Гипотезы о причинах всемирных оледенений

Какие же причины вызывали и вызывают глобальные перемены климата? Ответ на этот вопрос имеет принципиальное значение для понимания перспектив перемен климат в будущем.

В настоящее время однозначных ответов на данный вопрос нет, хотя вероятных версий происшедшего предложено много. Все гипотезы можно условно разделить на две группы.

К первой относятся гипотезы, предполагающие, что глобальные похолодания климата на нашей планете были вызваны причинами внешними - космическими.

Согласно одной из них, причина глобального похолодания климата является уменьшение светимости Солнца. Как изменялась светимость Солнца и величина солнечной постоянной в прошлом? Что ждет Солнце и человечество в будущем? Не следует ли опасаться резкого уменьшения светимости Солнца? На эти вопросы исчерпывающих и доказательных ответов современная наука не дает.

Еще одна гипотеза связывает глобальные похолодания климата на нашей планете с изменением прозрачности межпланетного пространства на пути распространения солнечной радиации к Земле.

В настоящее время в космосе обнаружены туманности, при попадании в которые Солнечной системы, либо всей нашей Галактики, рассматриваемое явление действительно могло бы произойти. Примерно понятно расположение и траектория солнечной системы относительно центра нашей галактики Млечный путь. Однако на этой траектории туманностей, позволяющих на миллионы лет понизить прозрачность космического пространства между Землей и Солнцем, пока не обнаружено.

Наименее сомнительной представляется гипотеза, объясняющая глобальные похолодания климат на нашей планете уменьшением прозрачности земной атмосферы, вызванным столкновением нашей планеты с крупными астероидами и кометами.

Столкновение нашей планеты и малых небесных тел после падения на Юпитер кометы Шумейкера -Леви в 1994 году уже не представляется невозможным. Взрывы на Юпитере, последовавшие за падением 11-ти обломков этой кометы по размерам были сопоставимы с диметром Земли, а их следы видны и до сих пор.

Исследования кратеров, сохранившихся на нашей планете, показало, что, по крайней мере, часть из них имеет астероидное происхождение. Таких кратеров только в Европе -30!. Самый большой астероидный кратер диаметром 320 км находится в Мексике на полуострове Юкатан.

Он образовался в результате столкновения с Землей астероида диаметром около 10 км, что повлекло за собой увеличение концентрации иридия в отложениях, образовавшихся в то время на всех материках нашей планеты.

Взрыв последовавший за столкновением, как предполагают, поднял в атмосферу огромное количество пыли, на долгие десятилетия понизив температуру воздуха на планете. Согласно гипотезе Альваресов, именно эта катастрофа погубила динозавров и других крупных обитателей Земли.

Возможность понижения температуры атмосферы в результате усиления ее запыленности подтверждена экспериментально. Именно такое изменение климата на протяжении нескольких лет последовало за взрывом вулкана Кракатау в Тихом океане , случившимся в конце 19 века. 

Вместе с тем установлено, что уменьшение прозрачности земной атмосферы, вызванное столкновением с астероидом длится единицы- десятки лет, а ледниковые эпохи- десятки тысяч лед (не говоря уже про ледниковые периоды- миллионы - десятки миллионов лет). Поэтому само по себе изменение прозрачности атмосферы за счет усиления ее запыленности вряд ли могло поддерживать столь долгое понижение температуры на планете. Тем не менее, оно могло сработать в качестве "спускового крючка", переведя климатическую систему нашей планеты в стационарное состояние с более развитой криосферой.

Установлено, что понижение средней температуры на нашей планете на 2,5-3 градуса способно вызвать столь интенсивный рост криосферы, что этот процесс становится самоподдерживающимся. Увеличение криосферы ведет к увеличению альбедо подстилающей поверхности и дальнейшему похолоданию климата, а последнее вновь ведет к росту криосферы (замыкается положительная обратная связь). В результате этого глобальное похолодание климата становится повсеместным и необратимым.

Понижение температуры на планете, последовавшее за столкновением Земли с астероидом 65 млн. лет назад, должно было вызвать похолодание более чем на 10 градусов и не могло не запустить указанную обратную связь.

