океана на 85–120 м и образованию соответствующих террас на берегах морей и океанов (рис. 17.1). Такие террасы были изуче- ны еще в конце XIX в. в Средиземноморье (Калабрийские, затем предгюнцские Сицилийские, гюнц-миндельские Милацские, мин- дельрисские Тирренские, Риссвюрмские Монастирские и самые низкие Фландрские, или Ниццские), а затем и во многих других районах мира.

Рис. 17.2. Изотопная температура за последние 5,5 млн лет, полученная на основании глубоководных бурений дна океана

и предложил объяснять колебания климата в плейстоцене коле- баниями наклона экватора Земли к плоскости ее орбиты, а также элементов земной орбиты, а именно – произведения е·sinπ, где е – эксцентриситет орбиты, а π – долгота перигелия, то есть самой близкой к Солнцу точки орбиты, отсчитываемой от точки весенне- го равноденствия. Колебания величины e·sinπ не меняют получае- мой Землею в целом годичной суммы солнечного тепла, но могут приводить к изменениям распределения этого тепла по широтам и сезонам года, а потому могут сказываться на климате. Рост влия- ния циклов Миланковича с периодами 41 и 100 тыс. лет, которые связаны с динамикой эксцентриситета и наклона земной оси, на колебания температуры показан на рис. 17.2. Суммарный ряд изо- топных температур получен по данным бурения дна океана и льда на станции Восток в Антарктиде [24]. Как видно из рисунка, за по- следние 5 млн лет при постепенном снижении температуры силь- но росло влияние циклов Миланковича (на рисунке хорошо видны 100-тысячелетние и наложенные на них 41-тысячелетние циклы) благодаря чему при общем снижении температуры росла амплиту- да ее колебаний.

Более наглядно колебания изотопной температуры только за четвертичный период (2 млн лет) по данным бурения на дно Тихо- го океана и их эффективная аппроксимация циклами Миланковича показаны на рис. 17.3 слева. Из сопоставления верхнего и нижнего графиков рис. 17.3 (слева) следует, что колебания температуры в чет- вертичный период можно достаточно надежно объяснить колебани- ями астрономических факторов климата. Из правой части рис. 17.3 следует, что минимумы циклической функции Миланковича (сумма трех гармоник: 26, 41 и 100 тыс. лет) довольно точно совпадают с максимумами оледенений [31]. Влияние циклов Миланковича на

Рис. 17.3. Слева графики сверху вниз: изотопная температура по данным бурения в Тихом океане, 100-тысячелетняя гармоника эксцентриситета орбиты Земли, 41-тысячелетняя гармоника наклона земной оси, сумма двух гармоник

(100 и 41 тыс. лет). Справа графики сверху вниз: прецессия (период 26 тыс. лет), наклон земной оси, эксцентриситет, сумма этих трех факторов, температура (серые полосы – оледенения)

глобальную температуру особенно сказывается при оледенениях, в несколько раз больше, чем при потеплениях, за счет увеличения альбедо и уменьшения водяного пара.

Наличие обратных связей приводит к тому, что изменение тем- пературы в высоких широтах, если там есть оледенение, намного превышает изменение температуры в низких и увеличивается гра- диент экватор–полюс, как показано на рис. 17.4. В теплые же эпохи, наподобие мезозоя, градиент температуры между экватором и полю- сом составлял всего около 15–20 °С. В холодные эпохи, наподобие современной, когда возникало оледенение (сначала в приполярных регионах, распространяясь в сторону низких широт со временем), температура в приполярных регионах опускалась значительно силь- нее чем на экваторе, на несколько десятков градусов, в то время как на экваторе изменения составляли всего несколько градусов, то есть

ТЭ < ТП. В результате градиент температуры между

экватором и полюсами увеличивался до 40–60 °С [18, 19]. Совпадение циклов Миланковича с динамикой

плейстоценово- го климата было неоднократно продемонстрировано для самых

раз- ных областей Северного полушария. Однако расчеты показывают, что изменения инсоляции могут повысить или понизить среднюю температуру планеты максимум на доли

градуса, в то время как для возникновения или распада ледника

Рис. 17.4. Градиенты температур между полюсом и экватором в теплые и холодные эпохи

Факторы Миланковича могут сыграть роль спускового крючка при зарождении ледника, но совершенно непонятно, как они могут его остановить [28].

