Ладожское озеро


Евразийские гидросферные катастрофы и оледенение Арктики

Автор: М. Гросвальд
Источник: Москва, «Научный мир» 1999. ББК 26.222.8:823; ISBN 5-89176-067-3
Полный вариант в формате DJVU (14.5Mb)

ГЛАВА 6
ПРОБЛЕМА ИСТОЧНИКОВ ВОДЫ И ЭНЕРГИИ ПОТОПОВ
ХРОНОЛОГИЯ ГИДРОКАТАСТРОФ

6.2. Гипотеза прорывов "ледниково-подпрудного океана"

В итоге автор остановился на гипотезе, которая объясняет евразийские потопы катастрофическими прорывами глубокого Арктического бассейна, становившегося величайшим на Земле ледниково-подпрудным ("Арктическим подледным") озером [Гросвальд, 1999]. Этот выбор был вынужденным: пришлось следовать рецепту Шерлока Холмса и, отбросив все невозможное, принять в качестве искомой истины то, что после этого осталось. "Осталась" же модель прорывов ледниково-подпрудного океана, суть которой сводится к следующему.

Во-первых, что рост Панарктического ледникового покрова приводил к полному замыканию центральной части Северного Ледовитого океана, ее изоляции от "остального" океана. Во-вторых, что плавучая часть этого покрова, Центрально-Арктический шельфовый ледник, направленно утолщался, а давление в подледном бассейне – нарастало. В-третьих, что в результате этого происходили катастрофические прорывы воды подледного озера наружу через барьер окружающих его ледниковых щитов.

Данная модель не умозрительна, она имеет "уменьшенные" аналоги в природе. По ее алгоритму, например, действуют водно-ледниковые системы, приуроченные к вулканическим кальдерам. Как показывают наблюдения в Исландии [Bjornsson, 1988], такие системы состоят из кальдерных озер и ледниковых шапок, которые частью покрывают вулканы и их обрамление, частью плавают в озерах. Кальдерные озера находятся под растущим давлением ледяной "крыши" и в ответ на него периодически прорываются, порождая катастрофы-йокульлаупы (рис. 41).

Водно-ледниковые системы плато
Рис.41. Водно-ледниковые системы плато (А) и вулканических кальдер (Б).
Системы состоят из подпрудных озер и ледниковых шапок, которые частью покрывают вулканы, частью плавают в озерах (пример из Исландии [Bjornsson, 1988]). Кальдерные озера находятся под растущим давлением ледяной "крыши" и периодически прорываются. порождая катастрофы-йокульлаупы. Пунктиром показаны линии равных потенциалов, мелким пунктиром со стрелками – линии тока льда. А, В, С – ледниковые купола.

Гипотеза прорывов "ледниково-подпрудного океана" может казаться необычной, неожиданной. Однако ее идея заложена в нашей реконструкции оледенения Арктики. Как следует из главы 1, оледенение Арктики было сплошным и циркумполярным, оно состояло из кольца ледниковых щитов, налегавших на сушу и шельфы, и толстой плиты шельфового ледника, плававшей внутри этого кольца.

Предполагается, что в эпохи оледенений котловина становилась полузамкнутой, ее связь с Мировым океаном резко ослабевала. Выход в Тихий океан блокировался Берингийским "мостом", который не только осушался, но и целиком покрывался льдом [Grosswald, Hughes, 1995]. Выход в Северную Атлантику через проливы Канадской Арктики, через которые сейчас проходит до 30% стока из Северного Ледовитого океана, закрывался льдом Иннуитского и Гренландского ледниковых щитов [Blake, 1970; Zreda et al., 1999]. Единственным каналом, соединявшим тогда Арктический бассейн с Мировым океаном, был пролив Фрама, расположенный между Гренландией и Шпицбергеном.

Пролив Фрама имеет ширину около 300 км и глубину до 2500 м (если не считать замкнутых впадин), ширина его глубоководного канала – 150-180 км. Северный конец этого канала "прижат" к берегу Гренландии, подступы к нему с севера, из центральной Арктики, блокированы мелководным плато Ермак. Тем не менее он кажется достаточно широким и глубоким, чтобы обеспечивать свободный пропуск любых объемов морского и глетчерного льда.

