геоморфология

(вулканы Камчатки, Курильских островов, величайшие горные сооружения западного обрамления Северной и Южной Америки, вулканические постройки Трансантарктического хребта). Проявления вулканизма известны также в Средиземноморском подвижном поясе и в других районах. Под напором сближавшихся Африки и Евразии происходило смещение промежуточных микроплит: Иберии, Адрии, Тиссии, Дачии, Мезии, Понтийско-Закавказской, Центрально-Иранской, Лутской. Орогенез сопровождался усилившимся вулканизмом. Увеличение общей высоты суши инициировало возникновение областей горного оледенения, а формирование горных сооружений влияло на циркуляцию воздушных масс. Происходили изменения и

вподводном рельефе. В Северной Атлантике важное значение имели подводные и надводные вулканические и вул- кано-тектонические поднятия, образовавшие практически непрерывный барьер северо-западного простирания от Гренландии до Британских островов. Он включает Грен- ландско-Исландский порог с относительным превышением морского дна около 1000 м, вулканические постройки Исландии, Фарерско-Исландский порог с перепадом высот морского дна около 800 м, Фарерские острова и порог Уайвилла — Томсона. Эти морфоструктуры в сочетании с гляциоэвстатическими трансгрессиями и регрессиями четвертичного времени оказывали существенное влияние на направление океанических течений Атлантики и Полярного бассейна, обусловливали их изоляцию друг от друга на регрессивных фазах. Похожие обстановки возникали и

всоотношении Полярного бассейна с Тихим океаном, где периодическое осушение Берингова пролива приводило к соединению Евразии с Америкой, к формированию Берингийской суши (Берингии), по которой происходил активный обмен между континентами флорой и фауной и по которой в конце плейстоцена в Америку проникли люди. Важным событием на границе миоцена и плиоцена было соединение Северной и Южной Америк через Панамский

71

перешеек в связи с развитием Центрально-Американской островной дуги, отделившей Карибский бассейн от Атлантики. В Полярном бассейне на неотектоническом этапе (конец олигоцена, неогеновый и четвертичный периоды) вследствие пропагации Срединно-Атлантического хребта произошло раскрытие спредингового хребта Гаккеля и формирование обширных (до 1000 и более км) прилегающих к нему глубоководных котловин, ограничивших значительные пространства шельфов Баренцева и Карского морей. Северный Ледовитый океан, таким образом, приобрел свои современные очертания. За счет спрединга на неотектоническом этапе увеличились площади абиссальных котловин Атлантики и Индийского океана. В Южном полушарии одним из важнейших событий в конце олигоцена — начале миоцена было раскрытие моря Скотия, формирование пролива Дрейка, отделившего Южную Америку от Антарктиды. Это вызвало полную изоляцию Антарктиды и образование циркумполярного течения. Вдоль западной окраины Тихого океана завершилось формирование островных дуг и окраинных морей от Берингова моря (Командорские острова) до морей Полинезии и Меланезии. На границе миоцена и плиоцена сформировались современные спрединговые хребты, раскрылись проливы, соединившие Арктику с Атлантикой и Тихим океаном. Открылся Гибралтар, положивший конец «мессинскому кризису солености», образовались Аденский залив и Красное море, ограничившие Аравийскую микроплиту. Ее перемещение вызвало интенсивные поднятия в Анатолии, в Иране, на Кавказе. В западном Средиземноморье в результате рифтогенеза и последовавшего спрединга возникли Алжиро-Прованский, Тирренский бассейны. Сформировались Адриатическое и Эгейское моря, а также Панноская впадина. Все эти изменения оказывали влияние на режим воздушных и океанических течений, которые путем теплообмена во многом определяли климатические параметры суши.

72

2.2.2. Изменения климата в позднем кайнозое и краткий обзор основных гипотез, объясняющих эти изменения

Глобальные изменения климата позднего кайнозоя (конец миоцена — квартер) характеризуются сложно построенными циклами, обусловленными чередованием теплых периодов (термохронов) и холодных (криохронов). Наиболее продолжительные из этих периодов (около 1 млн лет) состоят из 5 периодов длительностью примерно 300 тыс. лет. Те, в свою очередь, делятся на еще более мелкие циклы. Контрастность климатических колебаний возрастает от экваториальных областей к высоким широтам.

Для северной перигляциальной зоны на уровне 48—50° с. ш. Восточной Европы (широты южной части Воронежской области) современный климат относится к категории умеренного (южного бореального климатического пояса со среднегодовой температурой воздуха около +9 °С). Бореальный климат — это северный климат средних широт с хорошо выраженной снежной зимой и относительно коротким теплым летом. Он формируется только в Северном полушарии и совпадает с границами распространения хвойных лесов. На севере бореальная зона граничит с тундрой, а на юге с лиственными лесами. Колебания климата этих широт, прослеженные от начала плиоцена, отражают общие тенденции его изменения для Северного полушария.

