 1938 г. таблицы были переизданы и затем вошли в "Мореходные таблицы 1943 г", так же как и в их последующие издания.
Е. С. Гернет умер в 1943 г., на 61-м году жизни. Сделанное им как солдатом, гражданином, ученым заслуживает нашей благодарной памяти.
В основе ледниковой теории Гернета лежит идея о "самосильном" развитии оледенения и его влиянии на климат.
Ледниковая теория в понимании Гернета отличается от ледниковой теории в том смысле, какой ей обычно придают геологи и палеогеографы и одним из создателей которой был русский ученый и революционер П. А. Кропоткин[17]. В этом последнем смысле ледниковая теория - это концепция, объясняющая "ледниковые" формы рельефа деятельностью материкового оледенения и доказывающая реальность его распространения в прошлом на равнины Северной Америки и Северо-Восточной Европы. Гернет принимает эту теорию, исходит из нее. Для него - это данные геологии. Его же ледниковая теория устанавливает причинно-следственную связь событий, приводивших к возникновению и развитию оледенения, его колебаниям и глубоким изменениям климата. О такой ледниковой теории и будет идти речь ниже. Гернет (позже Стокс, равно как и Юинг и Донн, своевременно подхватившие идею Стокса) рассматривает в сущности систему, включающую земную поверхность и окутывающую Землю атмосферу. Изменения состояния земной поверхности - появление ледников на суше и морских льдов в полярных акваториях Мирового океана - влияют на состояние атмосферы - ее температуру, влажность, распределение давления и ветры. Взаимодействие между подстилающей атмосферу земной поверхностью (как сушей, так и океаном) и воздушными массами определяет климат.
Снег и лед способствуют охлаждению земной поверхности и воздуха по двум причинам: потому, что увеличивают отражающую способность, так называемое альбедо поверхности, и, следовательно, уменьшают поглощаемую Землей солнечную энергию, и потому, что температура снега и льда не может подняться выше 0°, температуры таяния льда. При температуре ниже 0° реки и озера замерзают, осадки выпадают в твердом виде. Снег и лед, однажды появившись, способствуют все большему своему распространению и охлаждению климата. Охлаждение, однако, продолжается только до некоторого предела. Одновременно с охлаждением уменьшается содержание в воздухе водяного пара, увеличивается сухость климата, уменьшается сумма выпадающих осадков. При каком-то минимуме температуры осадков выпадает так мало, что летнее таяние у края далеко продвинувшихся на юг ледников сравнивается с питанием их выпадающим снегом, а затем превосходит его. Теперь взаимодействие между земной поверхностью и атмосферой останавливает процесс охлаждения, а затем поворачивает его в обратном направлении - к сокращению оледенения и потеплению. В системе "Земная поверхность - Атмосфера" возникают автоколебания, выражающиеся в чередовании ледниковых и межледниковых эпох.
Но система "Земная поверхность - Атмосфера" не является замкнутой, она открыта для внешних по отношению к ней воздействий, идущих из недр Земли и от Солнца. Начальной причиной оледенения Земли были внутренние процессы, происходящие в ее недрах. Они привели к поднятию и горизонтальному смещению материков, росту горных хребтов. На них и стали возникать и стекать вниз по склонам ледники. Раньше всего, десятки миллионов лет назад, ледники образовались на южном полярном материке, окруженном со всех сторон океаном. Океан ограничивал распространение оледенения за пределы материка. С течением времени образовался устойчиво существующий до наших дней Антарктический покровный ледник - "локализованный стационарный ледяной лишай", как его называет Гернет.
Его образование создало источник постоянного охлаждения, грандиозный холодильник нашей планеты, что способствовало образованию Гренландского покровного ледника. В отличие от южного океанического полушария, в северном материковом полушарии оледенение могло возникнуть и на соседних с Гренландией территориях. Образовались "рефлекторные ледяные лишаи", по Гернету. С этого времени, около миллиона лет назад, началось распространение оледенения на равнины Северной Америки и Северо-Восточной Европы, замерзание внутреннего полярного океана и превращение его в Северный Ледовитый океан. Затем после максимального распространения льдов началось их сокращение - "первая пульсация Гренландского ледяного лишая", по Гернету.
Наступание и отступание ледников, смена ледниковых эпох межледниковыми повторялись неоднократно. Эти большие гляциоклиматические колебания вызывались взаимодействиями внутри системы "Земная поверхность - Атмосфера" (включая в понятие земной поверхности и океан). Но вместе с тем они, по-видимому, стимулировались и колебаниями инсоляции или облучения Земли Солнцем.
Колебания инсоляции, обусловленные астрономическими причинами, были рассчитаны в 20-х годах XX в. югославским астрономом М. Миланковичем. Его расчеты затем неоднократно проверялись и уточнялись. Колебания инсоляции не вызывают сомнений, но вопрос о том, насколько велико их влияние на климат, стал предметом не прекратившейся до настоящего времени дискуссии.
Автоколебательной природе смены ледниковых эпох межледниковыми не противоречит возможность влияния на них и внешних воздействий, как известных в настоящее время, так и других, которые могут быть установлены в будущем. Но "самосильное" развитие оледенения, предположенное Гернетом, является, по-видимому, определяющим.
Значение охлаждающего влияния снега и льда на климат было обосновано в конце XIX в. А. И. Воейковым[18]. В 20-х годах XX в. английский климатолог Ч. Брукс сделал расчет дополнительного охлаждения климата, вызываемого ледяным покровом и способствующего его распространению[19]. В те же годы немецкий климатолог Ф. Пашингер высказал идею об автоколебаниях горных ледников[20], но первым, кто независимо от них и в логически безупречной форме обосновал теорию автоколебаний климата и оледенения, был Е. С. Гернет (вспомним слова К. Г. Паустовского о "стройной неопровержимости" его теории). И он в отличие от Пашингера рассмотрел не только автоколебания ледников, но всей системы, включающей ледники, морские льды, океан и атмосферу. Внутренние взаимодействия в этой системе могут быть учтены и направлены человеком так, чтобы наиболее рационально согласовать с ними свою хозяйственную деятельность.
Осуществление проекта уничтожения Гренландского ледяного лишая, предлагаемого Гернетом, принципиально возможно. Также возможно и искусственное очищение Северного Ледовитого океана от плавучих льдов. Такие проекты обсуждались в современной научной литературе. Превращение Северного Ледовитого океана в безледный полярный бассейн несомненно изменило бы климат Северной полярной области и всего северного полушария. Нужно ли и своевременно ли осуществлять подобные проекты и каких усилий и затрат энергии это потребует - другой вопрос. Но важно то, что вмешательство человека в ход природных событий огромного масштаба и значения возможно. Если бы изменения климата зависели только от внешних воздействий, таких, как тектонические силы Земли, вызывающие горообразование, или колебания инсоляции по астрономическим причинам, или любые другие, то человек был бы бессилен (по крайней мере при современной технике) влиять па них.
Поэтому знание причинно-следственных связей, управляющих ходом изменений климата и оледенения, имеет не только теоретический, но и практический интерес. Это увеличивает значение ледниковой теории, логические основы которой заложил Е. С. Гернет.
Трудно было бы предположить, что написанная 50 лет тому назад книга Е. С. Гернета, излагающая его ледниковую теорию, во всех своих разделах соответствует современному состоянию науки. Автор книги проявляет поразительное проникновение в существо дела и ясное понимание хода ледниковых событий, но излагает предмет на уровне науки 20-х годов. Рассмотрим поэтому важнейшие положения его ледниковой теории и сделаем необходимые поправки в соответствии с современным состоянием знаний.
Эры и периоды истории Земли и их продолжительность (см. гл. I, с. 5 - 29). Гернет пишет, что события геологической истории не имеют абсолютной хронологии, что известна лишь последовательность событий, продолжительность же времени в тысячах и миллионах лет может быть указана лишь предположительно. Теперь это утверждение уже неверно. Успехи физики и физической химии последних десятилетий дали в руки геологов способы оценки абсолютного времени событий истории Земли. Они основываются на измерении содержания в минералах изотопов элементов, накопившихся после образования минерала вследствие распада содержащихся в нем радиоактивных веществ. В частности, события последних десятков тысяч лет оцениваются так называемым радиоуглеродным методом (по радиоактивному изотопу углерода, C14). Им датируются с точностью до двух - трех сотен лет органические остатки (торф, древесина, раковины моллюсков, кости и ткани животных), захороненные в отложениях. Наиболее надежно определяется этим методом возраст в пределах между 5 и 50 тыс. лет.
