Почему наступают ледниковые периоды и когда ждать следующего?

Дрейфующие на континентах

Мы живем в довольно необычную геологическую эпоху. Это время, для которого характерна одна определяющая черта — лед. 

Читателю это может показаться неожиданным, ведь нас так тревожит глобальное потепление. Со времен Промышленной революции средняя температура постоянно росла, а особенно быстро — в последние шестьдесят лет, и этого нельзя отрицать. Однако этот скачок, вызванный человеческой деятельностью, наблюдается на фоне гораздо более крупномасштабного оледенения четвертичного периода. 

Примерно 2,6 миллиона лет назад, в начале последней геологической эпохи, Земля вступила в новый климатический режим — в череду перемежающихся ледниковых периодов. Эти условия сильно сказались на условиях жизни в том мире, в котором мы сейчас живем, и на том, как мы заняли свое место в нем. 

Сейчас мы живем в межледниковый период: климат относительно теплый, ледяные шапки сокращаются, а следовательно, уровень моря повышен. Однако в среднем в последние 2,6 миллиона лет льда было гораздо больше, чем сегодня. 

Вероятно, кое-что о том, как выглядел мир во время последнего ледникового периода, мы знаем по музейным экспозициям и документальным фильмам: тогда почти все Северное полушарие покрывали огромные пласты льда, по тундрообразным пейзажам бродили косматые мамонты, их подстерегали в засаде саблезубые тигры, а одетые в шкуры первобытные люди эпохи палеолита охотились на них с копьями с каменными наконечниками. 

Однако так выглядела лишь самая последняя фаза оледенения в недавней истории нашей планеты. За последние 2,6 миллиона лет миновало от 40 до 50 ледниковых периодов, и с каждым разом они становились все продолжительнее и все холоднее. 

Более того, климат планеты в целом в четвертичный период был особенно нестабильным: он колебался между суровыми ледниковыми периодами и более теплыми межледниковыми интервалами, что вызывало периодическое расширение и уменьшение огромных ледниковых щитов. 

Заморозка длится в среднем 80 000 лет, а передышки между ледниковыми периодами — всего лишь около 15 000 лет. Каждый межледниковый период, в том числе и нынешняя эпоха голоцена, в которую мы вступили 11 700 лет назад, всего лишь краткая теплая интерлюдия между периодами морозов, которые наступают достаточно резко. 

Почему наша планета вошла в фазу таких климатических скачков, мы еще узнаем, а пока рассмотрим, какими были условия в последний ледниковый период.

Бодрящий морозец: назад в прошлое

Последний ледниковый период начался примерно 117 000 лет назад и длился около 100 000 лет, до начала нынешней межледниковой эпохи голоцена. На пике ледникового периода, с 25 000 до 22 000 лет назад, с севера на Северную Европу и Америку наползали, глуша все живое, колоссальные ледниковые щиты толщиной до 4 километров. 

Другой ледниковый щит, поменьше, накрыл Сибирь, а ледяные шапки горных цепей — Альп, Анд, Гималаев, а также гористого хребта Новой Зеландии — распространились до самого низа. Огромные ледниковые щиты и шапки захватили большие объемы воды, и уровень моря по всему миру упал на целых 120 метров, отчего шельфы континентов, окаймляющие большие массивы земли, тоже превратились в сушу. 

Североамериканский, Гренландский и Скандинавский ледниковые щиты дошли до самого края шельфов, а море вокруг, по всей видимости, было покрыто плавучими льдами. 

Поблизости от этих льдов стоял лютый мороз, к тому же с поверхности замерзших морей испарялось мало влаги, поэтому климат был гораздо суше. Ураганные ветры поднимали на сухих равнинах пыльные бури. Ландшафт Европы и Северной Америки в целом напоминал тундру, промерзшая почва не оттаивала круглый год (вечная мерзлота), а дальше на юг, насколько хватало глаз, тянулись сухие травянистые степи. 

Почти все деревья, растущие сегодня по всей Европе, тогда сохранялись только в изолированных уголках Средиземноморья. 