Теплый субтропический (до тропического) климат со среднегодовыми температурами от +15 до +20 °С на широтах 48—50° с. ш. Восточной Европы характеризует конец миоцена — начало плиоцена (до 5,1 млн лет назад). В Южной Европе высокие температуры сопровождаются аридизацией (иссушением) климата. В Средиземноморье это иссушение выражено двухкилометровой мессинской эвапоритовой формацией. Мессинский кризис солености (изъятие из Мирового океана около 8—10 % всех растворенных в нем солей) сопровождался резким опреснением поверхностных вод океана, увеличением площади припайных льдов в Арктическом

73

бассейне и в Антарктике. Увеличение площади льдов, в свою очередь, привело к увеличению альбедо (отраженного в космическое пространство солнечного света) и охлаждению высоких широт. Таким образом, в мессинский век климат Земли отличался весьма резкой зональной неоднородностью.

Теплый и сухой климат достаточно быстро сменяется

волной похолодания в промежутке от 5,1 до 4,6 млн лет назад, когда климат на широтах 48—50° с. ш. Восточной Европы становится умеренным и изменяется в пределах от северного бореального со среднегодовыми температурами около 0 °С до субарктического со среднегодовыми температурами около –8 °С. Холодный период состоял из трех глобальных похолоданий, разделенных слабыми потеплениями. В Европе это время господства обедненных светлохвойных лесов. Самые яркие следы глобального похолодания отмечаются в Антарктиде. Они выражены оледенением королевы Мод — максимальным за всю историю Антарктиды, когда объемы льда в 1,8 раза превосходили современные. Характерной особенностью климата была резкая климатическая асимметрия Северного и Южного полушарий. После этой волны холода произошло потепление. Однако среднегодовые температуры на широтах 48—50° с. ш. уже почти не выходили за рамки параметров умеренного климата, который изменялся от южного бореального до субтропического климатического пояса.

Самым теплым был отрезок времени от 4,4 до 3,4 млн лет назад. Он состоял из трех волн потепления, которые разделены двумя похолоданиями. В теплые периоды в Се- веро-Западной Европе и в Белоруссии существовали мезофильные леса с многочисленными теплолюбивыми экзотами. В Монголии это время широкого распространения лесов маньчжурского типа и почти полного отсутствия пустынь. Ледниковый покров Антарктиды сократился до величины не более 50 % от современного.

Интервал 3,4—2,7 млн лет назад отвечает времени формирования первых покровных ледников Северного полушария. Он включает три резкие фазы наступания ледников, ко-

74

торые разделены двумя межледниковьями. Одной из причин уникальной активизации покровного оледенения в Северном полушарии могла быть полная или частичная изоляция Полярного бассейна от Атлантики Фареро-Исландским порогом. В первую фазу (3,4 млн лет назад) ледниковые покровы охватывают Гренландию, Землю Элсмира и Баффинову Землю, формируется холодное Лабрадорское течение, несущее айсберги. В Монголии фиксируется похолодание, при котором зимние температуры впервые понижаются до –15 °С. К этому времени относится и великая акчагыльская трансгрессия Каспия. В Восточной Европе в лесной зоне с этим похолоданием связано расселение темнохвойных лесов, близких к северо-таежным, но по составу более богатых, чем современные. Позднее они сменились хвойно-широколиственными лесами с примесью реликтовых пород травянистых растений, сохранившихся с миоцена, что подчеркивает преемственность флоры раннего акчагыла от более древних неогеновых флор. В лесостепной полосе во время похолодания распространялись хвойные леса с примесью широколиственных пород, с присутствием американо-евроазиатских, а также американо-средиземноморских элементов. Последовавшая межледниковая эпоха выразилась почти полной деградацией Гренландского ледникового щита. Существенно сократился Восточно-Антарктический ледниковый щит.

Новая волна холода сформировалась 2,7—2,5 млн лет назад. При этом край Лаврентийского ледникового щита

достигал штатов Айова и Небраска. Интенсивно наступали горные ледники. Однако в последовавшую теплую эпоху (2,5—2,4 млн лет назад) ледниковые покровы почти полностью растаяли.