Приводимая Гернетом в главе I периодизация истории Земли (с. 6) по современным представлениям выглядит несколько иначе. Три последние эры - палеозойская (т. е. эра древней жизни), мезозойская (средней жизни) и кайнозойская (новой жизни) - объединяются в одну сверхэру (эону) - фанерозойскую (от греческих слов фанерос - явный и зоэ - жизнь). Эти три эры и были объектом изучения классической геологии XIX и начала XX в. Фанерозойские осадочные породы, залегающие пластами, содержат явные следы жизни, ископаемые остатки животных и растений, которые служили геологам руководящими окаменелостями для оценки относительного возраста слоев Земли. Продолжительность всего фанерозоя, по современным данным, составляет 570 млн. лет, в том числе 340 млн. лет - палеозой, 163 млн. лет - мезозой и 67 млн. лет - кайнозой. Сравнение с данными, приводимыми Гернетом, показывает, что приблизительная оценка возраста этих эр близка по порядку величин к более точным современным определениям. Между самыми древними периодами палеозоя, указываемыми Герпетом, - кембрием и силуром - современные геологи ставят еще один - ордовик.
Все докембрийское время, принимавшееся ранее за одну архейскую эру, ныне делится на четыре эоны продолжительностью приблизительно по одному миллиарду лет: катархей, архей, афебий и рифей (афебий и рифей вместе называют протерозоем). Их общая продолжительность в 3,5 раза больше той, какую предполагали в начале нашего века. Последняя зона - фанерозой - занимает лишь примерно восьмую часть общей продолжительности жизни Земли, насчитывающей четыре с половиной миллиарда лет.
В течение этого огромного промежутка времени происходили коренные изменения общего устройства поверхности Земли и всей природной обстановки. После периодов горообразования следовали оледенения. Об их продолжительности и пределах распространения известно очень мало. Предполагают, что горообразовательные процессы и связанные с ними оледенения разделялись промежутками времени в 250-300 млн. лет. Предпоследним было оледенение в конце каменноугольного - начале пермского периода (пермо-карбоновое); от последнего кайнозойского оледенения, которое только и рассматривается в книге, его отделяет долгий промежуток теплого времени - с конца палеозоя до миоцена.
Теплая миоценовая эпоха, с которой Гернет сравнивает ледниковый период, началась 25 млн. лет назад, 9 млн. лет назад она перешла в более холодную - плиоценовую, и в течение последнего миллиона лет длится четвертичный период (или плейстоцен).
Наиболее древним ледяным образованием последнего кайнозойского оледенения является ледяной покров Антарктиды, возникший еще в миоцене и существующий уже более десяти, а может быть, и двадцати миллионов лет. За ним следует ледяной покров Гренландии, его возраст превышает 2-3 млн. лет. Известно, что в течение последнего миллиона лет ледниковые и межледниковые эпохи чередовались. Покровное оледенение распространялось на равнины Северной Америки и Северо-Восточной Европы (при этом сильно увеличивались по длине, толщине и площади все горные ледники), а затем оледенение вновь сокращалось до близких к современным размеров. В четвертичном периоде продолжительность ледниково-межледниковых циклов (от предыдущего максимума оледенения до следующего) измеряется промежутком времени в 40-70 тыс. лет, в среднем около 50 тыс. лет; по другим оценкам, продолжительность ледниково-межледниковых циклов - около 100 тыс. лет. Теплое межледниковое время, подобное тому, в котором мы живем, окончилось около 70 тыс. лет назад. Оно сменилось похолоданием и наступанием ледников. Потепление имело место, по-видимому, и между 50-30 тыс. лет назад. Последний максимум оледенения был около 18 тыс. лет назад, около 10 тыс. лет назад край последнего европейского покровного ледника отступил в пределы Южной Финляндии и Швеции, а затем, около 7 тыс. лет назад, оледенение сократилось до современных размеров.
Температура полушарий и аномалии температуры в Северной Атлантике (см. гл. II, с. 29-37). Средняя годовая температура южного полушария на 2° ниже средней температуры северного. Что это объясняется охлаждающим влиянием ледяного материка Антарктиды, теперь общепризнано. Кажется даже странным, что могли быть иные толкования. Гернет дает их исчерпывающую критику и свое простое, естественное и единственно правильное объяснение (с. 31-33). Также очевидна и причина аномалий температуры в Северной Атлантике, заключающаяся в охлаждающем влиянии Гренландского покровного ледника (с. 33-34).
Снегоизбыточный слой атмосферы (см. гл. III, с. 37-46). Введенное Гернетом понятие о снегоизбыточном слое атмосферы, т. е. слое, в котором зимой может выпасть больше снега, чем растаять летом, широко используется современной гляциологией. Этот слой известным советским географом академиком С. В. Калесником был назван хионосферой (от греческого слова хионос - снег)[21]. Понятие о снегоизбыточном слое атмосферы (хионосфере) лежит в основе теории "ледяного лишая" Гернета. Существование хионосферы, лежащей ниже в высоких широтах (к полюсам) и выше в низких (к экватору), объясняет самую возможность возникновения ледников. Гернет показывает связь хионосферы с высотой и состоянием земной поверхности. Хионосфера опускается навстречу поднимающимся горам: на их склонах, обращенных к влажным ветрам с океана, увеличивается количество осадков. После возникновения и распространения ледников хионосфера опускается еще ниже. Отступание ледников влечет за собой повышение нижней поверхности хионосферы и способствует их дальнейшей деградации.
Понятие о хионосфере до сих пор остается дискуссионным. Одни гляциологи считают его важнейшим фундаментальным понятием теоретической гляциологии и гляциоклиматологии, т. е. учения о взаимодействии климата и оледенения; по мнению других, достаточно знать, где проходит снеговая линия в горах и на ледниках и не вводить особого абстрактного понятия.
К сторонникам хионосферы принадлежал профессор Томского университета М. В. Тронов[22], к ярым противникам - не менее известный ученый П. А. Шумский, ранее, однако, сам пользовавшийся этим понятием в своих работах[23]. Теперь он считает, что хионосфера - понятие фиктивное. Однако Гернет прекрасно обосновал необходимость этого понятия. Превышение годового количества снега над его стаиванием, объясняет возникновение и существование ледников[24].
Колебания земной коры и возникновение ледников (см. гл. III, с. 51-55). Совершенно справедливо Гернет рассматривает поднятие суши как первопричину возникновения ледников. Участки суши, повысившиеся до снегонулевой поверхности и вошедшие в пределы снегоизбыточного слоя (хионосферы), становятся "ледородными возвышенностями". На них остается к осени не успевший стаять за лето снег, дающий начало леднику. Однако, по Гернету, существенное значение имеют только пологие куполообразные поднятия обширных территорий, создаваемые эпейрогеническими движениями земной коры. Орогенез (горообразование) он считает процессом второго порядка, не имеющим даже, как он пишет, "для нас в нашей ледниковой теории никакого значения" (с. 7). Это, конечно, неверно.
Поднятия грандиозных горных хребтов, таких, как Альпы, Гималаи, Кордильеры и др., нельзя считать тектоническими процессами второго порядка. Эпейрогенические колебания имеют меньшую амплитуду по сравнению с орогеническими. Для зарождения ледников важен сам факт повышения суши, какими бы движениями земной коры он ни вызывался.
Средняя высота поверхности суши повысилась за последний миллион лет на 300-800 м, в том числе равнины (в результате эпейрогенеза) на 300-500 м, а горы (в значительной мере как результат орогенеза) на 1000-2000 м. Конечно же, приближение к хионосфере в горах было более быстрым, чем на равнинах.
Картина постепенного разрастания "ледяного лишая", образовавшегося на первичной "ледородной возвышенности", поднявшейся до хионосферы, нарисована Гернетом умозрительно, а не на основании изучения хода явлений в природе. Сравнение ледников различных ледниковых районов позволяет проследить их эволюцию от начальных стадий ко все более развитым и представить ход ледниковых событий во времени. Гляциологические исследования в районах распространения малых ледников и многолетних снежников свидетельствуют о том, что начальные формы оледенения обязаны скоплениям снега, навеваемого ветром или соскальзывающего с крутых склонов. Толщина снега в таких скоплениях во много раз превышает толщину снежного покрова на ровных участках, где снег ложится в результате выпадения из облаков. Эти скопления и дают начало многолетним снежникам, со временем переходящим в ледники. Образуются они на склонах и в понижениях, находящихся ниже хионосферы. Для начала образования ледников необходимо лишь приближение земной поверхности к хионосфере и рельеф, способствующий концентрации (скоплению) снега в отдельных местах. Этому благоприятствуют горы. Не ровные куполообразные поднятия с пологими склонами, поднявшиеся до хионосферы, способствуют возникновению оледенения, как думал Гернет, а горный пересеченный рельеф, по высоте приближающийся к нижней поверхности хионосферы. На Полярном Урале, например, типичном ледниковом районе малого оледенения, ледники лежат на высоте от 390 до 1180 м над уровнем моря, а нижняя поверхность хионосферы - на 1350 м, т. е. много выше. Существование ледников здесь обязано не превышению снежных осадков над стаиванием, а превышению над последним масс снега в местах его скопления.
Характерными типами малых ледников являются навеянные ледники, лежащие на подветренных склонах, и каровые. Первые образуются благодаря переносу снега ветром при метелях с наветренного склона на подветренный, как говорят, в ветровую тень, вторые - благодаря скоплениям снега в глубоких нишах (карах) на горных склонах, куда снег частью сдувается ветром, частью соскальзывает по крутым стенкам кара лавинами.