Совсем другой вывод следует из модели Панарктического ледникового покрова. По ее логике, в проливе Фрама периодически появлялась ледяная "пробка", которая превращала Арктический бассейн в Арктическое подледное озеро.

В ледниковой системе Северного полушария пролив Фрама занимал совершенно особое, уникальное место. В нем происходило столкновение трех колоссальных масс льда, двигавшихся в трех встречных направлениях – из Гренландии на восток, с Баренцева шельфа на запад, и из Центральной Арктики на юг. "Западный" лед поступал в пролив через гренландские фьорды Индепенденс, Хаген, Датский и другие, а также сползал сюда напрямую, переваливая через бровки островного шельфа.

Одним из мощнейших ледников, впадавших в пролив Фрама, был Северо-Восточный ледяной поток; судя по радарным съемкам из космоса, наследующий его ледник начинается на ледоразделе главного купола в 550 км от берега, имеет ширину до 70 км, а по площади ледосбора все еще превосходит ледник Якобсхавн [Fahnestock et al., 1993]. "Восточный" лед вливался в пролив с Баренцево-Карского шельфа, он переваливал через Шпицберген, двигаясь по его проливам и желобам, или обтекал архипелаг с севера и юга. А "северный" лед поступал из Центрально-Арктического ледника, который, как уже говорилось, частично плавал в Арктическом бассейне, частично лежал на его бортах и подводных хребтах.

Гренландский и Баренцево-Карский ледниковые покровы принадлежали к числу крупнейших на Земле. Огромным был и Центрально-Арктический шельфовый ледник: его площадь была близка к 5 млн.км2, а расчетная ("равновесная") толщина считается равной 1-1,5 км [Lindstrom, MacAyeal, 1989]. Так что речь идет о слиянии гигантских ледовых масс, и совсем неудивительно, что в его результате на месте пролива Фрама появлялась мощная ледяная перемычка. А гигантские ледниковые борозды глубиной в десятки метров и длиной в десятки километров, обнаруженные на северных подступах к этой перемычке [Vogt et al., 1994], служат подтверждением ее существования.

Таким образом, если на западе Гренландский ледниковый покров сливался с Иннуитским, и виной тому была перемычка над проливом Нэрса [Zreda et al., 1999], то на востоке он соединялся с Баренцево-Карским покровом, и его смыкание обеспечивала ледниковая перемычка пролива Фрама.

Тот факт, что выход через пролив Фрама закрывался мощной ледяной пробкой, должен был иметь по крайней мере три следствия. Во-первых, он означал, что сток льда из Арктического бассейна был затруднен гораздо сильнее, чем до сих пор считалось, и что горизонтальное движение шельфового ледника время от времени прекращалось. Поэтому вся масса льда, поступавшая в центральную Арктику со снегопадами и стекавшая с периферии, оставалась в "белой дыре" (термин Т.Хьюза) Арктического бассейна и целиком шла на утолщение его плавучего ледника.

Причем снегопады, вероятно, давали 15-20 г/см2 год, а приток льда с окружающих шельфов добавлял еще 20-25 г/см2 год (рис. 42). Таким образом, ежегодный приход льда мог достигать здесь 25 тыс.км3, и чтобы компенсировать его и сделать баланс равновесным, потребовался бы очень мощный отток льда из Арктики. Нужен был ледяной поток с живым сечением в 500 км2, текущий через пролив Фрама на юг со скоростью около 5 км/год, что в свете вышесказанного представляется невероятным.

Центральная Арктика
Рис.42. "Белая дыра" Центральной Арктики.
Лед, поступавший в нее со снегопадами и притекавший с окружающих шельфов, шел на утолщение его плавучего ледника.
Ледниковые щиты: Ск – Скандинавский, К – Карский, ВС – Восточносибирский, Л – Лаврентьевский, Ин – Иннуитский, Гр- Гренландский, Шельфовые ледники: НГр – Норвежско-Гренландский, ЦАрк – Центрально-Арктический. Кор – Кордильерский леднико¬вый комплекс.

