Ледниковые катастрофы в новейшей истории Земли

Автор: А. Рудой
Источник: журнал «Природа», № 9, 2000.

 

За 200 лет своего существования ледниковая теория проделала огромный путь – от реконструкций режима отдельных ледников Альп до глобальных палеогляциологических обобщений. Однако только к концу XX в. стала понятной роль гигантских паводков, обусловленных оледенениями, в формировании лика Земли. Появились геологические, гляциологические и океанологические материалы, свидетельствующие о том, что позднечетвертичные ледники полностью перекрывали полярные области Северного полушария, глубоко проникая в умеренные широты. В Северной Америке соединявшиеся Лаврентийский и Кордильерский ледниковые покровы бронировали сток всех рек бассейнов Северной Атлантики и Пацифики. В результате подпруживания крупнейших североамериканских рек – Колумбии, Спокана, Кларк-Форка, Флатхеда и др. – вдоль краев ледников скапливались гигантские пресноводные моря. Следы крупнейших из них – ледниково-подпрудных озер Бонневил, Миссула и Спокан – были открыты еще в конце XIX – начале XX в. американскими геологами и геоморфологами Г.Стенсбери, Г.Гилбертом, Дж. Парди и Дж. Х.Бретцем.

Особенно много работ посвящено режиму самого большого из этих озер – Миссуле в Западной Монтане. Его катастрофические прорывы продуцировали мощные паводки – фладстримы, создавшие сеть глубоких каньонов, каскады ныне сухих водопадов (огромные водобойные ванны, так называемые исполиновы котлы), мощные толщи промытых галечников, а также хорошо изученные сейчас гигантские знаки ряби течения. Этот рельеф – аналог обычной песчаной речной или ветровой ряби, но увеличенный в 100-1000 раз и сложенный не песком, а грубой галькой с валунами и глыбами[1]. Миссульские фладстримы до начала 1980-х годов считались уникальными[2] и самыми мощными потоками пресной воды на Земле, их расход достигал 17 млн. м³/с.

Не так давно известный отечественный гляциолог М. Г. Гросвальд завершил свою реконструкцию, согласно которой гигантский Панарктический ледниковый покров закрывал дренаж величайших рек Евразии и во фронтальных частях покрова сформировались еще более грандиозные ледниково-подпрудные бассейны, имевшие сложный гидрологический режим. Самое крупное из этих озер – позднечетвертичное Мансийское – на юге Западной Сибири, при максимальных трансгрессиях оно имело площадь более 600 тыс. км². Площадь же всех ледниково-подпрудных морей равнин и плоскогорий Северной Азии, исходя из последних представлений, составляла никак не менее 3 млн. км².

Системы приледниковых стоков

В последнюю ледниковую эпоху (около 22-18 тыс. лет назад) возникали ледниковые комплексы, которые соединялись, перекрывая высочайшие горные системы Северной и Центральной Азии (от гор Чукотки, Верхоянского хребта, хребта Кодар, Байкало-Патомского нагорья, гор Южной Сибири до Тибета и Гималаев). Вместе с оледенением севера и северо-востока материка они образовали новый, ледовый, Трансазиатский водораздел, разделявший две обширные внутриконтинентальные гидрологические системы приледниковых стоков. Одна из них, Гоби-Амурская, начиналась во внутриледниковых бассейнах центральноазиатских котловин и имела сток на восток, в бассейн Тихого океана.

Другая, гораздо более величественная, Транссибирская система талого стока, через сеть каналов – сбросов приледниковых озер, – часто имеющих каньонообразную форму (спиллвеев; от англ. spillway – водослив), спускалась на юго-запад, через Верхне-вилюйский, Тунгусский, Каз-Кетский, Тургайский и Узбойский каналы, в котловину Каспия и далее через Манычский спиллвей и проточные Босфор и Дарданеллы в Средиземное море и в Атлантический океан[3]. Тургайская ложбина стока, в частности, относится к величайшим спиллвеям мира. Возможно, что еще крупнее были параллельные прадолины огромной Манычской ложбины в Приаралье.