Образование снежника, а затем ледяной шапки на пологой куполообразной возвышенности, вошедшей в пределы хионосферы, описанное Гернетом, также возможно. Так образуются в горах ледники плоских вершин[25], ледяные шапки на полярных островах. Но это скорее редкие случаи, исключения, чем типичный способ зарождения ледников.
Нельзя согласиться и со скептической оценкой Гернетом (с. 9) возможности так называемых эвстатических колебаний уровня моря, т. е. не зависящих от изменения высоты суши, и изостатических колебаний земной коры, т. е. ее оседаний под нагрузкой, и поднятий, когда такая нагрузка снимается. Особенно важны для нас гляциоэвстатические колебания уровня моря и гляциоизостатические колебания суши.
Первые связаны с изъятием воды, испаряющейся с поверхности Мирового океана, на образование льда или возвращением воды в океан в результате его таяния. В противоречии самому себе Гернет приводит соображение о том, что в ледниковую эпоху "громадные ледяные массы потребовали для своего образования такие огромные количества воды, что уровень моря понизился... почти на 100 м" (с. 21). В современной ледяной Антарктиде находится объем воды, равный 60 - 80-метровому ее слою, равномерно разлитому по поверхности Мирового океана. Если растопить лед Гренландского покрова, что предлагает Гернет, то уровень Мирового океана поднимется на 6,5 м.
Гляциоизостатические колебания суши состоят в опускании ее под нагрузкой льда и поднятии после того, как эта нагрузка устраняется. Эти колебания относятся к наиболее быстрым колебаниям высоты суши (равно как сравнительно быстрыми являются и гляциоэвстатические колебания уровня моря). Поднятие Фенноскандии, скорости которого приводит Гернет (с. 9), относится как раз к гляциоизостатическому поднятию после того, как растаял покрывавший Фенноскандию материковый лед Скандинавского ледяного щита.
Распространение и сокращение оледенения. Взаимная связь оледенения суши и моря (см. гл. III, с. 56-59; гл. V, с. 72-79, 82-85). Саморазвитие ледника, идущее, по Гернету, на поверхности, поднявшейся в хионосферу, которая в свою очередь понижается по мере распространения "ледяного лишая", неизбежно. Правда, Гернет несколько преувеличивает эту неизбежность, когда пишет, что "ледяной лишай, зародившись на площадке ледородной возвышенности величиной, может быть, с медный пятак, может охватить собой десятки миллионов квадратных километров земной поверхности" (с. 58).
Это было бы верно, если бы условия погоды из года в год оставались неизменными. Однако это не так, нужно не только поднятие земной поверхности до снегоизбыточного слоя (хионосферы) и немного выше, но и сохранение благоприятных для оледенения условий (обильных осадков зимой, прохладного лета) в течение ряда лет. Поэтому для возникновения оледенения поднятие земной поверхности должно быть довольно большим и охватывать значительную площадь, входящую в пределы хионосферы. Но во всяком случае (принципиально важно только это) возникшие при благоприятных условиях снежники, не стаивающие летом, увеличиваются в размерах и распространяются все шире самосильно. Разросшийся ледяной лишай, понижая температуру, создает сухость климата, что ухудшает его питание осадками и, следовательно, ограничивает его рост определенными пределами (с. 77-78). Но эти пределы связаны не только с развитием ледников на суше, но и с замерзанием соседних м: орей, или, по Гернету, с распространением ледяного лишая с суши на море. Это понимание им значения взаимной связи оледенения суши и моря является сильной стороной его теории. О такой связи Ф. Пашингер, автор первой гипотезы автоколебаний горных ледников, не упоминал. А без этого автоколебания климата и оледенения в глобальном масштабе нельзя представить.
Существуют два типа связи между оледенением суши и моря (с. 72-74, 82-85). В географических условиях южного полушария, где полярный материк окружен океаном, образуется устойчивый покровный ледник - "ледяной лишай локализованный стационарный". Его расширение за пределы материка ограничивает глубокое море. Выпадающий на поверхность ледяного покрова снег уравновешивается обламыванием айсбергов. Вокруг ледяного материка образуется кольцо плавучих льдов.
В северном полушарии обширные материки окружают "средиземное" полярное море. Покровный ледник, образовавшийся в Гренландии, вызывает охлаждение соседней суши и моря. Айсберги Гренландии охлаждают берега Баффиновой Земли и Лабрадора, где образуются "рефлекторные ледяные лишаи". Затем возникают и разрастаются ледники в Скандинавии. Постепенно заполняется айсбергами, охлаждается и покрывается плавучими льдами и полярный океан. Вся Северная полярная область ко времени максимального распространения льдов превращается в сухую ледяную пустыню, превышающую по размерам Антарктиду. И все это вместе Гернет называет "великим гренландским ледяным лишаем" в максимальную фазу его развития.
Сухость климата ограничивает дальнейшее распространение этого ледяного лишая, а затем приводит к отступанию льдов. Географические условия северного полушария определяют соотношение оледенения суши и моря, делающее неизбежным смену наступания льдов их отступанием, чередование ледниковых и межледниковых эпох. Оледенение северного полушария не стационарно, не существует устойчиво, а то расширяется, то сокращается. Гренландский ледяной лишай - это "лишай, ограничиваемый пульсациями".
Предел распространению "ледяного лишая" кладет создаваемая им "зимняя сухость климата" (с. 56); ничто другое не может ограничить его "самосильное" расползание. Если бы в Африке поднялась куполообразная возвышенность и "средина купола выступала выше снегонулевой поверхности, то мы неизбежно должны получить оледенение Африки от океана до океана..." (с. 54). Подтверждение такой возможности Гернет видит в том, что геологами были найдены следы покровных оледенений в низких широтах. Зимняя же сухость климата могла создаться лишь благодаря распространению оледенения с суши на море.
Но возможность такого неограниченного расползания льда по поверхности суши Гернет преувеличивает. Он, как справедливо заметил проф. М. В. Тронов[26], совсем не учитывает изменения отношений между ледником и климатом. Помимо собственного "самосильного" развития и охлаждающего влияния на климат, возникает и противодействующее влияние климата из-за повышения температуры с широтой. С потеплением по мере продвижения во все более низкие широты увеличивается стаивание льда у края ледника и количество стаивающего льда сравнивается, наконец, с количеством накапливающегося снега. Дальнейшее продвижение прекращается. Предел распространения оледенения определяется не только связанным с охлаждающим влиянием ледника уменьшением осадков, как считал Гернет, но и с повышением температуры и стаивания у края при продвижении его вниз по склонам гор и в более низкие широты.
Что же касается следов покровного оледенения в низких широтах, то они относятся к позднепалеозойскому (пермокарбоновому оледенению), бывшему около 300 млн. лет назад, когда положение материков, ныне лежащих в низких широтах, было совершенно иным. Возможно также, что пермокарбоновые ледники были горными и не распространялись на равнины. О пермокарбоновом и более древних оледенениях известно очень мало.
Значение айсбергов (см. гл. III, с. 56-58; гл. V, с. 72-79).
Температура замерзания морской воды зависит от ее солености, чем последняя больше, тем ниже температура замерзания. Соленость воды глубоких морей и океанов в среднем составляет 35‰ (35 г соли в 1 л воды). Такая вода замерзает при - 1,8 °C. Но в отличие от пресной воды, имеющей наибольшую плотность при +4 °C, т. е. при температуре выше температуры замерзания, морская вода, охлаждаясь, становится все более плотной вплоть до температуры ее замерзания. Охлаждаясь с поверхности, морская вода опускается вниз, а на поверхность поднимается более легкая, теплая вода. Поэтому для замерзания морской соленой воды необходимо ее охлаждение на всю глубину.
Но в прибрежных участках моря, в заливах и губах у устьев рек создается поверхностный опресненный слой. Чем больше речной сток, тем большую акваторию занимают поверхностные слабосоленые воды. Их плотность меньше, чем нижележащих, хотя и более теплых, но и более соленых вод. Образование морских льдов и замерзание морей происходит благодаря наличию такого опресненного слоя[27]. Глубокий же Центральный Арктический бассейн мог долго оставаться открытым. Его замерзание задерживалось и тем, что приток в него пресных речных вод в ледниковые эпохи сильно уменьшался. Воды открытого полярного бассейна были холоднее современных. Ныне под холодным распресненным поверхностным слоем толщиной около 50 м с температурой - 1,3° лежит слой более теплых атлантических соленых вод толщиной около 200 м с температурой +0,5°. Воды же открытого океана были охлаждены до - 1,8°. Превращение его в Северный Ледовитый океан могло происходить лишь путем заполнения айсбергами, как и представлял себе это Гернет (с. 76-79). Пресный лед айсбергов почти не таял в соленой морской воде. Скопляясь во все большем количестве, айсберги постепенно заполнили всю акваторию Северного Ледовитого океана. Какую-то, со временем все большую долю составляли и морские плавучие льды, выносимые из окраинных морей.