20 000 лет назад густые леса современной Центральной Европы напоминали скорее нынешнюю Северную Сибирь. С окончанием каждого ледникового периода океаны снова поднимались и заливали континентальные шельфы. Установившийся межледниковый климат понемногу возвращал экосистемы на планете в широты ближе к полюсам — ледниковые щиты отступали, и условия становились мягче. В мире животных миграции — явление распространенное: птицы перелетают на зиму на юг, огромные стада диких животных прокатываются по Серенгети, словно цунами, — однако мигрируют и леса. 

Разумеется, отдельные деревья не могут сами выкорчеваться и двинуться в путь, но когда климат становится теплее, семена и молодые растения с каждым годом прорастают и сохраняются чуть дальше к северу, и со временем лес и правда марширует, прямо как в пророчестве в «Макбете». 

После последнего ледникового периода некоторые виды деревьев в Европе и Азии, по оценкам, сдвигались на север на 100 метров в год. За ними следовали животные — травоядные, которые непосредственно питались растениями, а за ними и хищники, охотившиеся на травоядных. В перерывы между повторяющимися ледниковыми периодами растения и животные растекались к северу и югу, будто живая волна. 

Ледниковые периоды бывают разной интенсивности, и межледниковые периоды тоже не все одинаковы. Последний межледниковый период, примерно 130 000–115 000 лет назад, в целом был теплее нынешнего. Средняя температура была выше по меньшей мере на 2 °C, уровень моря — на 5 метров выше, а по Европе разгуливали животные, которых мы привыкли считать скорее африканскими.

Во всем виновато Солнце

В конце пятидесятых годов ХХ века рабочие, копавшие котлован на Трафальгарской площади в центре Лондона, обнаружили остатки самых разных животных — не только слонов, носорогов и бегемотов, а также львов, — сохранившиеся с предыдущего межледникового периода. 

Сегодняшние туристы, стоя в тени колонны Нельсона, прилежно делают селфи с бронзовыми статуями львов, сидящими на страже по углам. Многие ли из них понимают, что в последний межледниковый период им пришлось бы опасаться встречи с самым настоящим львом? 

Но несмотря на краткие теплые промежутки, позволявшие животным распространяться, можно сказать, что четвертичный период — это сплошной длительный ледниковый период и даже в межледниковые времена на полюсах все равно сохраняются толстые ледяные шапки. 

Поговорим о том, какие события и процессы недавней истории планеты Земля привели к такому холоду и таким колебаниям климата. Оказывается, периодические ледниковые периоды имеют космические причины: их можно объяснить переменами наклона земной оси относительно Солнца и положением нашей планеты на орбите. Небесная механика 

Если бы Земля вращалась вокруг своей оси совершенно прямо, не было бы времен года. Именно наклон земной оси определяет, что полгода Северное полушарие получает больше тепла, чем его южный собрат, поскольку подставлено Солнцу, которое, как нам кажется, стоит выше в небе, потому как его лучи падают на поверхность «прямее», и это называется лето. В другие полгода все наоборот — на севере зима, а на юге, соответственно, лето. 

Кроме того, Земля вращается вокруг Солнца не по круглой орбите, а по несколько вытянутой — по эллипсу. На протяжении года Земля один раз проходит на орбите точку, где она немного ближе к Солнцу, а через полгода — точку, где она немного дальше (Прим.: В наши дни лето в Северном полушарии приходится на время, когда Земля отстоит дальше от Солнца на эллиптической орбите.). 

На самом деле все еще запутаннее: эти особенности нашего мира и его орбиты меняются со временем под влиянием гравитации других планет Солнечной системы, особенно гиганта Юпитера. Космические условия существования Земли меняются под воздействием трех главнейших факторов, и они и составляют набор небесных циклов.

Во-первых, наша орбита становится то более круглой, то более вытянутой, и это происходит в течение примерно 100 000 лет — это цикл эксцентриситета. 

Во-вторых, примерно за 41 000 лет наклон Земли относительно Солнца колеблется между 22,2° и 24,5°, что попеременно то подставляет полюса под солнечные лучи, то прячет от них. Этот наклон сильно влияет на выраженность времен года, поэтому даже крошечные изменения угла означают, что Арктика летом получает немного больше или немного меньше тепла.

А третий, самый короткий цикл, — цикл в 26 000 лет, на протяжении которых ось планеты описывает круг, будто пошатнувшийся волчок: это называется прецессией. 