Таким образом, представляется весьма вероятным, что какие либо из всемирных оледенений были спровоцированы столкновением Земли с крупными небесными телами, которые перевели ее климатическую систему в иное стационарное состояние с более сильным развитием криосферы.

Не ясным остается другой вопрос - что же в таком случае могло в последствии вызвать межледниковую оттепель и вернуть климатическую систему планеты в "доледниковое" состояние? 

Вторая группа гипотез объясняет возникновение всемирных оледенений действием факторов внутренних – процессами, происходящими в литосфере , атмосфере и гидросфере нашей планеты.

С изменениями в литосфере связывают глобальные изменения климата гипотезы, которые можно было бы условно назвать геологическими.

Согласно одной из них, причина Ледниковых периодов и некоторых Всемирных оледенений - дрейф материков.

Установлено, что материки движутся и в промежутки времени соответствующие ледниковым периодам один из материков всегда располагается в районе полюса. Такое расположение создавало на этом материке условия благоприятные для развития криосферы, которая затем постепенно распространяется и на другие материки. 

Действительно, установлено, что на протяжении ряда межледниковых периодов (в частности - в мезозое) материки располагались вблизи экватора, а климат в среднем был более мягким и теплым. В позднекайнозойском ледниковом периоде Антарктида уверенно и незыблемо занимает свою позицию у Южного полюса, что вполне объясняет ее холодный климат.

В тоже время известно, что эпохи межледниковых оттепелей неоднократно возникали и при расположении Антарктиды у полюса (не менее девяти раз за последний миллион лет), а некоторые ледниковые эпохи происходили и при неполярном расположении материков.

Поэтому дрейф материков вряд ли можно считать главным и постоянно действующим геологическим фактором, хотя совместно с другими факторами он мог действительно "срабатывать".

Еще одна геологическая гипотеза связывает возникновение всемирных оледенений с процессами трансгрессии (поднятия) и регрессии (опускания) крупных мегаблоков земной коры.

Известно, что один из факторов обуславливающих современный климат Антарктиды - абсолютная высота этого материка.

Антарктида - самый высокий материк нашей планеты. Ее средняя высота более 2000 м, это существенно больше средней высоты Евразии (750м) и других материков.

Температура воздуха в тропосфере в среднем монотонно понижается по мере увеличения высоты над уровнем Мирового океана. Поэтому, при прочих равных условиях, климат на высокогорном материке обязан быть более холодным, чем на материке низменном.

Если бы материки испытывали трансгрессии и регрессии с периодом 100 тыс. лет, то установленная геологией периодичность смены периодов потепления и похолодания климата Земли нашла бы вполне очевидное объяснение. Но в действительности, подтверждения реальности существования такой периодичности глобальных геодинамических процессов отсутствуют.

Третья геологическая гипотеза объясняет глобальные похолодания климата на нашей планете происходящей в соответствующие периоды  времени активизацией вулканизма.

Известно, что при извержениях вулканов плинианского и пелейского типа происходят мощные взрывы; в атмосферу выбрасывается огромное количество пепла, снижающее ее прозрачность. В результате этого на обширных территориях может понизиться температура воздуха.

Подобные феномены и в самом деле отмечались при взрыве вулкана Кракатау.

Оценки показывают, что одновременное извержение нескольких вулканов, подобных Кракатау, способно вызвать понижение средней температуры воздуха на планете достаточное для начала всемирного оледенения. Поэтому предположение о том, что какие либо из ледниковых эпох были спровоцированы оживлением вулканизма, представляется весьма реалистичным.

Вместе с тем известно, что эпохи глобального похолодания далеко не всегда совпадают по времени с эпохами оживления вулканизма и других горообразовательных процессов.

Четвертая геологическая гипотеза объясняет глобальные изменения климата, имевшие место в прошлом, изменениями рельефа океанического дна, преграждающими, либо напротив - открывающими путь океаническим течениям. 

С образованием пролива Дрейка и отделением Антарктиды от Новой Зеландии принято связывать возникновение холодного Циркумполярного Антарктического течения. Это течение ныне преграждает путь теплым течениям, ранее доставлявшим теплую воду от экватора к берегам Антарктиды (что и происходило при  ее замерзании).