Охлаждение, вызванное покровным оледенением суши, усиливалось и обламывающимися от ледников айсбергами, замерзанием прибрежных мелких морей, образованием морских плавучих льдов. Ледники способствовали охлаждению моря, а морские льды его усиливали и ускоряли разрастание оледенения.
Заслуживает внимания и описанное Гернетом охлаждение восточных берегов Северной Америки выносимыми Лабрадорским течением айсбергами и образование на Баффиновой Земле и п-ове Лабрадор "рефлекторных ледяных лишаев" (с. 74-76). Вместе с айсбергами выносились и морские льды, это имеет место и в наше время.
Доледниковое распределение температуры на земной поверхности (см. гл. IV, с. 59-72). Попытка Гернета представить распределение температуры на поверхности Земли в доледниковое время также очень интересна. В наше время появилось немало работ, посвященных таким реконструкциям. Реконструкция Гернета основывается на введенном им понятии "астронормальной температуры", т. е. температуры, обусловленной суммой солнечного тепла, получаемого на данной широте сушей пустынного характера, при отсутствии атмосферной влаги и циркуляции атмосферы.
Астронормальная температура полярных районов изменяется между - 40° зимой и +26° летом при средней годовой - 6°, а экваториальных областей - между +33° и +36° при средней годовой +35°.
Высота поверхности суши над уровнем моря, циркуляция атмосферы, ветры, содержание в атмосфере паров воды и влияние океана отклоняют температуру от астронормальной. Простые географически оправданные соображения приводят к доледниковым температурным условиям в северной полярной области, близким к рассчитанным в наше время многими учеными[28].
Устойчивые безледное и полностью оледенелое состояния Земли (см. гл. V, с. 79-82). Гернет предполагал, что возможно и такое распределение суши и моря и соответствующий тип соотношения материкового оледенения и морских льдов, когда обламывающиеся от покровного ледника айсберги непрерывно уносились бы морскими течениями. Тогда ледяной лишай мог бы принять всепланетные размеры (с. 57-58).
Историческая геология свидетельствует о том, что ледниковые периоды были сравнительно короткими эпизодами в истории Земли, длившимися десятками миллионов лет. Безледные периоды, когда на всей Земле господствовал сравнительно теплый климат и климатические различия по широтным зонам были не столь значительными, как ныне, занимали больше времени, длились они сотнями миллионов лет. Оледенениям Земли предшествовали периоды горообразования и коренной перестройки рельефа внутренними силами земных недр. Следы оледенения на рубеже каменноугольного и пермского периодов находят на материках, ныне лежащих в низких широтах - Африке, Южной Америке, Индии. Между пермо-карбоновым и переживаемым нами кайнозойским оледенением прошло около 250 млн. лет. Известны следы и более древних оледенений. Однако полному оледенению на всей своей поверхности Земля никогда не подвергалась. Но заключение Гернета (с. 81) о том, что такое глобальное оледенение, если бы оно произошло, было бы устойчивым, подтверждают современные расчеты. Полностью оледеневшая Земля отражала бы более 80 % поступающей от Солнца энергии и освободиться от оледенения уже не смогла[29].
Почему "не леденела" Сибирь (см. гл. V, с. 85-88). Объяснение Гернетом климатических изменений в Сибири, включая и причину вымирания мамонтов, по современным представлениям, принять нельзя.
"Не леденела" Сибирь не из-за сравнительно теплого климата, а потому что, несмотря на холод, там было сухо. Влага, поступающая с Атлантического океана, аккумулировалась западнее, и для оледенения равнин Сибири ее уже не хватало. О суровости климата свидетельствуют толщи вечной мерзлоты, достигающие в Сибири нескольких сотен, а местами превышающие тысячу метров. На такую глубину мерзлота могла проникнуть лишь за многие тысячелетия господства крайне сурового климата.
Вечномерзлые грунты существуют в резко континентальном климате с суровой продолжительной зимой, но довольно жарким, хотя и коротким, летом. В современных условиях в Якутии на оттаивающей на 1-1,5 м почве прекрасно вызревают хлеба, картофель, овощи. Такой резко континентальный климат с еще более суровой зимой господствовал на равнинах Сибири и в ледниковое время. Летом равнины покрывались богатой растительностью, дававшей пищу огромным стадам травоядных, о чем свидетельствуют остатки животных так называемой мамонтовой фауны, очень богатой видами. Зимой все эти стада питались ветками кустарников и сухой травой, которую они легко могли добывать, так как зимы были очень малоснежными.
Остатки мамонтов датируются временем между 35 и 11 тысячами лет назад, что свидетельствует о том, что эти животные жили именно в ледниковое время и вымерли после отступания материковых льдов, когда климат стал теплее и влажнее. В ледниковое время на равнинах Сибири господствовали сухие тундростепи, как их называют в литературе, подчеркивая этим названием особый характер растительности, пригодной и для северных оленей и мускусных быков, и для сайгаков, лошадей, мамонтов. С потеплением стала протаивать вечная мерзлота и усиленно развиваться термокарст, т. е. просадки грунта над вытаивающими ледяными слоями. Сухая тундростепь сменилась заболоченной тундрой с мелкими озерами. Сократилась и общая площадь пастбищ. Огромные пространства осушавшейся в ледниковую эпоху материковой отмели, в том числе и Беренгийская суша между Чукоткой и Аляской, были заняты морем. Это коренное изменение ландшафта оказалось гибельным для мамонтов, полностью вымерших к концу последнего ледниковья. Сокращение пастбищ, вязкие болота и озера, где проваливались и гибли тяжелые звери, и, как думают многие ученые, хищническое истребление мамонтов первобытным человеком были причиной их вымирания.
Можно указать еще на некоторые предположения Гернета, не соответствующие современным представлениям. Среди них - сравнение оледенения Земли со снежными полями на Марсе (с. 34-35), предположение о древности следов былого, более обширного оледенения на Тянь-Шане и Гималаях (с. 87) и некоторые другие, не имеющие принципиального значения. На Марсе выпадает не снег, а конденсат углекислоты, испаряющийся летом. Постоянные полярные шапки Марса сильно отличаются от земных: это лед с мелкоземом, заносимым обычными для этой планеты пыльными бурями. На Тянь-Шане, Памире, в Гималаях, как и в других горных районах, существуют ледники. В ледниковые эпохи они разрастались до много больших размеров и спускались в предгорья. Наиболее ясные следы более обширного оледенения относятся к последней ледниковой эпохе.
Гернет не учитывает и нигде не приводит в своих соображениях также циркуляцию атмосферы, объясняющую, в частности, и то, почему не леденела Сибирь. Господствующий в умеренных широтах западный перенос воздушных масс определяет обеднение их влагой по мере движения с запада на восток. Для покровного оледенения равнин к востоку от Енисея влаги уже не хватало.
Проект уничтожения Гренландского ледяного покрова (см. гл. VI, с. 88-92). Исходные положения проекта Гернета представляются обоснованными. Ежегодная уборка выпавшего за зиму на поверхность Гренландии снега обеспечит постепенное, все убыстряющееся с годами таяние льда Гренландского щита, и через две - три тысячи лет он перестанет существовать. Постепенно будет становиться теплее климат Северной полярной области. Северный Ледовитый океан освободится от многолетнего льда и станет одной из акваторий с наиболее оживленным судоходством.
Как выполнить этот проект, не ясно, и об этом мы не будем говорить. Более важно, однако, оценить побочные и отдаленные последствия его осуществления, которые необходимо предвидеть. О вероятных сроках предстоящего распространения ледников на равнины Северной Америки и Северо-Восточной Европы можно судить по продолжительности ледниково-межледниковых циклов в прошлом. Следующая ледниковая эпоха, "грядущий ужас", по выражению Гернета, может начаться лишь через несколько тысячелетий. С осуществлением любых проектов, имеющих целью предотвращение наступания ледников, можно, по-видимому, не спешить.
Основные же возражения против проекта уничтожения Гренландского ледяного покрова сводятся к следующим. Во-первых, подъем уровня Мирового океана потребует огромных затрат на ограждение дамбами обширных и густонаселенных территорий (или на переселение людей и перенос строений на более высокие места, которым не грозит затопление). Во-вторых, вместе с потеплением климата Северной полярной области произойдут климатические изменения и в умеренных широтах. И в высоких и в умеренных широтах изменения климата могут стать не только благоприятными для жизни и деятельности человека, но и неблагоприятными. С потеплением Арктики будет деградировать вечная мерзлота, распространенная на огромных территориях Сибири, Дальнего Востока, Аляски и Канады. С ее деградацией будут связаны термокарст, просадки грунтов, образование мелких озер, заболачивание. Чтобы превратить эти пространства в хлебопроизводящие районы, нужны будут грандиозные мелиоративные и культурно-технические работы. В умеренных широтах возможно расширение к северу засушливой зоны, степная зона Евразии станет полупустыней. Насколько потепление Арктики компенсирует засушливость в умеренных широтах, еще нужно оценить.
Значение теории Гернета состоит не в обосновании его проекта, а в выяснении причин колебаний климата и оледенения.