Прецессия обеспечивает смену времен года, когда Северное и Южное полушарие наклоняются к Солнцу (поэтому ее еще называли «предварение равноденствий»). Сейчас Северный полюс совершенно случайно указывает на Полярную звезду, что делает ее крайне полезной для навигации, однако пройдет еще примерно 12 000 лет, и вращение наклонной земной оси сместит полюс к другой северной звезде, Веге, а лето в Северном полушарии будет приходиться на нынешний декабрь.

Поэтому климат на Земле определяется удлинением орбиты, а также наклоном и вращением оси нашей планеты, которые подвержены циклическим изменениям. Эти периодические колебания и называются циклами Миланковича, о которых я упоминал в предыдущей главе, — в честь сербского ученого, который первым разобрался, как эти космические периоды меняют земной климат. 

Циклы Миланковича в целом не снижают общее количество солнечного света, попадающего на поверхность Земли за год ее обращения по орбите, они влияют лишь на распределение солнечного тепла между Северным и Южным полушарием, а следовательно, на выраженность времен года.

Коварство прохладного арктического лета

Как ни парадоксально, главный катализатор ледниковых периодов — не холод в Арктике зимой, а прохладное лето. Если на севере лето много лет подряд выдается холодным, снега, выпавшие за зиму, не успевают полностью растаять и начинают накапливаться с годами. 

Кроме того, прохладное арктическое лето зачастую сулит более теплую зиму, а это также приводит к наращиванию ледниковых щитов: теплые моря испаряют больше влаги, что вызывает обильные снегопады. Эксцентриситет земной орбиты усиливает влияние направления земной оси в ходе ее прецессии. Например, когда эти два цикла резонируют друг с другом, так что точка на нашей орбите, когда Северный полюс подставлен Солнцу, совпадает с самой дальней от Солнца точкой эллиптической орбиты, лета в Арктике будут особенно холодными. 

В результате наросший за зиму лед не полностью тает и начинает накапливаться. Планета входит в очередной ледниковый период. Побелевшая Земля застывает в этом состоянии: она отражает большую часть солнечного тепла, пока ритмы циклов Миланковича не создадут положение, при котором север получит больше тепла, и тогда ледяной покров растает и снова отступит. 

Таяние в конце ледникового периода всегда происходит гораздо быстрее, чем замерзание в начале. Когда циклы Миланковича снова разогревают Северное полушарие, океан высвобождает больше углекислого газа и водяного пара; и то и другое — парниковые газы, так что они способствуют потеплению. Кроме того, при повышении уровня моря подтаивают края ледниковых щитов, отчего увеличивается площадь поверхности моря и суши, от которой солнечные лучи не отражаются, в отличие от белоснежного льда. Поэтому ритм ледниковых периодов состоит из медленного входа в замерзшее состояние и быстрого оттаивания. 

С начала нынешней эпохи перемежающихся морозов ритм наступления ледниковых периодов следовал циклу Миланковича в 41 000 лет — циклу наклона земной оси, — однако по не вполне ясным причинам примерно миллион лет назад колебания стали медленнее, но сильнее в соответствии со стотысячелетним циклом эксцентриситета Земли — увеличением эллиптичности нашей орбиты. 

Ледниковые периоды зашагали под другой барабан — барабан, который бьет реже, но громче. Каждый следующий ледниковый период становился все суровее и дольше: крупнейшие ледниковые щиты с Северного полюса покрыли всю сушу Евразийского и Североамериканского континентов и не успели до конца растаять даже за межледниковые теплые периоды (антарктическая ледяная шапка тоже понемногу тает, но гораздо меньше). 

Так что астрологи правы — просто правы они не в том, в чем считают себя правыми. Движение планет по небесам не определяет ни характера, ни удачливости человека, но их гравитационное воздействие на наш мир все-таки оказывает влияние на гораздо более глубокие процессы — на климат Земли как таковой. 

Небесная механика, регулирующая пульсацию ледниковых периодов в последние несколько миллионов лет, вполне проста. Однако тонкие эффекты циклов Миланковича лишь способствуют колебаниям между ледниковыми периодами и межледниковыми фазами в климате Земли в те моменты, когда мировой климат уже завис в шатком равновесии на грани очередного оледенения. Так что остается более масштабный вопрос: что же создает условия для оледенения?

_{Из книги Льюиса Дартнелла «Происхождение. Как Земля создала нас». М: АСТ, 2022 г.}