Наиболее убедительно на этот вопрос отвечает модель, пред- ложенная в 1956г. американскими геофизиками Морисом Юингом и Уильямом Донном, хотя споры о ее правомерности идут уже бо- лее полувека. Главной причиной наступления ледника в этой мо- дели выступают не низкие температуры, а обилие осадков. Время роста ледников – это время максимального прогрева Северного Ле- довитого океана. Освобождаясь ото льдов, он начинает отправлять в атмосферу огромное количество воды, основная часть которой выпадает в виде снега на приполярные области суши. Из этого сне- га и рождается ледник. Дальше все идет по уже известной схеме: растущий ледник повышает альбедо Земли, над ним и в прилега- ющих к нему областях становится все холоднее, все больше влаги переходит из воздуха в ледник, и он растет дальше. Но, высасывая влагу из Мирового океана, ледник понижает его уровень, что при- водит к тому, что Гольфстрим уже не может прорваться из Атлан- тики в полярные моря. Лишенный теплой подпитки и окруженный огромным ледяным полем, Северный Ледовитый океан в какой-то момент покрывается сплошными, нетающими льдами. И ледник на- чинает сжиматься: замерзший океан уже не питает его снегом, а над ним самим, именно из-за его высокого альбедо, к этому времени уже устанавливается постоянный антициклон. По мере таяния, точ- нее, сублимации или сухого испарения ледника уровень Мирового океана повышается, Гольфстрим проникает в Арктику, полярные воды освобождаются ото льда, и цикл начинается сначала. Иссле- дования донных отложений Атлантики показали, что Гольфстрим в самом деле то усиливался, то исчезал, причем эти максимумы и

минимумы приходятся именно на те периоды ледникового цикла, где им полагается быть по теории Юинга–Донна. К тому же эта тео- рия, наконец, объяснила давно известный парадокс: самые мощные и продвинутые к югу ледники имели место в окруженной морями Европе, в то время как в куда более холодной, но и сухой Восточной Сибири сплошного ледяного панциря не возникало вовсе.

По другой гипотезе [2, 16], механизм может быть и противо- положным: крупные оледенения, увеличивая контраст между эква- ториальными и приполярными областями, усиливают перемещение водных и воздушных масс, а это усиливает прогрев полярных об- ластей. К тому же связывание огромных масс воды в виде матери- ковых льдов приводит к падению уровня Мирового океана и обна- жению континентальных шельфов, откуда в атмосферу возвраща- ется огромное количество метана, запасенного в глубинных водах и осадках в виде газогидрата. Метан резко усиливает парниковый эффект, и ледник начинает таять.

На рис. 17.5 приведены изменения орбитальных характери- стик Земли, инсоляции и изотопной температуры за последние

140 тыс. лет, которые позволяют наглядно продемонстрировать климатическую значимость радиационных эффектов [20]. В левой части рис. 17.5 показаны орбитальные параметры для трех разных дат четвертичного периода: 126 тыс. лет назад, 6 тыс. лет назад и со- временное состояние, где AE, VE – положения осеннего и весеннего равноденствия, WS, SS – зимнего и летнего солнцестояния, ε – на- клон земной оси, е – эксцентриситет орбиты, ω – долгота перигелия по отношению к моменту весеннего равноденствия (координата, определяющая положение Земли на орбите при максимальном ее приближении к Солнцу), и е·cosω – климатическая прецессия. Ради- ационная ситуация 126 тыс. лет назад, когда наблюдался максимум температуры после которого она

Северного полушария (рис. 17.5, справа) была на 10–15 Вт/м2 выше современной и именно она и определила рост глобальной темпера- туры, хотя зимняя инсоляция и была ниже современной. При совре- менном состоянии перигелий орбиты приходится на зиму,

оледенения: 90, 65 и особенно 23–25 тыс. лет назад, когда имела место продолжительная отрицательная аномалия инсоляции летом, а также ее некоторое уменьшение и зимой. При этом во всех случаях перед стадиями оледенений отрицательная аномалия имела место летом и больше проявлялась в высоких широтах. При потеплени- ях положительные аномалии инсоляции приходились на лето, но их наибольшие значения относились обычно к средним широтам. Поэ- тому более холодные лета и теплые зимы будут способствовать ро- сту ледников и за длительное время в несколько тысячелетий могут привести к развитию ледниковой эпохи.