Максимум последнего оледенения по современным данным. Наши знания о гляциоклиматических событиях истории Земли за последние десятилетия несомненно обогатились и продолжают обогащаться. Обобщение и сопоставление имеющихся данных позволяет установить границы ледников и морских льдов. Наиболее надежно это может быть сделано по следам последнего оледенения с максимумом около 18 тыс. лет назад[30].
Участники международной программы CLIMAP (Climatic Longterm Investigations, Mapping and Prediction - климатические долгопериодные исследования, картирование и предвидение) составили по новейшим данным ряд карт, показывающих климатические условия и общую природную обстановку на поверхности Земли, какой она была 18 тыс. лет назад[31]. Интересна реконструкция максимальных размеров последнего оледенения, отличающаяся от ранее выполненных представлением о "панарктическом" ледяном щите, занимавшем всю Северную полярную область, включая и Северный Ледовитый океан, что напоминает "Великий Гренландский ледяной лишай" Гернета. Мелкие шельфовые моря вместе с архипелагами островов были заняты материково-морскими покровными ледниками, подобными современной Западной Антарктиде, а над глубокими акваториями лежали шельфовые ледники, такие, как шельфовый ледник Росса в Антарктике и др.[32] Эта реконструкция кажется наиболее отвечающей всей совокупности современных представлений, хотя она и не общепризнана. Имеются, например, сторонники открытого полярного океана во время максимума последнего оледенения, замерзшего лишь в ходе его деградации с появлением благодаря таянию льдов поверхностного распресненного слоя, исчезавшего во время максимума оледенения[33].
Оледенение северного полушария во время последнего максимума 18 тыс. лет тому назад (по Р. Флинту)
1 - распространение ледников; 2 - современные ледники; 3 - южная граница распространения морских льдов; 4 - основные пути переноса воздушных масс; 5 - теплые морские течения; 6 - холодные течения. По последним реконструкциям теплое Северо-Атлантическое течение (Гольфстрим) поворачивало на юг даже значительно южнее, чем показывает Флинт, уже около 50° с. ш. В современных же условиях оно уходит в Северный Ледовитый океан вдоль берегов Сибири
Внешние причины колебаний оледенения и климата. Система "Земная поверхность - Атмосфера", помимо внутренних взаимодействий, подвержена и внешним влияниям. Основной внешней силой, определяющей динамику системы, является солнечная энергия. Ее суммарная величина определяется солнечной постоянной, равной 1,9 кал/см2/мин (на поверхность, перпендикулярную солнечным лучам на верхней границе атмосферы). Часть этой энергии отражается в мировое пространство, часть поглощается атмосферой и лишь часть идет на нагревание поверхности Земли. На каждый участок земной поверхности в разное время года и суток падает разное количество солнечной энергии в зависимости от высоты солнца над горизонтом и состояния атмосферы. Падающая на земную поверхность солнечная энергия имеет суточный и годовой ход, определяющийся вращением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Суточные и сезонные колебания повторяются неизменно, и при постоянстве природных условий на Земле причин для изменения климата, связанных с деятельностью Солнца, нет. Об астрономических причинах колебаний климата будет сказано ниже.
Но история Земли свидетельствует о больших изменениях климата, происходивших в течение геологического времени. Наибольшее влияние оказывали изменения общего устройства поверхности Земли, ее глобальный рельеф - распределение моря и суши, поднятия и опускания гор и материков. Современный климат сложился в соответствии с современным рельефом, и климатические изменения первого порядка определялись изменениями глобального рельефа. Последняя грандиозная перестройка лика Земли под влиянием ее внутренних сил происходила в третичном периоде (70 - 1 млн. лет назад), когда образовались современные материки и горные системы. К началу четвертичного периода (около 1 млн. лет назад) земная поверхность приняла современный вид. Общее повышение суши и поднятие высоких горных цепей вызвали общее понижение температуры и создали условия для зарождения и распространения ледников. Таким образом, основной внешней (по отношению к системе "Земная поверхность - Атмосфера") причиной похолодания и появления ледников было поднятие суши (гор и материков) внутренними силами Земли.
Но многократные колебания климата и оледенения, чередование ледниковых и межледниковых эпох за последний миллион лет, когда существенных изменений рельефа Земли не происходило, нужно объяснять другими причинами. Ими могли бы быть колебания состава атмосферы и ее прозрачности из-за вулканических извержений, колебания солнечной радиации. Обе эти причины выдвигались для объяснения ледниково-межледниковых климатических колебаний. Усиление вулканизма могло повышать содержание в атмосфере углекислого газа (CO2) и понижать прозрачность атмосферы из-за увеличения запыленности. Первое увеличивает парниковый эффект и должно вести к потеплению, второе ослабляет солнечную радиацию и должно приводить к похолоданию. Эти влияния противоположны. Нет веских доказательств и о значительности возможных изменений климата из-за вулканических извержений. Главное же - нет никаких данных, свидетельствующих о циклических изменениях вулканической деятельности, соответствующих циклическим колебаниям климата.
Сплошной "панарктический" покровный ледник во время максимума последнего оледенения 18 тыс. лет назад (по М. Г. Гросвальду, Т. Хьюзу и Г. Дентону)
От вершин отдельных, слившихся между собой ледяных куполов (Лаврентьевского - Л, Кордильерского - К, Канадского Арктического или Иннуитского - Ин, Гренландского - Гр, Исландского - И, Британского - Б, Скандинавского - Ск, Баренцева - Ба, со Свальбаруским куполом - Св, Карского - Ка, Путоранского - П, Купола Толля над архипелагом Де-Лонга - Т) лед растекается во все стороны и занимает соседние акватории. Мелкие моря заполняются льдом, а на глубоких, включая Центральный Арктический бассейн, образуются плавучие шельфовые ледники. В гренландско-европейской части и с восточного берега Северной Америки лед стекает в Атлантический океан, а в противоположной аляскинско-сибирской - наползает на материковую отмель, с понижением уровня моря, осушавшуюся. У южного края ледник стаивал, образуя подпрудные приледниковые озера (особенно большие в Западной Сибири). 1 - границы материковой отмели; 2 - линии тока льда на суше; 3 - линии тока шельфовых ледников
Высказывались предположения и о циклических колебаниях солнечной радиации. Основанная на этом гипотеза Дж. Симпсона получила широкую известность. Но нет достаточных доказательств циклических колебаний радиации Солнца. Влияние же на климат циклических колебаний солнечной активности дискуссионно[34].
Однако существуют колебания интенсивности облучения Земли Солнцем, или колебания инсоляции, вызываемые астрономическими причинами. Они заслуживают особого внимания. Их физическая природа очевидна, а продолжительность циклов колебаний близка по порядку величин к продолжительности циклов ледниково-межледниковых колебаний климата и оледенения. В 20-х годах XX в. Н. Миланкович рассчитал величины этих колебаний и предположил, что они и являются основной причиной чередования ледниковых и межледниковых эпох[35]. Колебания инсоляции связаны с периодическими изменениями параметров земной орбиты - ее эксцентриситетом, наклоном оси вращения Земли к плоскости орбиты и смещениями по орбите точки равноденствия, так называемым предварением равноденствия или прецессией. Накладываясь друг на друга, эти изменения параметров орбиты определяют наклон падающих на Землю солнечных лучей, а следовательно, и интенсивность нагревания ими земной поверхности. Колебания инсоляции могут быть рассчитаны для прошлого и будущего. Расчеты Миланковича неоднократно проверялись и уточнялись[36]. Сопоставление колебаний климата и оледенения и колебаний летней инсоляции на 65° с. ш. свидетельствует об их соответствии[37].
Сам Миланкович сделал расчет колебаний приземной температуры, вызванных колебаниями инсоляции, и получил довольно большую амплитуду, порядка 5°. Но в своих вычислениях он не принял в расчет выравнивание температуры из-за циркуляции атмосферы, которое очень сильно уменьшает амплитуду возможных колебаний. Оценку влияния атмосферной циркуляции сделал Дж. Симпсон. Современные расчеты, выполненные более совершенными методами, подтвердили заключение Симпсона о незначительности колебаний температуры из-за колебаний инсоляции. Но реальность этих колебаний не вызывает сомнений. Возможность их точного расчета и близость продолжительности циклов колебаний инсоляции и ледниково-межледниковых колебаний не позволяют не принимать их в расчет, несмотря на доказанную незначительность вызываемых ими колебаний приземной температуры. Может быть, отклонение температуры к похолоданию (или потеплению) является импульсом, изменяющим направление взаимодействий в системе "Земная поверхность - Атмосфера". Несколько более холодная погода летом при смягчении зим и увеличении осадков приводит к большему распространению площади морских льдов и лучшему питанию ледников. Снег и лед, увеличивая альбедо, вызывают дополнительное охлаждение, большее, чем только из-за ослабления инсоляции. К такому объяснению пришли многие ученые[38]. Это подтверждается и тем, что колебания инсоляции, вызванные астрономическими причинами, наблюдались в течение всей истории Земли, но в безледные теплые периоды никаких существенных колебаний климата не вызывали. Колебания климата начались в плейстоцене, когда разрастались и сокращались обширные покровные ледники.