Наряду с геологическими, имеются и иные гипотезы. В частности, гляциологическая объясняет периодичность возникновения ледниковых эпох особенностями динамики ледникового покрова Западной Антарктиды.   

Как известно, Западная Антарктида не является материком. Это гигантский ледниковый купол, перекрывающий морской бассейн, отделенный цепью островов и мелей от Мирового океана.

Ледник Западной Антарктиды упирается в упомянутые преграды, в результате чего режим его движения ныне вязко-паластичный. При этом скорость выдвижения языка Антарктического ледника в океан не превышает нескольких сот метров в год, а количество генерируемых при этом айсбергов относительно невелико (их суммарный объем в среднем составляет приблизительно 2000 км³!).

Если в результате накопления твердых атмосферных осадков высота ледника в зоне питания увеличится настолько, что сила сцепления его нижней части с ложем окажется меньше скатывающей силы, неизбежно возникнет подвижка льда. Подобно пульсирующим ледникам гор ледниковый покров Антарктиды резко ускорит свое движение в океан.

Масса льда, выбрасываемая в океан ежегодно в виде айсбергов, многократно возрастет. За сотню другую лет океаны в Южном полушарии покроются айсбергами, что резко увеличит альбедо их поверхности и понизит ее температуру. Это способно вызвать похолодание в Южном полушарии, постепенно распространяющееся и на полушарие Северное.

С течением времени высота ледника в Западной Антарктиде неизбежно понизится и подвижка сама собой прекратится - начнется новый цикл накопления льда. Как и подвижки горных пульсирующих ледников, рассмотренный процесс на покровном леднике Западной Антарктиды может иметь период десятки тысяч лет (что способно объяснить периодичности наступления ледниковых эпох Плейстоцена).

Еще одна гипотеза объясняет причины глобального похолодания климата резкими изменениями химического состава атмосферы.

Как известно, существующий в настоящее время на Земле климатический режим во многом вызван парниковым эффектом. Если бы в атмосфере Земли не содержалось водяного пара, температура воздуха в среднем была бы на 33 градуса ниже нынешней.

К такому же эффекту могло привести резкое снижение содержания в атмосфере углекислоты, метана и других парниковых газов.

Какие же причины могли вызвать снижение концентрации в воздухе парниковых веществ?

Одна из них - уменьшение площади Мирового океана за счет увеличения его средней глубины (повсеместное и глобальное углубление рифтов). При этом сократилась бы поверхность испарения, что снизило бы концентрацию водяного пара в атмосфере.

Другая возможная причина - резкое повышение продуктивности флоры, способное снизить концентрацию углекислоты в атмосфере.

К этому же эффекту могло бы привести и увеличение диаметра Земного шара при неизменной площади Мирового океана (т.е. возрастание площадей континентов ).

Повышение концентрации в атмосфере парниковых веществ, способное вызвать завершение ледниковой эпохи, может быть вызвано - деградацией озоносферы или резким ослаблением магнитного поля Земли.

Как известно, озоновый слой - это своеобразный экран, защищающий флору и фауну нашей планеты от губительного действия жесткого ультрафиолетового излучения. Магнитосфера- защитный экран , преграждающий путь опасным для всего живого потокам частиц высокой энергии (космические лучи и солнечный ветер).

Ослабление любого из этих факторов приводит к снижению продуктивности наземной флоры, разбалансу биогеохимического круговорота углерода и, как следствие, повышению концентрации в атмосфере углекислоты. При значительном ослаблении обоих факторов наземная растительность может и вовсе погибнуть! Материки превратятся в пустыню.

Выше были рассмотрены далеко не все гипотезы о причинах глобальных перемен климата в прошлом. Их рассмотрение свидетельствует о том, что единого механизма, объясняющего все накопленные факты, может и не существовать. Проведя соответствующее расследование,  можно установить какие именно причины вызвали ту или иную ледниковую эпоху. Весьма вероятно, что в разных случаях и причины будут разные.