Поздний плиоцен (от 2,4 до 1,8 млн лет назад) характеризуется отчетливым смещением климатических параметров в сторону более сухого и прохладного климата. На широтах 48—50 °С Восточной Европы выделяются два пика похолодания до северного бореального климата (2,3 млн лет назад) и субарктического (2,1 млн лет назад), когда среднегодовые

75

температуры воздуха опускались до –8 °С. Для Северного полушария в целом отмечается крайняя неустойчивость климатических параметров. Она, вероятно, была обусловлена периодической изоляцией Полярного бассейна и противоборством холодного опресненного течения из Норвежского моря, прижимаемого к берегам Европы, с глубинным соленым встречным течением из Атлантики в Полярный бассейн.

В эоплейстоцене (1,8—0,8 млн лет назад) усиливается тенденция к похолоданию и развитию оледенений. В Западной Европе оледенение охватило Скандинавию и Северную Англию, где ледник заходил в верховье Темзы. В северо-за- падных районах Восточно-Европейской платформы в нижнем эоплейстоцене (1,8—1,3 млн лет назад) в разрезах скважин, пробуренных в древних речных долинах, отмечены морены, которые разделены осадками двух прохладных межледниковий. Климат позднего эоплейстоцена (от 1,3 до 0,8 млн лет назад) на широтах 48—50° с. ш. Восточной Европы был

вцелом более сухим и холодным, когда максимумы тепла не выходили за пределы параметров южного бореального климатического пояса со среднегодовыми температурами около +10 °С. В Центральных районах Восточно-Европейской платформы скважинами вскрыта «ликовская» морена, отражающая заключительное оледенение эоплейстоцена. Промежуток времени от 1,17 до 1,0 млн лет назад рассматривается

вкачестве важнейшего естественно-исторического рубежа, на котором произошла существенная перестройка природной среды — исчезли последние плиоценовые виды растений и животных. Виллафракский фаунистический комплекс млекопитающих сменился собственно плейстоценовыми комплексами. Основой этих изменений было значительное похолодание климата. Оледенение Северного полушария отличалось резкой асимметрией — в Северной Америке ледники достигали 41° с. ш., а в Европе не продвигались далее 55° с. ш. Оледенение вызвало и существенное понижение уровня Мирового океана (посткалабрийская регрессия), осушение Берингова пролива и шельфов сибирских морей.

76

Для неоплейстоцена отмечаются колебания климата в очень широком диапазоне. В раннем неоплейстоцене (от 800 до 380 тыс. лет назад) выделяется не менее шести пиков похолодания, когда на широте 48—50° с. ш. устанавливался субарктический и близкий к арктическому климат со среднегодовыми температурами до —10 °С. Эти пики разделялись теплыми временными интервалами южного бореального климата. На фоне климатических колебаний отчетливо проявляется общая тенденция похолодания и иссушения климата. Самый холодный промежуток времени был примерно 440—430 тыс. лет назад, а самый теплый существовал в самом начале неоплейстоцена, когда климат умеренных широт Европы был теплее и влажнее современного. Даже в Сибири на 60—62° с. ш. распространялись хвойные леса с участием широколиственных пород.

Начало среднего неоплейстоцена в интервале от 380 до 290 тыс. лет назад в целом выделяется как теплый промежуток времени, объединяющий три цикла изменения климатических параметров. Последующая часть среднего неоплейстоцена на отрезке от 290 до 130 тыс. лет назад отличалась весьма нестабильным климатом, включающим не менее пяти пиков холода. Они разделяются теплыми промежутками, оптимумы которых, однако, на широтах 48—50° с. ш. не выходили за пределы южного бореального климатического пояса.

Вначале позднего неоплейстоцена отчетливо выделяется теплый отрезок времени с оптимумом примерно на 2 °C теплее современного климата. Остальная часть позднего неоплейстоцена характеризуется резким преобладанием холодного климата. Всего выделяется до четырех в различной степени выраженных пиков холода, из которых самыми суровыми были два пика в интервале от 40 до 10 тыс. лет назад со среднегодовой температурой на широтах 48—50° с. ш. до —15 °С. В Северной Америке они отмечены максимальным по площади висконсинским оледенением.

Впозднем неоплейстоцене в северной и южной полусферах Земли сформировались симметричные криогенные шап-

77

ки с центрами у Южного и Северного полюсов. Они были образованы обширными пространствами морских льдов, областями многолетней мерзлоты на материках, а также участками покровного оледенения. Площадь северной криогенной области составляла около 66 млн км2, а южной — около 24 млн км2. Вместе они охватывали около 90 млн км2 (не менее одной пятой части всей поверхности Земли). Не только в четвертичном периоде, но и в продолжение всего кайнозоя не было столь мощной вспышки холода.