Палеоледниковая кривая Эмилиани - Дансгора (1) и кривая инсоляции на 65° с. ш. Миланковича (2)
Четные цифры - холодные ледниковые эпохи, нечетные - теплые межледниковые. Для кривой Эмилиани - Дансгора за единицу принята масса льда, растаявшего со времени максимума последнего оледенения, что соответствует 100 - 130-метровому слою воды Мирового океана (36-47 млн. км3 воды). Кривая 3 показывает колебания средней температуры летнего полугодия на 65° с. ш., зависящие от колебаний инсоляции по расчетам Д. Шоу и В. Донна (1968)
Из последних научных работ, относящихся к этому вопросу, заслуживают внимания результаты исследований участников программы CLIMAP, просмотревших большое число проб (колонок) глубоководных донных отложений, взятых в разных частях Мирового океана[39]. Прослеженные в слоях осадков колебания климата указывают на продолжительность циклов приблизительно в 23, 42 и около 100 тыс. лет, т. е. такую, какую имеют периоды колебаний элементов земной коры орбиты, откуда авторы делают вывод о несомненной зависимости колебаний климата от колебаний инсоляции по астрономическим причинам.
Растекание и сокращение плейстоценовых покровных ледников. Как показывают современные исследования (полевые, лабораторные и теоретические), огромное значение в ходе ледниковых событий и связанных с ними изменений климата имеет растекание льда благодаря его пластичности. Возникающие в горах ледники заполняют понижения рельефа и стекают вниз по уклону. После заполнения межгорной котловины лед вытекает в долину, образует долинный ледник, как бы ледяную реку. Сужение долины, создавая подпор движению льда, способствует повышению поверхности льда выше сужения. Такое подпруживание ледников играет большую роль в развитии оледенения в условиях его разрастания - в ходе наступания ледников. Лед сглаживает неровности рельефа, заполняя понижения и перетекая через седловины, не покрытыми льдом остаются только вершины гор с крутыми склонами. При дальнейшем развитии лед покрывает страну сплошь, оставляя лишь отдельные высокие горные вершины у края, где покров льда утоньшается.
Поверхность такого покровного ледника очень полого поднимается от краев к середине, напоминая ковригу хлеба. Ее форма в слабой степени отражает неровности подледного ложа. Она определяется в основном растеканием льда от середины к краям. В средней части поверхность льда поднимается наиболее высоко независимо от высоты подледного ложа. Во внутренних районах Антарктиды, например, находятся подледные горы Гамбурцева. Толщина льда над ними около 1,5 км при средней толщине льда Антарктиды 2,5 км. В центре Гренландии подледное ложе опускается ниже уровня моря, а толщина льда здесь наибольшая, более 3,5 км при средней толщине льда Гренландского покрова 1,5 км. В разрезе поверхность льда покровных ледников имеет форму эллипса - ее уклон очень мал и становится круче только у краев.
Эллиптическую форму поверхности, определяющуюся растеканием льда, приобретают все покровные ледники независимо от их размеров - от малых ледяных шапок на островах полярных областей до ледяных щитов материковых размеров, таких, как Гренландия и Антарктида. Горизонтальные размеры и площадь покровных ледников находятся в определенной зависимости от их толщины. Площадь S = kH4, где k - постоянный коэффициент; H - толщина льда.
Эта зависимость может быть выведена математически из эллиптической формы поверхности и в то же время получается по фактическим данным. Если нанести на график по оси ординат толщину, а по оси абсцисс площадь современных покровных ледников, то окажется, что отклонения отдельных точек от общей зависимости большей частью невелики. Плейстоценовые покровные ледники, такие, как Скандинавский, Лаврентьевский и др., очевидно, также подчинялись этой зависимости: законы пластического течения льда, зависящие от его физических свойств, не могли быть иными. Тот факт, что площадь покровного ледника пропорциональна четвертой степени его толщины, показывает, что при увеличении толщины лед растекается очень широко. При увеличении толщины вдвое площадь увеличивается в 16 раз (линейные размеры, следовательно, в 4 раза, объем в 32 раза).
Все современные покровные ледники разделяются по их размерам на две неравные группы - группу сравнительно небольших ледяных шапок, с площадью не больше одного - двух десятков тысяч квадратных километров каждая, и группу ледяных щитов материковых размеров с площадью, измеряемой миллионами квадратных километров. Покровных ледников с площадью между 30 тыс. и 2 млн. км2 в наше межледниковое время не существует. Это свидетельствует о неустойчивости, краткости жизни плейстоценовых покровных ледников - Скандинавского, Лаврентьевского, достигавших размеров, близких к размерам современных Гренландского и Антарктического ледяных щитов. По сравнению с последними, время существования которых измеряется миллионами лет, плейстоценовые покровные ледники жили недолго - один - два десятка тысяч лет. Различие это впервые объяснил Гернет. Современные щиты - щиты "локализованные стационарные", их края обрываются в море, которое и ограничивает их разрастание. Достигая глубокого моря, лед обламывается айсбергами. Гренландский и Антарктический щиты - ледяные щиты материково-островного типа. Скандинавский и Лаврентьевский щиты были ледяными щитами собственно-материкового типа. Их передний край лежал на суше и их наступание ограничивалось стаиванием у края. Когда оно, все увеличиваясь по мере продвижения в низкие широты, сравнивалось со снегонакоплением, дальнейшее наступание прекращалось, а затем по мере уменьшения питания сменялось отступанием.
План и поперечные профили Гренландского ледяного покрова (по Б. Фриструпу, 1966)
Зависимость площади (S) покровных ледников от их толщины (H)
Слева приведена кривая в обычном (I - для ледяных щитов, II - для малых ледяных шапок), справа - в логарифмическом масштабе (на шкале нанесены логарифмы величин). 1 - Антарктический; 2 - Гренландский; 3 - Новоземельский покровные ледники; 4 - 17 - меньшие ледяные шапки
Существовали щиты и третьего типа - материковоморского. Изучение их истории только начинается. Они образовывались на арктических островах и окружающей их материковой отмели (или материковом шельфе), а затем причлепялись к собственно материковым Скандинавскому и Лаврентьевскому ледяным щитам. Наиболее изучена история Баренцева щита, покрывавшего Баренцево море вместе с архипелагами о-вов Шпицбергена, Земли Франца-Иосифа, Новой Земли[40]. Другой подобный щит - Карский - занимал Северную Землю и Карское море, надвигаясь с севера на п-ов Таймыр. Третий, так называемый Иннуитский, покрывал Канадский Арктический архипелаг и соединялся с Лаврентьевским ледяным щитом.
Современным представителем ледяных щитов этого типа является ледяной покров Западной Антарктиды, причленившийся и слившийся с ледяным покровом Восточной Антарктиды в единый ледяной щит. Подледная Западная Антарктида представляет собой архипелаг островов с довольно глубокими морями между ними, более глубокими, чем Баренцево или Карское море, и тем не менее ныне до дна заполненными льдом. Основание льда Западной Антарктиды опускается местами до глубины 2500 м ниже уровня моря, т. е. в ходе своего образования лед вытеснил воду и заполнил глубокие проливы между островами. Многие ученые считают, что в отличие от большей части Антарктического ледника - ледяного щита Восточной Антарктиды, неизменно существующего многие миллионы лет, Западная Антарктида неоднократно разрушалась. Возможность ее деградации не исключена и в недалеком будущем, что повлечет за собой катастрофически быстрое повышение уровня Мирового океана на 5-7 м. Образование материково-морских ледяных щитов следовало за образованием собственно-материковых. Оно облегчалось понижением уровня моря, неизбежным в ходе разрастания оледенения, и растеканием ледяных шапок на островах на освобождающуюся вокруг них от воды часть материковой отмели. Отдельные ледяные шапки на островах разрастались и сливались вместе и за счет многолетнего припая, образовывавшегося на мелководных участках.
Возможность разрастания и сокращения покровных ледников в течение сравнительно короткого времени подтверждают расчеты. После максимального распространения Скандинавского ледника на равнины Восточной Европы, что было 18 тыс. лет назад, к 10 тыс. лет назад его край отступил в Южную Финляндию и Швецию, а к 7 тыс. лет назад сократился до размеров небольших разобщенных ледников в горах Скандинавии. За сравнительно короткое время (приблизительно в 20 тыс. лет) край ледника продвинулся на юг на 1200 км, а затем за 10 тыс. лет отступил на то же расстояние в обратном направлении. Расчеты показывают, что при вероятных (по современным наблюдениям на ледниках) величинах снегонакопления и стаивания такое наступание и последующее отступание за указанное время были вполне возможны. Были рассмотрены две возможности разрастания оледенения: растекание из орографического центра и постепенное накопление фирна и льда на равнине. Первый способ более вероятен по ряду соображений, однако и второй нельзя отвергать, тем более что он на первый взгляд легче объясняет быстрое оледенение огромных пространств. Но расчеты баланса льда по вероятным величинам зимнего накопления снега и летнего стаивания показывают невозможность непосредственного оледенения равнин. Наоборот, расчет растекания льда со Скандинавских гор, где зародились ледники, свидетельствует о реальности распространения и сокращения оледенения за сравнительно короткое время при вполне возможных величинах снегонакопления и таяния[41].
