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 7
ЕВРАЗИЙСКИЕ ПОТОПЫ В КОНТЕКСТЕ
ГЛОБАЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ЭПОХИ ПОСЛЕДНЕЙ ДЕГЛЯЦИАЦИИ

7.2. Глобальные последствия потопов

Евразийские гидросферные катастрофы были событиями планетарного масштаба, поэтому можно уже априори сказать, что они наложили отпечаток на многие стороны природы Земли, включая палеогеографию и климат материков и океана. Есть немало теорий, которые рассматривают причинно-следственные связи между перестройками в гидросфере, такими, как морские трансгрессии или сверхкрупные наводнения, и быстрыми изменениями климата и других компонентов природы. Чтобы пояснить эти связи и дать представление о механизмах, трансформирующих энергию гидросферных перестроек в глобальные изменения, в том числе внезапные, рассмотрим примеры из естественной истории Марса.

Известно, что во всей Солнечной системе только для Земли и Марса характерны долинные системы, созданные русловыми потоками воды [Komatsu, Baker, 1996а]. На Марсе они реликтовые, его реки иссякли более миллиарда лет назад. Тем не менее, гидрологические процессы, как "нормальные", так и катастрофические, оставили ясные следы в марсианском рельефе, что установлено по снимкам с межпланетных станций "Маринер" и "Викинг". Период геологической истории Марса, когда на нем были и жидкая вода и льды, длился 2-3 млрд лет, охватив Гесперийскую (более раннюю) и Амазонийскую (более позднюю) эры планеты. Именно тогда водные потоки расчленили марсианские равнины, заполнили осадками впадины, сформировали морские и речные террасы, а льды и мерзлота создали ледниковый и перигляциальный рельеф.

По представлениям планетологов, в Гесперийскую эру гидросфера Марса была постоянной, его Северную равнину занимал океан, в умеренных и низких широтах было множество рек и озер, в горных областях и на Южном плато существовало обширное оледенение. А в Амазонийскую эру природная система Марса стала нестабильной, его климат и гидросфера вошли в режим резких крупноамплитудных изменений. Океан в это время то появлялся, то исчезал, то же самое происходило с озерами и реками, с марсианской атмосферой. Глобальный климат Марса колебался от умеренно-влажного до холодного сухого, и планета то погружалась в космический холод, то возвращалась к условиям, похожим на земные.

Объяснить эти изменения удалось лишь после того, как были найдены следы марсианских потопов. Но сначала, у экватора, на краю вулканического нагорья Фарсида, были обнаружены глубинные разломы и признаки мощнейшей эрозии, в том числе гигантские каньоны. Только тогда стало ясно, что по разломам на поверхность Марса прорывалась вода, которая, как считают специалисты, возникала при внезапных внедрениях горячих батолитов в залежи подземного льда. Массы этой воды были огромны, они смогли не только вырезать каньоны, которые расчленили материки, но и заполнить океан, что делалось неоднократно. А этот океан как раз и становился фактором формирования и изменений климата: именно океан усваивал и накапливал солнечную энергию, с потоками питавшей его воды в атмосферу попадали массы углекислого газа, а сам он поставлял водяной пар; в итоге создавались условия для действия парникового эффекта. На Марсе формировался климат, подобный земному. Когда же энергия этих процессов иссякала, вода и углекислый газ возвращались в литосферу, замерзая в ее трещинах и порах, и на планете вновь воцарялись условия глубокого холода и сухости [Baker et al., 1991; Kargel, Strom, 1996].

Природные катастрофы, связанные с выбросами подземных вод Марса, имели циклопические масштабы. Об этом говорят гигантские размеры его каньонов, которые не имеют земных аналогов. Таковы и долина Маринер, совпадающая с одним из разломов, и большинство других каньонов планеты. Длины их измеряются тысячами километров, ширина доходит до 200 км, глубина – до 3 км. В образовании каньонов участвовали потоки фантастической мощности; "пиковые" расходы воды в долине Касей, например, превышали 1 млрд м³/с. При этом вода переполняла каньон и выходила из берегов, эродируя и расчленяя междуречья и придавая всем выступам ложа обтекаемую, каплевидную форму (см. фронтиспис). Что же касается Северного океана, то, как считает В.Бейкер, его площадь достигала 15 млн км², средняя глубина – 700-1000 м, а объем превышал 10 млн км³. Заметим, что последняя величина в 130 раз больше объема Каспийского моря.

Итак, Марс не всегда был мертвым. На определенных этапах прошлого его природная система испытывала повторные колебания колоссальной амплитуды. И вызывались они революциями в гидросфере: внезапными прорывами талой воды, затоплениями поверхности, появлением и исчезновением океана. Естественно, что в этой связи возникает вопрос: а какими были последствия земных потопов, могли ли и они вызывать глобальные изменения природы, и были ли эти изменения подобны марсианским?

