Перелистывая страницы сложной ледниковой истории Земли, невольно задаешься вопросом: а что же вызывало оледенения? Однозначного ответа на этот вопрос нет. Потому и существует множество гипотез, авторы которых главным образом геофизики, физики и астрономы.
Среди геофизических гипотез наиболее известны две. Одна из них тесно связана с возрождением представлений Л. Вегенера о дрейфе материков и становлением тектоники литосферных плит. В ходе своего перемещения некоторые материки занимали полярное положение и становились очагами оледенений. Гипотеза широко привлекалась для объяснения оледенения Гондваны в пермско-каменноугольное время. Однако она не раскрывает причины позднекайнозойского оледенения, когда не происходило резких изменений в положении материков. Более того, многократность оледенений в плейстоцене подтверждается и тектоникой литосферных плит. Следует, между прочим, заметить, что полярное положение вовсе не обеспечивает оптимальных условий для развития оледенения: в этом отношении лучшие возможности имеются в горах умеренного пояса, где выпадает много снега, а летом довольно прохладно.
Другая геофизическая гипотеза отдает предпочтение миграции полюсов, т. е., по существу, сходна с предыдущей. По мнению американских ученых М. Юинга и У. Донна, полюсы заняли нынешнее положение в начале плейстоцена, что стимулировало развитие оледенений в северном полушарии. Установить же причины многократности последующих оледенений с позиций данной гипотезы нельзя, поскольку в плейстоцене положение полюсов мало менялось.
Далее выделяется ряд гипотез, которые исходят из изменений в положении суши и моря, а соответственно и системы морских течений. Последние играют ведущую роль в переносе тепла из экваториальных широт в полярные, и, естественно, сдвиги в системе морских течений могут привести к похолоданию в высоких широтах. В частности, предполагаемое поднятие Фарерско-Исландского порога способно преградить путь теплым атлантическим водам к северу. Такой эффект, видимо, мог сказаться на гляциоэвстатическом понижении уровня моря в связи с развитием оледенений, но вряд ли был первопричиной оледенений.
Поднятие гор, вероятно, тоже могло стимулировать разрастание ледников, и, как отмечалось выше, связь оледенений с эпохами горообразования в общем не вызывает сомнений. Во всяком случае, временная сопряженность альпийского орогенеза и позднекайнозойского ледникового периода несомненна. Вместе с тем пока еще нет фактов, доказывающих, что неоднократность и последовательность плейстоценовых оледенений определялась чередованием поднятий и опусканий.
Немалые осложнения вызывает учет гляциоизостатических движений. Гляциоизостазия — реакция земной коры на таяние масс льда. Следующее в этой связи поднятие может достигать четверти и даже трети мощности ледникового тела. Подобным эффектом данного процесса должно быть похолодание в наиболее поднятых частях гор, где ледники способны не только сохраняться, но даже разрастаться.
Еще одна группа гипотез сопряжена с изменениями в атмосфере. Здесь особенно известна концепция колебаний в содержании углекислоты. При уменьшении доли газа в атмосфере сокращается поглощение длинноволновой радиации и происходит похолодание. Автором этой концепции был американский ученый Т. Чемберлен, разработавший ее основные принципы в конце XIX в.
Шведский ученый С. Аррениус связывал уменьшение содержания углекислоты в воздухе с ослаблением вулканической деятельности, и наоборот. В наши дни советский климатолог член-корреспондент АН СССР М. И. Будыко считает, что под влиянием растущего потребления минерального топлива атмосфера пополняется продуктами его сжигания, в том числе углекислотой, что оказывает глобальный отепляющий эффект. Тем не менее совершенно ясно, что колебаниями в содержании атмосферной углекислоты невозможно объяснить неоднократность оледенений в плейстоцене.
Вулканический пепел, попадая в атмосферу, тоже может сковывать поступление солнечной радиации, однако, несомненно, этот экран имеет скорее региональное, чем глобальное значение и вряд ли сохраняется надолго. Кроме того, наши знания об этапах вулканической деятельности в плейстоцене крайне фрагментарны.