Эти сценарии развития природной среды в позднем плейстоцене реконструированы с помощью изотопных методов датирования ледниковых и водно-ледниковых отложений – краевых морен и озерных ленточных глин, в результате изучения ориентировки ледниковых шрамов на скальных поверхностях древних каналов стока и других особенностей рельефа на обширных территориях суши и шельфов Евразии и Америки.

Один из пусковых механизмов (триггеров) регулярных катастрофических сбросов сибирских ледниково-подпрудных морей – мощные выплески систематически поступавших на равнину талых вод из котловинных ледниково-подпрудных озер в горах Южной Сибири. Одновременно из горных районов на север поступали порции воды объемом в десятки тысяч кубокилометров. Расходы алтайских фладстримов достигали 18x106 м³/с, т. е. они превосходили параметры миссульских паводков.

Установлено, что при полном одновременном спуске всех приледниковых алтайских озер в акваторию Мансийского моря его зеркало поднималось не менее чем на 12 м, что на 4 м больше необходимого для переливания этого озера через Тургайский порог.

Катастрофические спуски Дархатского и Хубсугульского ледниково-подпрудных озер в Северной Монголии не могли не вызывать такой же эффект в Енисейском подпрудном озере, в результате чего приходил в действие крупнейший сибирский Каз-Кетский спиллвей (на месте современного низкого водораздела между бассейнами рек Енисея и Оби в верховьях рек Кеть и Каз), который запускал в работу всю грандиозную систему стока пресноводных ледниково-подпрудных морей Северной Азии[4].

Предполагается, что прорывы самых крупных четвертичных котловинных ледниково-подпрудных озер Южной Сибири происходили с периодичностью около одного раза в столетие[5], такой же была, следовательно, и периодичность сбросов поверхностного слоя воды толщиной в несколько метров из равнинных приледниковых бассейнов в бассейн Атлантики.

Если же иметь в виду динамичность самой системы сибирских стоков[6], можно полагать, что современный рисунок гидрографической сети равнинных территорий, испытавших четвертичное оледенение, обусловлен преимущественно климатическими, а не тектоническими причинами и на таких территориях должны были образовываться равнинные скейбленды (от англ. scab – струп, корка, короста, land – земля) – участки, где в земную поверхность врезаны многочисленные ущелья, каньоны, каналы. Последние, вероятно, не только сильно отличаются от горных[7], но и обладают рядом специфических черт, которые позволяют отличать их от других ландшафтов. Перспективными для обнаружения дилювиальных (от лат. diluvium – потоп, наводнение) ассоциаций представляются, в частности, обширные территории плато Путорана, Тунгусского траппового плато и многие другие районы Средней и Восточной Сибири, где широко развиты базальтовые покровы разного возраста.

Влияние крупных приледниковых озер на земную кору – самостоятельная научная задача. С одной стороны, нагрузка толщи озерных вод глубиной в несколько сот метров могла быть не слишком весомой для заметного прогибания локальных участков континентальной коры. С другой – эта нагрузка периодически возникала и снималась очень быстро за счет заполнения и катастрофического спуска озер, что в свою очередь приводило к «расшатыванию» ограниченных участков суши и неизбежным локальным землетрясениям, трещинам и разломам в обрамлении озерных котловин, а также обвалам и оползням. Примечательно и то, что эта периодически возникавшая «лимноизостазия» – еще один пример реакции эндогенной составляющей геоморфогенеза на изменения внешних условий, имеющие исключительно климатические причины.

Сейсмическая нестабильность бассейнов крупных ледниково-подпрудных бассейнов, обусловленная периодическими и резкими колебаниями нагрузки на днищах озерных котловин, могла служить и импульсами к ледниковым подвижкам – сёрджам, в результате которых реки вновь подпруживались и озерные ванны вновь начинали заполняться талыми водами.