Пока на этот счет можно определенно сказать одно. На позднеледниковых этапах истории Земли гидросферные катастрофы евразийского типа вызывали быстрые и глубокие реорганизации Земной системы – во всяком случае той ее части, которая включала полярные ледниковые покровы Северного полушария, Мировой океан и взаимодействовавшую с ними атмосферу. Отсюда следует, что эти перестройки должны были вызывать изменения климата и океана, которые были ощутимы в масштабах полушария и всей планеты.

Выше было показано, что катастрофические прорывы Арктического подледного озера совпадали с коллапсами "морских" ледниковых щитов и облегчались этими коллапсами. Действительно, в ходе коллапсов эти щиты утончались, их периферия всплывала, и ледниковая плотина переставала держать воду [Hughes, 1996; Гросвальд, Красc, 1998]. Однако верно и обратное: коллапсы облегчались и ускорялись потопами, а в Арктике, где ледниковые щиты испытывали напор со стороны Арктического озера, даже вызывались ими. По заключению П.Бланшона и Дж.Шоу [Blanchon, Shaw, 1995], например, прорывы воды из-под Лаврентьевского ледникового щита были главной причиной его периодической дестабилизации и коллапсов, еще раньше о том же писал Г.Н.Назаров [1971]. Так что приходится говорить не об облегчении потопов коллапсами, а о взаимодействии этих двух явлений, о наличии между ними прямых и обратных связей.

Каждый катастрофический прорыв подготавливался с двух сторон – со стороны ледниковой плотины и подпрудного озера. Плотина становилась все более уязвимой благодаря донному таянию ледниковых щитов и накоплению на их ложе воды. А Арктическое озеро, наращивая массу и уровень, усиливало свое давление на плотину с севера. Поэтому коллапсы "морских" ледниковых щитов происходили вместе с прорывами подпрудного бассейна, оба катастрофических процесса сливались воедино, и их эффекты суммировались. Это значит, что вместе с "потопной" водой в океан и на сушу извергались огромные массы ледникового льда, и эпизоды быстрого подъема океанского уровня совпадали с событиями Хайнриха, т. е. с сёрджами крупнейших выводных ледников и выбросами в океан айсберговых армад [Broecker, 1994].

Судя по имеющимся данным, дегляциальные коллапсы трех ледниковых покровов Северной Атлантики – Лаврентьевского, Исландского и Баренцево-Карского, происходили одновременно. Их синхронизацию чаще всего объясняют эффектами быстрого повышения океанского уровня [Hughes, 1987; Мазо, 1989; Bond, Lotti, 1995; Andrews, 1998], благодаря которому айсберговые выбросы этих покровов тоже суммировались. Однако синхронны были не только коллапсы разных покровов, синхронно происходили и другие виды крупномасштабных катастроф, характерные для периода дегляциации: и выбросы айсбергов, и внезапные повышения уровня океана, и резкие изменения климата.

Однако, климатически значимые события периода дегляциации этим перечнем не исчерпываются. Изменения океана не сводились лишь к внезапным повышениям его уровня, с выбросами воды и льда кардинально менялся и характер поверхности Северной Атлантики. На этой поверхности возникал слой ("покрышка") из почти пресной воды и плавучего льда, неизбежным следствием чего был резкий рост зимней ледовитости и альбедо океана, а также снижение испарения с его поверхности. Уже это одно было способно вызвать резкие похолодания и аридизацию климата соседней суши [Ruddiman, Mclntyre, 1981]. Вступал в действие и другой механизм охлаждения: с появлением "покрышки" в Северной Атлантике возникала стойкая плотностная стратифицикация, препятствовавшая вертикальной термохалинной циркуляции и формированию глубинной воды. Вследствие этого лента "Брокеровского конвейера" выключалась, и компенсационное течение из субтропиков, которое, как сейчас считают, "отвечает" за формирование межледникового климата Северной Атлантики, останавливалось [Lehman, Keigwin, 1992].

Таковы механизмы, переводившие коллапсы ледниковых щитов в резкие похолодания климата. Но были и другие, благодаря которым позднеледниковые похолодания столь же быстро сменялись потеплением. Суть их в следующем. При коллапсах ледниковые щиты быстро теряли высоту, в связи с чем условия их взаимодействий с тропосферными воздушными течениями коренным образом менялись. В частности, если высокий Лаврентьевский ледниковый щит "расщеплял" струйное течение полярного фронта надвое, то его коллапс, имевший место 12 тыс. |4С-лет назад, приводил к тому, что это течение вновь объединялось, и та его ветвь, которая следовала вдоль южного края щита, скачком смещалась на север [Kutzbach, Wright, 1985; СОНМАР, 1988]. За этим следовала целая цепь вынужденных изменений: тропические воздушные массы сдвигались к северу, морские льды начинали быстро отступать, теплое западное течение получало доступ в северо-восточную часть Атлантики, где в этой связи реактивизировались процессы термохалинной циркуляции и образования глубинной воды.