Западная Антарктида - современный покровный ледник материково-морского типа (схема Дж. Мерсера, 1970)
1 - лед на суше; 2 - лед на плаву; 3 - лед на морском дне
По достижении покровным ледником некоторой (сравнительно небольшой) величины - нижнего критического размера - благодаря каким-то изменениям климата, дальнейший рост ледника идет спонтанно (или самосильно, как писал Гернет); ледник растекается независимо от климата до достижения верхнего критического размера. В то же время он охлаждает климат и расширяет этим пределы своего саморазвития[42]. Этот вывод подтверждается математическим анализом, вытекающим из механики движения льда[43]. Растекание льда покровных ледников и изменение ими климата положил в основу своей теории автоколебаний климата и оледенения югославский географ Т. Шегота[44].
И. Вертман рассчитал растекание льда покровных ледников северного полушария, вызванное колебаниями инсоляции по астрономическим причинам[45]. При этом он не рассматривал колебания температуры у земной поверхности из-за колебаний инсоляции, а просто использовал тот факт, что с широтой инсоляция уменьшается. Ослабление- инсоляции равносильно увеличению широты или понижению климатической снеговой линии (точнее говоря, нижнего уровня хионосферы). Изменения инсоляции можно свести к изменению высоты снеговой линии. Его расчеты показывают, что повышение и понижение снеговой линии параллельно самой себе возможны в пределах от 500 м ниже уровня моря до 1300 м выше его (ее современная высота на 70-80° с. ш. - 200-300 м над уровнем моря). Уклон снеговой линии Вертман принимает равным 0,001, т. е. 100 м на 1° широты.
Пользуясь моделью растекания льда в покровном леднике как твердого тела совершенной пластичности, Вертман рассчитывает пределы растекания и сокращения ледника в соответствии с колебаниями инсоляции. Его расчетный ледник растекается на юг и на север. На северном крае он стекает в море, обламываясь айсбергами, а на южном стаивает. Стаивание на южном крае равно расходу на айсберги на северном.
Расчеты Вертмана по принятой им модели покровного ледника хотя и не настолько точны, чтобы прогнозировать будущее наступание ледников по предвычисленному ходу инсоляции, все же очень интересны. Они показывают, что колебания климата и оледенения, возникшие в определенных географических условиях, сложившихся к началу четвертичного периода, связаны с колебаниями инсоляции, но последние действуют не непосредственно, не сами по себе, а лишь через оледенение. Не будь ледников, климатическое влияние изменений инсоляции было бы малозаметным.
Системный анализ колебаний оледенения и климата. Ледниковая теория (или теория колебаний оледенения и климата) развивается также и в связи с успехами прикладной математики и вычислительной техники, с применением быстродействующих электронных вычислительных машин (ЭВМ). Методы теории систем управления позволили составить математическую модель динамики системы "Земная поверхность - Атмосфера", т. е. показать изменения в этой системе, вызванные взаимодействиями внутри нее.
На первых этапах исследования математическое моделирование подтвердило возможность автоколебаний в системе без какого-либо участия внешних воздействий, было так же показано, что последние лишь изменяют продолжительность циклов и амплитуду колебаний[46]. В дальнейшем в ходе исследований, проводившихся в Тихоокеанском институте географии Дальневосточного научного центра АН СССР во Владивостоке, было проведено моделирование системы с учетом реально существующих внешних воздействий - колебаний инсоляции и повышения суши[47].
Рассматриваемая система - атмосфера с подстилающей ее земной поверхностью - включает ледники, морские льды, океан и сушу. Климатическое значение суши в этой системе относительно невелико из-за небольшой ее теплоемкости и средней величины альбедо. Наибольшим альбедо обладает снег, отражающий 80 % падающей солнечной энергии, а наименьшим - вода, альбедо которой не превышает 10 %. Поэтому снег и лед нагреваются солнечными лучами очень мало. Наибольшим аккумулятором тепла является океан. Альбедо суши - 20-30 %.
Систему "Земная поверхность - Атмосфера" будем в дальнейшем называть, следуя Сергиным, системой "Ледники - Океан - Атмосфера". Первые два ее звена обладают большой тепловой инерцией, что оказывается очень важным для динамики всей системы. Вода имеет самую большую теплоемкость - 1 кал/г на 1 °C, она медленно нагревается и также медленно остывает. Ледники - холодильники планеты; на таяние 1 г льда нужно затратить 80 кал тепла, и пока лед не растаял, температура талой воды не поднимается выше 0 °C, а масса покровных ледников огромна (вспомним, что она равна 60 - 80-метровому слою воды, разлитому равномерно по поверхности Мирового океана, - 360 млн. км2). Через атмосферу же происходит основной обмен теплом.
Пользуясь методами теории систем управления, была составлена функциональная схема системы "Ледники - Океан - Атмосфера". Эта схема дает понятие о замкнутой цепи взаимосвязей, возникающих под действием постоянного источника энергии вне системы - солнечного тепла. Она затем заменяется так называемой операторной схемой, в которой для каждой связи между величинами подбирается математическая зависимость. Их совокупность представляет собой систему дифференциальных уравнений, решение которой в численном виде производится на ЭВМ; Полученный результат показывает ход изменений во времени всех входящих в систему величин.
Функциональная схема системы "Ледники - Океан - Атмосфера" (по В. Я. и С. Я. Сергиным)
Схема показывает, как влияют друг на друга учитываемые ею величины. Например, испарение зависит от температуры и интенсивности атмосферной циркуляции. Испарение, в свою очередь, определяет осадки и облачность, которые, изменяясь, влияют на температуру через изменение притока к земной поверхности солнечной энергии, и т. д.
Операторные схемы были составлены отдельно для северного и южного полушарий, а затем соединены в общую схему для всего земного шара. Раздельный их анализ показал, что в то время как для северного полушария взаимодействия в системе приводят к автоколебаниям, для южного полушария устанавливается стационарный (или апериодический) режим. Рост покровного оледенения на полярном материке автоколебаний не вызывает (Антарктический ледяной лишай - лишай локализованный стационарный, по Гернету). Автоколебания в системе для Земли в целом обеспечиваются за счет северного полушария, где разрастались покровные ледники собственно-материкового типа. В глобальную операторную схему были включены и внешние воздействия - колебания инсоляции и повышение суши. В результате был получен ход колебаний во времени объема ледников в северном и южном полушариях, средней годовой температуры для полушарий и других величин, характеризующих изменения климата.
Смоделированный ход колебаний гляциоклиматических характеристик не претендует на близкое совпадение с действительным ходом соответствующих величин. Модель системы "Ледники - Океан - Атмосфера" пока еще несовершенна. Но все же полученные с ее помощью результаты весьма интересны. Из взаимодействующих между собой в природной системе сил и достоверно установленных внешних влияний ход изменений оказался в общих чертах подобным тому, каким он представляется (по доступным науке данным) за последние несколько сотен тысяч лет.
Продолжительность циклов (от максимума или минимума предыдущего оледенения до максимума или минимума последующего) в модели имеет тот же порядок (от 40 до 80 тыс. лет, чаще 50-70 тыс. лет), какой известен по палеогеографическим данным. Так же сходны по порядку величин амплитуды колебаний. Отклонения температуры в сторону похолодания (в ледниковья) больше, чем в сторону потепления. (Мы живем в одно из межледниковий, и современная температура лишь немногим ниже, чем она была в самые теплые стадии.) В северном полушарии амплитуда температуры в два с лишним раза больше, чем в южном (до 20° против 8°), в соответствии с большими здесь колебаниями объема льдов (от 2 до 20 и более млн. км3, т. е. более чем в 10 раз, против 20-30 млн. км3, т. е. менее чем в 2 раза, в южном полушарии). Колебания температуры в обоих полушариях синхронны и определяются главным образом событиями в северном полушарии. Синхронно с колебаниями объема льдов изменяется и разность значений температуры между экватором и полюсом: она увеличивается в ледниковья и уменьшается в межледниковья. Колебания уровня Мирового океана также соответствуют колебаниям оледенения в северном полушарии. Уровень моря показывает тенденцию к неуклонному понижению в связи с продолжающимся и в плейстоцене повышением суши.
Колебания климата и оледенения, полученные В. Я. и С. Я. Сергиными при математическом моделировании динамики системы "Ледники - Океан - Атмосфера", 1978 г.
Средняя температура (°С) северного полушария - tс; средняя температура (°С) южного полушария - tю; объем ледников (в млн. км3) в северном полушарии - Vс; объем ледников (в млн. км3) в южном полушарии - Vю; уровень океана (в м) - h. Все величины приведены в отклонениях от современных. Начало шкалы времени условное, т. е. за начало отсчета времени принят какой-то произвольный момент в прошлом. Колебания уровня океана происходят на фоне неуклонного его понижения, что объясняется повышением суши, продолжающимся с третичного времени. Помимо внутренних взаимодействий, моделирование учитывает и внешние влияния - колебания инсоляции по астрономическим причинам и повышение суши тектоническими силами, обусловленными процессами в недрах Земли.