Помимо спиллвеев, многие из которых сегодня изучены и датированы, к геологическим свидетельствам транссибирских приледниковых стоков относятся известные уже более 200 лет бэровские бугры Северного Прикаспия, ложбинно-грядовый рельеф Западных Кызыл-Кумов, гривный рельеф восточной части Барабинской степи и юга Западной Сибири, а также знаменитые «древние ложбины стока» бассейна южной части равнинной Оби.

За северными пределами Приобского плато эти ложбины стали известны еще в конце 1950-х годов, когда сибирский геоморфолог А. А. Земцов положил на карту спиллвеи Таз-Енисейского междуречья. Он показал, что одна из древних ложбин, частично занятая сейчас реками Тым и Сым, имеет ширину 30-40 км и протягивается на юго-запад. Другая же ложбина такого типа, Камышловский лог, ориентированная почти широтно, рассекает Ишимскую степь по линии железной дороги Омск-Петропавловск[8]. Средняя ширина этой ложбины достигает 25 км при глубине около 20 м, лог имеет падение в 30 м на юго-запад по простиранию.

Несмотря на обширность сведений, далеко не все детали функционирования приледниковой Транссибирской системы катастрофических стоков выявлены надежно. Многие факты по-прежнему трактуются некоторыми геологами и палеогеографами неоднозначно. Тем не менее сегодня никто не отрицает, что «древние ложбины стока» были руслами сильных водных потоков. Большинство исследователей связывает их с таянием позднечетвертичных (сартанских) ледников, с которыми коррелируют как речные террасы Енисея и Оби, так и аллювий самих ложбин.

К дилювиальным и ледниково-подпрудным флювиальным ассоциациям регрессивной фазы сартанского оледенения относятся «лимноподобные» отложения Ангары и Енисея, выделенные еще в 1971 г. геологом С. А. Лаухиным (но правильно понятыми лишь в конце 90-х годов[9]), а также мощные ритмично слоистые песчаные толщи Забайкалья.

Совсем недавно удалось датировать интервалы катастрофических подъемов уровня Мирового океана, связанных с коллапсами позднечетвертичных ледниковых щитов и совпадавших по объему со слоем сброшенных в океан холодных вод. Как отмечает Гросвальд, объемы единовременных поступлений воды в океан были настолько велики, что они просто не могли не оставить свидетельств в строении коралловых рифов тропического и экваториального поясов.

По результатам изотопных анализов (¹⁴С и U/Th) рифов Acropora palmata в Карибском бассейне американские исследователи установили три таких эпизода, которые накладываются на плавную кривую подъема уровня океана во время последней дегляциации. Они совпадают с началом беллинга (12 тыс. лет назад), с началом пребореала (10 тыс. лет назад) и с началом атлантического времени (около 7 тыс. лет назад), т. е. приходятся на этапы резких потеплений климата[10].

Регулярные и катастрофические сбросы талых вод из ледниково-подпрудных морей Северной Азии в бассейн Атлантического океана (общим объемом около 25-30 тыс. км³) вызывали резкие колебания зеркала Арала-Каспия и Черного моря. Они запечатлены, в частности, в строении озерных террас впадины Каспийского моря и в литологии донных отложений Средиземного моря[11]. Однако эти сбросы не могли существенно влиять на колебания уровня Мирового океана в целом, даже если полагать, что азиатские приледниковые подпрудные бассейны опорожнялись одновременно с приледниковыми озерами Северной Америки.

Для повышения океанического уровня на 10-15 м, что соответствовало интервалам катастрофических подъемов океана, был необходим источник воды, как минимум в 100 раз превышавший по объему суммарный объем всех ледниково-подпрудных бассейнов суши и способный поставлять в океан единовременно не менее 1 млн. км³ воды. Таким источником Гросвальд предложил считать подледниковые воды огромного Центрально-Арктического ледникового купола – части Панарктического ледникового покрова. Именно эти воды, которые из-за ледовой нагрузки «выдавливались» в океан и на евразийскую сушу, могли обеспечивать водную массу и энергию глобальным катастрофическим потопам[12].