Одним из следствий данного потепления, определившим дальнейшую судьбу циркумполярной ледниковой плотины и Арктического озера, стало возобновление работы "Брокеровского конвейера" и вызванный им рост испарения и снегопадов. При этом, судя по гренландским данным, суммы атмосферных осадков за считанные годы удваивались [Alley et al., 1993], и питание ледниковых покровов резко улучшалось. Так что за тысячелетия, прошедшие после эпизода КРЭ-1 и первого (по "рифовой хронологии") коллапса ледниковых щитов, последние смогли восстановиться и накопить массу, необходимую для второго коллапса. Считается, что так произошло только с Лаврентьевским ледниковым покровом [Blanchon, Shaw, 1995]. Однако, по нашим данным, сходные изменения пережил и Баренцево-Карский ледниковый покров: после разрушения его баренцево-морской части, довершенного первым коллапсом, уцелевший Карский щит также набрал мощность, необходимую для новых коллапсов [Гросвальд, Красс, 1998].

Таким образом, между скачками в позднеледниковых изменениях уровня океана, или эпизодами КРЭ, с одной стороны, и реорганизациями в системе океан-атмосфера, с другой, существовала тесная связь. Отсюда – логичный вывод, что коллапсы ледниковых щитов сильнейшим образом воздействовали на климат [Blanchon, Shaw, 1995]. В его обоснование П.Бланшон и Дж.Шоу указывают на синхронность всех резких "поворотов" в дегляциальном развитии ледниковых покровов и океана, их четкую корреляцию с климатическими событиями, "записанными" в изотопном составе гренландского ледяного керна [Johnsen et al., 1995].

Продолжим эту мысль. Если коллапсы ледниковых щитов действительно играли ведущую роль в позднеледниковых реорганизациях океана и атмосферы, то вновь и с особой остротой встает вопрос об их причине. По одной из теорий [MacAyeal, 1993], эта причина была внутренней и заключалась в повторной смене температурных условий у подошвы ледниковых щитов, в переходах от режима примерзания к режиму донного таяния, связанных лишь со скоростью питания и притоком геотермической энергии.

По другой теории, защищаемой П.Бланшоном и Дж.Шоу, триггером дестабилизации и коллапсов ледниковых щитов мог быть только внешний механизм. По их заключению, единственной причиной, способной вызвать эти коллапсы, были катастрофические потопы, связанные со сбросами талой воды из внутри- и приледниковых резервуаров [Blanchon, Shaw, 1995]. Подтверждение этой теории они видят в факте синхронности коллапсов Лаврентьевского щита с эпизодами КРЭ, выбросами талой воды в Мексиканский залив и с североамериканскими потопами, создавшими поля флювиально-катастрофических форм.

Автор в основном разделяет взгляды П.Бланшона и Дж.Шоу. Однако не во всем, есть и различие, которое касается представлений о конкретных источниках "потопной" воды, дестабилизировавшей ледниковые покровы. Выше говорилось, что по П.Бланшону и Дж.Шоу роль триггера этой дестабилизации и коллапсов играли прорывы той воды, которая скапливаясь под ледниковыми щитами в результате их донного таяния. По нашей же точке зрения, учитывающей расчеты Дж.Фастука (см. раздел 6.1), этой воды было слишком мало, и искомым триггером могли быть только потопы, связанные с катастрофическими прорывами "ледниково-подпрудного океана". В последнее время это начинают понимать и американские исследователи (сообщение В.Бейкера).

Итак, евразийские прорывные потопы находят свое место в контексте коротких и резких глобальных изменений, накладывавшихся на плавный ход позднеледникового потепления. По-видимому, они представляли собой особую, ранее ускользавшую от нас деталь в механизме этих изменений, деталь, которая позволяет сказать, что в них было курицей, что – яйцом.

Выходит, что роль общего триггера всех этих изменений – коллапсов ледниковых щитов, событий Хайнриха, эпизодов КРЭ и резких температурных осцилляции, были катастрофические прорывы Арктического подледного озера. А периодичность этих событий явно зависела от скорости питания Центрально-Арктического шельфового ледника и связанного с ней нарастания неустойчивости в системе "Панарктический ледниковый покров – Арктическое подледное озеро".

Таким образом, возможно, что в тесном клубке сверхбыстрых глобальных изменений периода дегляциации евразийским гидросферным катастрофам принадлежала роль "зачинщика", инициировавшего весь процесс, и "пейсмейкера", задававшего ему темп.

---