Легко подсчитать, что при полном замыкании пролива Фрама скорость утолщения Центрально-Арктического шельфового ледника должна была составлять 40-45 м в 100 лет, или 400-450 м в тысячелетие. Это значит, что за отрезки времени, которые разделяли "соседние" прорывы воды из Арктики и имели протяженность по 2-3 тыс. лет (см. раздел 6.3), этот ледник мог повысить свою толщину на 800-1300 м.

Если же пролив запирался лишь периодически и на сравнительно короткие периоды времени, то утолщение шельфового ледника шло медленнее. Так это было или иначе, станет ясным лишь после дополнительных исследований. Однако в любом случае Панарктический ледниковый покров вряд ли успевал приобрести форму единого сверхщита с вершиной у Северного полюса и высотой до 4-5 км, что допускалось некоторыми геологами, в частности, Г.Н.Назаровым [1971]. Скорее всего, равновесие в арктической водно-ледниковой системе, схематично показанной на рис.43, должно было нарушаться где-то на полпути между стадиями А и Б.

Эволюция Панарктического ледникового покрова
Рис.43. Эволюция Панарктического ледникового покрова после замыкания пролива Фрама (гипотеза).
А – начало роста Центрально-Арктического шельфового ледника; Б – стадия единого сверхщита с вершиной у Северного полюса и высотой до 4-5 км. Равновесие в этой системе, вероятно, нарушалось на полпути между стадиями А и Б.

Таково первое следствие "фрамской" перемычки. Вторым ее следствием было прекращение водообмена между Арктическим бассейном и Мировым океаном, превращение этого бассейна в полностью изолированное озеро. Арктическое подледное озеро оказывалось отрезанным от Мирового океана, и уровни обоих не зависели друг от друга. Уровень океана в эпохи оледенений испытывал эвстатическое снижение, в последний ледниковый максимум оно составило 125-130 м [Fairbanks, 1989].

А уровень Арктического озера, напротив, не только не снижался и не оставался на доледниковом уровне, а повышался со скоростью около 40 см/год. Водно-ледовая масса озера направленно увеличивалась, и превышение над "остальным" океаном росло. Соответственно, возрастала и потенциальная энергия бассейна; при перепаде высот в 1000 м она достигала чудовищного значения в n*1022 джоулей (где n = 2,5-3).

В-третьих, рост уровня (и потенциальной энергии) Арктического озера не мог идти бесконечно, он приводил к нарушению устойчивого равновесия в системе "озеро-ледник-океан" и к ее скачкообразному переходу в другое устойчивое состояние, "переключению" на более низкий энергетический уровень. В реальной жизни системы эти скачки принимали форму катастрофических прорывов Арктического подледного озера. Сама эта система действовала как триггерный механизм, каждый ее рабочий цикл состоял из этапа постепенного нарастания массы и энергии (а вместе с ними – неустойчивости) и этапа внезапной разрядки напряжений.

Именно с таким механизмом сейчас связывают практически все природные катаклизмы, включая ледниково-межледниковые циклы; Д.Макайел [MacAyeal, 1993], например, привлекает его для объяснения катастрофических выбросов айсбергов через Гудзонов пролив ("событий Хайнриха"). Он видит в них внезапные скачки – массивные сёрджи Гудзонова ледяного потока, возникавшие вследствие постепенного роста Лаврентьевского ледникового щита. Сам Д.Макайел именует их binge/purge-осцилляциями.

В случае Северной Евразии вода из Арктического подледного озера должна была прорываться либо под перемычками между ледниковыми щитами, либо под самими щитами. Идеальные условия для таких прорывов возникали на поздне-ледниковых этапах, когда климат теплел, донное таяние ледниковых щитов усиливалось, и они испытывали коллапсы. Последние, несомненно, облегчали прорывы, хотя и сами, как мы знаем, инициировались и ускорялись прорывами подледной воды. А прорывалось ли Арктическое озеро и в ледниковые максимумы, – неясно. Лишь после специальных исследований можно будет сказать, случались ли и тогда гидросферные катастрофы или дело ограничивалось сёрджами ледникового покрова и событиями Хайнриха.