Эта гипотеза удовлетворительно объясняет катастрофические поступления огромных масс холодных вод в систему глобального водооборота. Она представляется правдоподобной еще и потому, что на локальном уровне сценарий возникновения подледниковых озер еще 15 лет назад был реконструирован для «наледных» котловинных ледоемов гор на юге Сибири.

Ледоемы или водоемы?

Термин «ледоем» в начале 30-х годов предложил советский геолог В. П. Нехорошев. Он считал, что межгорные впадины Алтая и Саян в максимальные фазы оледенений полностью занимали ледники, спускавшиеся с окружающих гор, т. е. впадины становились гигантскими ледоемами, которые начинали функционировать как самостоятельные центры оледенения.

Эти центры питали мощные долинные ледники в выходящих из ледоемов речных долинах. Четвертичные ледоемы Нехорошева были восстановлены для многих межгорных впадин – Улаганской, Джулукульской и др. Эти реконструкции прежде всего базировались на том, что на дне котловин формировались морены и водно-ледниковые образования – камы и озы.

Но в некоторых котловинах, например в Чуйской и Курайской, такие формы обнаружены не были. К тому же на склонах этих котловин сохранились озерные террасы. Значит, впадины служили вместилищем для озерных вод, которые как будто не оставляли места для ледников. Поэтому к началу 80-х годов алтайские котловины считали либо четвертичными ледоемами, либо древними ледниково-подпрудными озерами.

Не так давно выяснилось, что существование ледоемов Нехорошева, называемых теперь классическими, – это лишь один и далеко не самый распространенный вариант истории межгорных впадин, поскольку расчеты объема талого ледникового стока показали, что к моменту кульминации оледенения ряд крупных межгорных впадин уже был занят подпрудными озерами [13].

Сегодня известно, что взаимоотношение ледников и ледниково-подпрудных озер развивалось в Южной Сибири по нескольким схемам (в зависимости от морфологии межгорных впадин, высоты снеговой линии в окружающих горах). О первой схеме возникновения ледоема без озера мы уже говорили.

Когда на поверхности большого ледниково-подпрудного озера спустившиеся с гор ледники сливались на плаву (превратившись в «шельфовые»), водоем и ледоем начинали существовать одновременно. При этом возникали так называемые пойманные озера (англ. catch lakes). При их сбросах из-за возможного подледного выдавливания воды глетчерные льды опускались на дно и оставляли известные геологические формы «мертвых льдов», а также проецировали на дно ранее сформированные на поверхности «шельфовых» ледников озы и камы. Это второй вариант возможной истории межгорных впадин.

Третий – формирование «наледных» ледоемов. Когда граница питания ледников опускалась ниже зеркала озер, в бассейнах озерных впадин возникали сложные образования, состоявшие из мощной линзы талых вод, бронированных озерными, наледными и глетчерными льдами, а также снежно-фирновой толщей. Поверхности озер вовлекались, таким образом, в зону питания ледников и становились новыми ледниковыми центрами с почти радиальным оттоком льда.

И наконец, четвертая схема – ледниково-подпрудное озеро.

Однако при различных масштабах оледенения в разное время одни и те же котловины «переживали» разную последовательность озерно-ледниковых событий.

Любопытным подтверждением гипотезы «наледных» ледоемов стали итоги полевых исследований современных озер в оазисах Антарктиды. По данным В. И. Бардина и других российских гляциологов, в одном из крупнейших антарктических озер – Ванде, – существующем преимущественно в подледном режиме, при среднегодовой температуре воздуха у поверхности до −20 °C, придонные слои воды нагреваются до +25 °C. Озерный лед мощностью около 4 м не только своеобразный экран, защищающий водоем от низких температур и ветра, но и природная ледяная линза, увеличивающая тепловой эффект интенсивного притока прямой солнечной радиации, составляющей летом до 170 ккал/м² x час.