Чередование ледниковых и межледниковых периодов можно наглядно продемонстрировать и на данных изотопной температу- ры и некоторых парниковых газов из ледяных кернов, полученных бурением в Антарктиде, как показано на рис. 17.6. На графиках рис. 17.6 приведены вариации изотопных температур и углекислого газа за последние 400 и 800 тыс. лет по данным ледяных кернов Антарктиды (станция Восток) и на основе результатов бурения на дно Атлантического океана за последние 160 тыс. лет. Все графики демонстрируют чередование теплых и ледниковых периодов, при- чем теплые периоды имели место 420, 320, 235, 130, 10 тыс. лет назад, их продолжительность была небольшой (10–20 тыс. лет) и интервалы между ними составляли 90–120 тыс. лет. Причем, пери- оды потеплений этих стотысячелетних циклов были относительно быстрыми в несколько тысяч лет, а периоды похолоданий – очень продолжительными и неоднородными. Неоднородность связана с тем, что на ветви падения имеют место большие вариации темпе- ратуры, которые дают отдельные потепления. Сами же минимумы температур также непродолжительны. Второй главный вывод из со-

поставления колебаний температур и СО2 в прошлом состоит в

том, что максимумы температур имеют место раньше максимумов

СО2

на несколько тысяч лет.

17.2.Последний ледниковый период

ипереход к голоцену

Последние оледенения четвертичного периода изучены наибо- лее детально. Максимальное оледенение в плейстоцене (Рисс-Заа- ле-Днепровское-Иллинойс) превосходило современное оледенение втрое и покрывало 30 % площади суши, или 45 млн км2, из них

13,9 млн км2 составляла Антарктида, 13,14 млн км2 –

Рис. 17.6. Вариации температуры воздуха и СО2 по палеореконструкциям

ледниковый щит в Канаде, 5,76 млн км2 – Европейский ледниковый щит, от 4,3 до 2,7 млн км2 – Урало-Сибирский ледниковый покров, 2,6 млн км2 – оледенение Кордильер, 2,16 млн км2 – Гренландия, 2,25 млн км2 – горы Евразии, 0,7 млн км2 – горы южного полушария.

Это составляло 25 % площади современной Евразии, 60 % Северной Америки и 110 % Антарктиды; в Северном полушарии площадь оле- денения превышала современную в 13 раз. Ледовый покров океана превышал современный в 1,5 раза и занимал 4 % площади океана, или 25 млн км2.

Всего льдом было покрыто 14 % поверхности Земли, вдвое больше, чем теперь. Ледниковые щиты достигали в Европе 48°30’, а в Северной Америке 37° широты. Карта максимального распро- странения льдов в Северном полушарии приведена на рис. 17.7 сле- ва. На рис. 17.7 справа также показаны южные границы

ледникового щита опуска- лась далеко вниз по Днепру, а другая почти полностью заполняла междуречье между Доном и Волгой), Московской (3) и Валдай- ской (4) на территории Восточной Европы [26, 27].

На рис. 17.7 слева цифрами обозначены (по К.К. Маркову): 1 – плавающие льды (современное состояние); 2 – распространение плавающих льдов около 10 тыс. лет назад; 3 – современное оледене- ние; 4 – максимальное оледенение; 5 – горное оледенение; 6 – юж- ная граница вечной мерзлоты.

Детальная структура колебаний климата во время последне- го ледникового периода ярко иллюстрируется приведенным на

рис. 17.8 профилем изотопного отношения кислорода δO18 в уни- кальной 1390-метровой колонке льда, выбуренной в 1966 г. в севе-

ро-западной части Гренландского ледникового щита у Кемп Сенчу- ри к востоку от Туле и достигшей скального ложа.

Висконсинский ледниковый период.

Рис. 17.8 показывает, что межледниковье состояло из трех ста- дий (по американской терминологии – Барбадос I, II, III), прерывав- шихся кратковременными похолоданиями [22]. В раннем Висконси- не, начавшемся около 75 тыс. лет тому назад, происходили резкие колебания климата с тремя потеплениями (в

Европе называвшими- ся Амерсфурт, Брёруп и Оддераде); этот

Рис. 17.7. Максимальное распространение льдов в плейстоцене в Северном полушарии (слева) и границы четырех оледенений (справа)