На модели, кроме того, выясняются некоторые особенности хода событий гляциоклиматической истории плейстоцена, остававшиеся неясными по палеогеографическим данным. Так, изменение температуры отстает от изменения массы льда. Минимум температуры наступает после максимума оледенения уже в ходе его отступания, а максимум температуры - после минимума оледенения, когда оно начинает уже разрастаться. Отставание это измеряется 2-3 тыс. лет[48]. Этот результат полностью отвечает представлениям Гернета: охлаждение вызывается оледенением, а изменения последнего определяются балансом массы льда, который зависит от испарения с океана и осадков. Это отставание подтверждается и палеогеографическими данными для последнего оледенения с максимумом 18 тыс. лет тому назад. Относительно соответствия колебаний оледенения на полушариях сколько-нибудь надежных данных нет, но моделирование (см. рис. на с. 139) показывает, что эти колебания в северном и южном полушариях не совпадают по фазе. Наибольший размер покровного оледенения Антарктиды наступает нередко задолго до максимума оледенения в северном полушарии. Это можно объяснить тем, что увеличение осадков, приносимых с теплого океана, раньше сказывается на улучшении питания Антарктиды, а потом уже - на ледниках северного полушария. Разным по результатам моделирования оказывается и продолжительность гребней и впадин волны колебаний оледенения на полушариях. Для северного полушария характерные острые пики максимумов оледенения и относительно продолжительные межледниковья. Последнее подтверждается и палеогеографическими данными. Оледенение же Антарктиды изменяется по пологой кривой; продолжительность существования Антарктического покрова в несколько большем или несколько меньшем объеме почти одинакова.
Таким образом, особенности эволюции оледенения в северном и южном полушариях, полученные моделированием, во многом соответствуют имеющимся данным, частью же указывают на неизвестные до сего времени черты. Для их подтверждения нужны дальнейшие исследования. Но общее соответствие палеогеографическим реконструкциям хода событий по модели заставляет внимательно отнестись и к выводам, пока не подтвержденным другими данными.
Весьма интересен и результат моделирования перехода от плиоцена, в течение которого наблюдалось постепенное похолодание, к плейстоцену, когда на общем фоне похолодания начались резкие циклические колебания климата. Известно, что покровное оледенение Антарктиды существует более 10 млн. лет, покровное оледенение Гренландии - не менее 2 млн. лет, тогда как собственно материковые покровные ледники надвинулись на равнины Северной Америки и северо-востока Евразии лишь приблизительно 700 тыс. лет назад и с тех пор их наступания и отступания вызывали чередование ледниковых и межледниковых эпох. Моделирование хорошо воспроизводит эту последовательность событий. При постепенном включении в операторную схему роста оледенения в северном полушарии гляциоклиматические колебания начинаются лишь после разрастания собственно-материковых покровных ледников.
Наступания и отступания края покровных ледников последней ледниковой эпохи, восстановленные по следам оледенения и абсолютным датировкам (по Р. Гоулдвейту и др., 1965; по Л. Р. Серебрянному, 1971)
Графики движения южного края ледяных покровов по характеру колебаний их и продолжительности подобны полученным математическим моделированием.
Математическая модель колебаний климата и оледенения не потребовала привлечения каких-либо новых гипотез о причинах, их вызвавших. При составлении функциональной схемы системы "Ледники - Океан - Атмосфера" и решении с помощью ЭВМ уравнений, представленных в виде операторной схемы, были использованы существующие в природе физические зависимости. Вопрос о причинах больших ледниково-межледниковых колебаний, характерных для последнего миллиона лет истории Земли, рассмотрен объективно с учетом всех факторов, влияние которых можно предполагать существенным. Отбор этих факторов был сделан на основании предварительного анализа, а насколько этот отбор оказался правильным, показывает результат. Ход событий в модели системы "Ледники - Океан - Атмосфера" оказался в общих чертах подобным наблюдавшемуся по имеющимся данным.
Выполненная работа не завершение, а лишь начало исследований, практической задачей которых является прогноз будущих изменений климата, причем прогноз не в общей форме, который можно дать уже сейчас (и который еще в 1930 г. высказал Е. С. Гернет): мы живем в очередную межледниковую эпоху, за которой после достаточного повышения температуры Мирового океана, увеличения испарения и осадков последует наступление ледников и следующая ледниковая эпоха. Нужен прогноз более определенный: когда это будет и как повлияет на ход гляциоклиматических событий хозяйственная деятельность человека. Все увеличивающееся выделение тепловой энергии от сжигания минерального топлива (нефти, газа) и другие изменения окружающей среды заставляют предполагать возможность быстрого повышения температуры на всей поверхности Земли. Модель системы "Ледники - Океан - Атмосфера" должна дать ответ, что произойдет, если температура повысится к такому-то году на столько-то градусов. Но пока модель еще недостаточно совершенна. Проверка ее качества может быть сделана по ее пригодности для реконструкции прошлого. Полученная на модели продолжительность циклов и амплитуда колебаний должны совпадать с таковыми по имеющимся геологическим и палеогеографическим данным, пока же мы имеем лишь качественное подобие и близкие по порядку величины.
Изменения характера колебаний климата и оледенения при переходе от плиоцена к плейстоцену, полученные математическим моделированием.
Амплитуда колебаний температуры (tс) и объема ледников (Vс) в северном полушарии резко увеличивается со времени образования в начале плейстоцена собственно-материковых покровных ледников
Колебания средней годовой температуры в Центральной Европе за последние 60 млн. лет (по П. Вольдштедту, 1954)
Масштаб времени для плейстоцена (последний миллион лет) увеличен в 4 раза. Кривая построена по палеоботаническим данным. Она подтверждает резкое увеличение амплитуды колебаний температуры в плейстоцене, полученное математическим моделированием.
Колебания объема ледников в северном полушарии получились на модели несколько заниженными по сравнению с тем, что известно по палеогеографическим данным. Это может быть связано с недостаточным учетом растекания льда и увеличения площади абляции (ускоряющей деградацию) собственно-материковых покровных ледников. Может быть, не введены в расчет некоторые факторы, например увеличение в межледниковья слоя распресненных вод в полярных морях и сокращение его в ледниковья, что облегчает замерзание морей при переходе от межледниковых эпох к ледниковым и способствует временным похолоданиям на фоне общего потепления и отступания ледников.
Все величины, полученные математическим моделированием, дают средние значения для каждого полушария (северного и южного), но как они будут различаться от места к месту, остается неизвестным. В действительности в низких широтах, например, амплитуду колебаний температуры от теплых периодов (межледниковых) к холодным (ледниковым) можно принять равной нескольким градусам, в умеренных же и высоких широтах - 10-20° и больше. В приатлантических районах северного полушария изменения всей природной обстановки были значительно большими, чем в притихоокеанских. Но для моделирования все исходные величины были взяты как средние для полушарий, оно велось в "сосредоточенных" параметрах. Чтобы получить различия по широте и долготе и вообще более детальную картину, нужно было бы использовать "распределенные" параметры (т. е. разные значения температуры, испарения, осадков и пр. по участкам земной поверхности). Но это сопряжено с огромными математическими трудностями и представляется делом будущего.
Таким образом, ледниковая теория, логические основы которой дал Гернет, успешно развивается. Его идея автоколебаний климата и оледенения как основной причины чередования ледниковых и межледниковых эпох подтверждается математической моделью системы "Ледники - Океан - Атмосфера", которая соответствует действительному ходу событий в прошлом. Как основная идея, предложенная впервые в нашей стране, так и ее дальнейшее развитие на современном научном уровне ведутся советскими учеными. За рубежом также высказывались мысли о целесообразности применения для решения вопросов о причинах ледниковых колебаний теории сложных систем[49], но пока успешное ее применение сделано в нашей стране. Вспомним, что и ледниковая теория в том смысле, что именно ледники некогда наступали на равнины умеренных широт и оставили следы в виде огромных валунов, моренных гряд и холмов, была обоснована П. А. Кропоткиным. Приоритет нашей отечественной науки в развитии ледниковой теории не вызывает сомнений.
Рекомендуемая литература
Борисов П. М. Может ли человек изменить климат. М.: Наука, 1970. 192 с.
Брукс К. Климаты прошлого. М.: Изд-во иностр. лит., 357 с.
Будыко М. И. Климат и жизнь. Д.: Гидрометеоиздат. 1971. 472 с.
Воейков А. И. Климаты земного шара, в особенности России. - Избр. соч., М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1948, т. 1, с. 162-748.
Захаров В. Ф. Мировой океан и ледниковые эпохи плейстоцена. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 64 с.
Монин А. С. История Земли. - Л.: Наука, 1977. 228 с.
Сергин В. Я., Сергин С. Я. Системный анализ проблемы больших колебаний климата и оледенения Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 279 с.
Тронов М. В. Ледники и климат. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. 407 с.
Чижов О. П. Оледенение Северной полярной области. М.: Наука, 1976. 240 с.