Отечественный геофизик М. С. Красс показал, что короткопериодические колебания климата воздействуют в основном на мелкие водоемы антарктических оазисов, но практически не влияют на инерционный тепловой режим крупных озер. При дальнейшем понижении границы питания, ниже уреза озер, вода в последних, как показывают уже примеры алтайских «наледных» ледоемов, может сохраняться очень долго за счет тепла, накопленного ранее.

По мере же накопления на поверхности замерзших озер снежно-фирновой толщи и ее преобразования они оказываются вне пределов влияния сезонных колебаний температуры воздуха, т. е. превращаются в подледные водяные линзы. Вероятные аналоги именно такой, кульминационной, фазы развития «наледных» ледоемов – огромные подледные водоемы, обнаруженные геофизиками под 3-4-километровой толщей ледникового покрова в Центральной Антарктиде.

Механизм энергичного выдавливания подледных озер и морей под огромной ледниковой нагрузкой становился, по-видимому, превалирующим на кульминационных стадиях оледенений. В частности, дилювиальные каналы подледниковых сбросов, сформировавшиеся под позднеплейстоценовой (висконсинской) ледниковой лопастью, описывают американские гляциологи Т.Бреннард и Дж. Шоу[14].

Геолог Я.Пиотровский исследовал подледные формы на германском побережье Северного моря. Здесь под ледниковой нагрузкой позднечетвертичное подледниковое оз. Столпер было выдавлено в море, при этом образовались глубокие каналы, крупнейший из которых – Борнхёвд[15], располагавшийся тогда ниже современного уровня моря почти на 200 м, имел глубину в 222 м при длине почти 13 км. Таким образом, новая гипотеза существования арктического подледникового озера, возникавшего в центральной впадине Северного Ледовитого океана после замыкания пролива Фрама, объясняет гидросферные катастрофы Земли на глобальном уровне.

Катастрофические потоки на других планетах

Благодаря успехам геоморфологии и сравнительной планетологии аналоги земных гидросферных катастроф обнаружены и на других планетах[16]. Так, прямолинейные каналы-пропасти Касэй, Маджа, Арес и Тиу на Марсе по строению весьма напоминают долины некоторых земных водотоков с характерными русловыми формами (но на порядок превышающими последние по размерам) – останцами обтекания, островами, дельтами и т. п. Они имеют до 2 тыс. км в длину при ширине до 100 км; у них мало притоков, и они удалены друг от друга на тысячи километров.

Марсианские каналы меньших размеров (шириной до 15 км при длине 100-200 км) морфологически подобны описанным выше. Визуально каналы этого типа весьма похожи на ущелья-кули североамериканского скейбленда, а также на некоторые так называемые транспуторанские долины Средней Сибири, долины-бреши гор Бырранга и глубокие каньоны Алтая и Саян. Очень характерен для земных прорывных дилювиально-эрозионных каналов и морфологический облик флювиальной системы марсианской долины Нергал. Возраст марсианских наводнений гораздо древнее земных, катастрофические паводки трансформировали поверхность Марса ранее 1 млрд. лет назад, когда на планете существовали совершенно отличные от современных гидроклиматические условия.

Расходы катастрофических водных потоков, сформировавших марсианские каналы-пропасти, оцениваются от 108 м³/с до 109 м³/с. Мощность этих потоков должна была значительно превышать мощность земных фладстримов. В связи с этим несравненно большую, по сравнению с Землей, роль в формировании марсианских каналов должны были играть, наряду с донной эрозией, процессы кавитации, т. е. процессы суперэнергичной эрозии и эворзии (эрозии, обусловленной донным вращением вертикально падающей воды) ложа потоков при контакте с находящейся в состоянии «холодного кипения» турбулентной смесью воды и водяного пара. Такие мощные водные потоки могли, вероятно, оказывать влияние и на климат, вызывая при этом ряд связанных с ним глобальных геоморфологических реакций.