Группа климатических гипотез исходит из того, что совсем небольшие изменения системы атмосферной циркуляции или морских течений могут иметь далеко идущие последствия, стимулируя или, наоборот, тормозя развитие оледенений. Например, известный английский палеоклиматолог Ч. Брукс утверждал, что незначительное охлаждение поверхностных вод океанов может привести к формированию ледникового покрова, соответственно возросшее альбедо поверхности льда определяет общее понижение температур. Далее происходит цепная реакция: площадь ледниковых тел расширяется, усиливается похолодание и масштабы оледенения возрастают. В этой концепции, пожалуй, самым уязвимым звеном является то, что она не может объяснить обратный процесс — сокращение масштабов оледенений. Не ясна также и первопричина, вызывающая развитие этого процесса.
Существует целый ряд гипотез, опирающихся на учет изменений астрономических показателей — эксцентриситета орбиты Земли, плоскости эклиптики и т. д. Все они так или иначе основываются на распределении солнечной радиации на поверхности Земли. Большой вклад в развитие данного направления внес югославский математик М. Миланкович, обосновавший закономерные колебания в поступлении солнечного тепла на поверхность Земли с учетом широтного положения. Эта идея была поддержана американскими исследователями Ч. Эмилиани и Дж. Гейссом, которые наряду с астрономическими факторами учитывали климат. Основная сложность состоит в том, что изменения параметров орбиты Земли тоже недостаточны для объяснения повторяемости оледенений.
К астрономическим гипотезам примыкают многочисленные концепции, предполагающие ритмичность деятельности Солнца. Хотя проявления этих ритмов неоднократно фиксировались в различных природных процессах, все же тесной статистической связи между динамикой солнечной деятельности и изменениями климата за последние столетия выявить не удалось.
Более крупные ритмы с амплитудой порядка 200 тыс. или 400 тыс. лет, выделенные английским геофизиком Дж. Симпсоном, признавались долгое время, но в связи с уточнением представлений по геохронологии плейстоцена они подверглись основательной ревизии. Во всяком случае, теперь распространено мнение, что астрономические факторы могли играть решающую роль только в тех случаях, когда одновременно проявлялось влияние земных факторов и прежде всего горообразовательных процессов.
Таким образом, причины оледенений до сих пор не раскрыты. По всей вероятности, разгадку данной проблемы надо искать в сложном взаимодействии нескольких, а возможно, и многих факторов.
Ледники и жизнь
На первый взгляд ледники совершенно несовместимы с жизнью, хотя отдельные проявления ее все же встречаются в мире белого безмолвия. Например, на моренах на поверхности кавказских ледников можно увидеть редкие травянистые растения, мхи и лишайники. Обитают там мухи, пауки и другие насекомые.
Даже на чистой поверхности льда иногда могут развиваться самые примитивные формы жизни. Микроскопические водоросли — десмидиевые, диатомовые, зеленые и синезеленые, нередко окрашенные малиновым, розовым и фиолетовым пигментами,— довольно энергично осваивают поверхностный слой льда, нарушая его кристаллическую структуру и придавая ему своеобразный цвет. Развитие низших растений, как правило, достигает оптимального уровня летом. Красноватые пятна водорослей на горных ледниках — явление не особенно редкое, причем эти организмы встречаются и на высотах около 5 тыс. м, где, по сути дела, маркируют верхний предел жизни на ледниках.
Наиболее просто устроены синезеленые водоросли, которые фактически мало зависят от окружающей среды: они переносят и сильные морозы, и обильные потоки света. На заре развития органического мира Земли, вероятно, именно синезеленые содействовали формированию атмосферы и тем самым подготовили почву для появления высших организмов. В настоящее время синезеленые сохраняются в предельно суровых условиях, которые не подходят для существования других организмов. Таким образом, на поверхности ледников, возможно, кроется один из важных ключей к разгадке тайн живой природы.