Итак, по представленной здесь гипотезе источником евразийских гидросферных катастроф был Арктический бассейн, превращавшийся в Арктическое подледное озеро, а энергия этих катастроф зависела от водно-ледовой массы, а следовательно, от уровня этого озера и его превышения над уровнем Мирового океана. Так что суть рассматриваемых катастроф может быть сведена к скачкообразной ликвидации дисбаланса между запасами воды и потенциальной энергии в Арктике, где они тысячелетиями росли, и в "остальном" океане, где они сокращались вместе с эвстатическим падением его уровня.

И если в ходе этого процесса из Арктического озера был выдавлен, скажем, 200-метровый слой, и вся эта вода попала в Северную Евразию, то через ее трансконтинентальную систему стока прошел бы миллион кубокилометров воды. А если бы этот слой был 300-метровым – то и полтора миллиона. Какой слой здесь выдавливался, сказать трудно. Ясно лишь одно: в данном случае объемы выбросов и сток через систему сходятся...

Выбрасывалась при этом, конечно же, морская вода. В связи с чем возникает вопрос: не противоречит ли это фактическим данным по Северной Евразии, в частности, по солености трансгрессивных бассейнов Каспия? По-видимому, не противоречит, во всяком случае, по данным И.В.Менабде, А.А.Свиточа и других, соленость Каспийского моря во время трансгрессий не падала, а возрастала [Менабде и др., 1992; Свиточ и др., 1998]. Последнее подтверждается и исследованиями А.Г.Костяева и других [1992], которые доказали, что поверхностные отложения севера Евразии на огромных площадях засорены морскими солями.

Особый интерес представляет геоморфология и палеогидрология зоны подледного движения прорывных потоков. Рельеф подобных зон до сих пор изучался лишь в Северной Америке (см. работы Дж.Шоу и других), тогда как в Евразии он известен не был, и его описание, данное в разделе 5.1, оказывается первым и единственным. Что же касается условий течения воды сквозь ледники и под ледниками, то они сейчас достаточно хорошо известны. Изучено, в частности, влияние давления льда на движение подледной воды [Shreve, 1972], создана теоретическая модель для расчета ее давления в подледных проходах [Rothlisberger, 1972].

При этом показано, что результирующее направление течения воды зависит не столько от топографии ложа, сколько от давления перекрывающего льда, и поэтому оно практически не бывает нормальным к изогипсам ложа (см. также: [Hook, 1989]). Подледниковый сток образует струи, следующие вдоль линий минимального давления, он концентрируется вдоль склонов и гребней подледных хребтов, как мы это видим на севере Урала. Особенно ясно данная закономерность выражена в Японии, где ледники прошлого были "теплыми" и количество воды в них – очень большим [Grosswald, 1999].

Выяснено, наконец, что при разных сочетаниях уклонов ледниковой поверхности с весом ледниковой толщи и давлением подледной воды течение последней идет либо по подледным туннелям, либо распластывается по дну. В последнем случае возникает водная подушка, создающая условия для начала ледникового сёрджа [Kamb, 1987].

Для полноты картины надо заметить, что сходные идеи высказывались и раньше. М.Е.Вигдорчик [Vigdorchik, 1980], например, предложил гипотезу, по которой в эпохи оледенений Арктика оказывалась в полной изоляции от Мирового океана, а в периоды дегляциации происходили инъекции холодной арктической воды в Северную Атлантику, вызывавшие катастрофические подъемы ее уровня.

Однако плотина, которая, по М.Е. Вигдорчику, запирала Арктику, лежала не на месте пролива Фрама, а на Атлантическом пороге, т. е. в зоне подводных поднятий, соединяющих Шотландию с Исландией и Гренландией, и возникала она не из-за ледникового подпруживания, а вследствие эвстатического падения уровня океана и изостатического воздымания порога.

Содержание