Жорж Блон - На суше и на море

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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