Сейчас можно констатировать, что научное содержание понятия «скейбленд» еще более расширяется. Если не так давно под скейблендами понимались территории ледниковой и приледниковой зон, подвергающиеся или подвергавшиеся ранее многократному воздействию катастрофических потоков из прорывавшихся ледниково-подпрудных озер, то сегодня происхождение скейблендов можно связывать и с внезапным таянием криолитосферы, и (или) катастрофическими прорывами вод под мерзлотой и между ее слоями как на Земле, так, в частности, и на планете Марс.

Не могу не согласиться со словами российского географа и гляциолога В. М. Котлякова, который считает, что реальные события истории Земли оказываются гораздо увлекательнее самых неожиданных сюжетов фантастов. Ледниковая теория приобретает сегодня совершенно новое, космическое, звучание. Человечеству открываются новые яркие черты ледникового периода – гидросферные катастрофы. Таким образом, многочисленные мифы и легенды о Всемирном потопе, донесенные до нас памятью предков, получают, наконец, объективную и документальную основу.

© Алексей Николаевич Рудой
Доктор географических наук, заведующий лабораторией геологии и палеогеографии плейстоцена Томского государственного педагогического университета, профессор Алтайского университета (Барнаул).

 

Примечания:
1. Рудой А. Н. Скейбленд Центральной Азии // Природа. 1994. № 8. С. 3-20.
2. O'Connor J.E., Baker V.R. // Geol. Soc. Am. Bull. 1992. V.104. P. 267-279.
3. Гросвальд М. Г. // Материалы гляциологических исслед. 1998. Вып. 84. С. 121-129.
4. Rudoy A.N. Mountain Ice-Dammed Lakes of Southern Siberia and their Influence on the Development and Regime of the Intracontinental Runoff Systems of North Asia in the Late Pleistocene. Chapter 16 // Palaeohydrology and Environmental Change / Eds G.Benito, V.R.Baker, K.J.Gregory. Chichester, 1998. P. 215-234.
5. Рудой А. Н., Галахов В. П., Данилин А. Л. // Изв. Всесоюз. геогр. об-ва. 1989. Т. 122. Вып.2. С. 236-244.
6. Волков И. А., Волкова В. С. Великая приледниковая система стока Сибири // Ист. озер в плейстоцене. Л., 1975. Т. 2. С. 133-140.
7. Rudoy A.N., Baker V.R. // Sedimentary Geology. 1993. V. 85. № 1-4. P. 53-62.
8. Земцов А. А. Геоморфология Западно-Сибирской равнины (северная и центральная части). Томск, 1976.
9. Yamskikh A.F. Late Pleistocene and Holocene Siberian River Valley Geomorphogenesis as a Result of Palaeogeographical Cyclic Changes. Chapter 9 // Palaeohydrology and Environmental Change / Eds G.Benito, V.R.Baker, K.J.Gregory. Chichester, 1998. P. 112-124.
10. Blanchon P., Shaw J. // Geology. 1995. V. 1. № 1. P. 4-8.
11. Свиточ А.А., Янина Т.А. Четвертичные отложения побережий Каспийского моря. М., 1997; Thiede J. // Nature. 1978. V. 276. № 5689. P. 680-683.
12. Гросвальд М.Г. Евразийские гидросферные катастрофы и оледенение Арктики. М., 1999.
13. Рудой А.Н. // Изв. Всесоюз. геогр. об-ва. 1990. Т. 122. Вып. 1. С. 43-52.
14. Brennard T.A., Shaw J. // Canadian J. Earth Sci. 1994. V. 31. № 3. P. 505-521.
15. Piotrowski J.A. // Sedimentary Geology. 1994. V. 89. P. 107-141.
16. Марченко А.Г. История формирования устья долины Арес (Марс) // Природа. 1997. № 12. С. 57-61; Rudoy A.N. Earth analogues of the channels on Mars / The 30th Int. Microsymp. on comparative Planetology. Moscow, October 8-9, 1999. P. 91-92.

---