Голоцен соответствует теплому послеледниковому времени развития природы. Переход к голоцену был постепенный (около 3,5 тыс. лет), поэтому его продолжительность в разных местах изменяется от 13,5 до 10 тыс. лет. Голоцен делится на два крупных этапа — этап общего повышения среднегодовых температур (до рубежа 5—4,5 тыс. лет назад) и этап их последующего постепенного снижения. На этом фоне выделяются периоды, отличающиеся среднегодовыми температурами и уровнем влажности: пребореальный — прохладный и влажный (до рубежа около 8,5 тыс. лет назад); бореальный — более теплый и сухой (примерно до 6,5 тыс. лет назад); атлантический — оптимум голоцена, наиболее теплый и влажный (до 4,5 тыс. лет назад); суббореальный — более прохладный и сухой (до 2,5 тыс. лет назад); субатлантический — теплый и влажный. В глобальном масштабе, однако, отмечается отсутствие полной синхронности колебаний климата голоцена. Сказывается влияние местных локальных климатических условий.

Среди наиболее известных гипотез, объясняющих глобальные климатические изменения в четвертичном периоде, выделяются две группы. Первая из них объединяет «астрономические» гипотезы, а вторая — «геолого-геофи- зические». В первой группе наибольшим успехом пользуется гипотеза М. Миланковича (1913, 1915, 1920), в которой была сделана попытка графически установить хронологию ледниковых и межледниковых климатов на основе изменения величины солнечной радиации в летнее время года

78

разных северных широт (55, 60, 65°) сначала для отрезка времени в 600 тыс. лет, а затем и в 1 млн лет. Кривые Миланковича показывают до 13 различных максимумов тепла и холода, отражающих главные ледниковые и межледниковые события — 6 оледенений за период в 1 млн лет. Для объяснений изменений климата М. Миланкович привлек данные по изменению наклона земной оси и данные по изменению эксцентриситета земной орбиты. Установлено, что с периодом 40 400 лет происходит изменение наклона оси вращения Земли, с которым связано смещение тропиков и полярных кругов. Малый наклон оси способствует похолоданию и развитию ледников. Эксцентриситет орбиты периодически изменяется через каждые 91 800 лет. В результате изменяются расстояния от Земли до Солнца, что приводит к изменению количества тепла, попадающего на Землю. Интерференция этих двух периодических процессов и позволяет составить «кривые Миланковича».

Колебания величины солнечной постоянной — это второе направление в группе «астрономических» гипотез. Оледенение в четвертичном периоде могло быть вызвано понижением величины солнечной постоянной, т. е. уменьшением поступающей от Солнца на Землю энергии (Ч. Брукс, 1926). Изменения солнечной активности обладают сложной цикличностью (11-летней и более длиннопериодичной). Эта цикличность обусловливала чередование теплых и холодных эпох. Другой вариант этой гипотезы предложил Дж. Симпсон (1930). В нем, наоборот, повышение солнечной постоянной увеличивает испарение, усиливает атмосферную циркуляцию, в высоких широтах идет накопление снега и льда. Возникают и разрастаются ледники.

Гипотезы второй группы связывают оледенения с общим ходом тектонических и палеогеографических событий: с изменениями характера рельефа, эвстатическими колебаниями уровня Мирового океана, изменением направлений теплых и холодных течений, глобальной активизацией вулканизма. По концепции эвстатических колебаний (Ф. Цейнер,

79

1959), рельеф земной поверхности в неогене и квартере стал более контрастным, что привело к общему понижению уровня снеговой границы.

Изменение состава атмосферы — еще один вариант гипотез второй группы. Такое изменение связывают с активизацией вулканических выбросов пыли, водяного пара и углекислого газа. Увеличение содержания углекислого газа, в частности, способно приводить к повышению температуры за счет парникового эффекта. Увеличение запыленности атмосферы, наоборот, приводит к похолоданию климата.

У каждой из охарактеризованных гипотез есть свои сильные стороны, но ни одна из них не может до конца объяснить всех особенностей изменения климата в четвертичном периоде, что лишний раз указывает на многообразие процессов, протекающих в сложной динамической системе планеты Земля.

2.2.3. Появление и развитие Человека. Стадии развития материальной культуры

Появление и развитие Человека — это главный феномен четвертичного периода. Несомненно, выделение Человека из биологической среды произошло, в первую очередь, благодаря принципиально новому варианту приспособления к быстро меняющимся природным условиям. Этот вариант заключался в формировании и развитии трудовых навыков. В процессе такого приспособления развивался сам Человек как биологический вид, развивалась его материальная культура, формировались и развивались общественные отношения. Каждая из названных сторон этого сложного процесса является предметом отдельных наук, таких как антропология (палеоантропология), археология и социология. При изучении четвертичной геологии главное внимание уделяется археологическим аспектам — стадиям развития материальной культуры человека каменного века. Это обусловлено, с одной стороны, тем, что подавляющее количество стоянок древних людей было обнаружено геологами в процессе про-

80