Ладожское озеро


Последнее великое оледенение территории СССР

Автор: М. Гросвальд
Источник: альманах «Науки о Земле», 10/1989.
Публикуется в незначительном сокращении.
Полный вариант в формате PDF (1.5Mb)
Полный вариант в формате DJVU (3.5Mb)

Содержание

Введение
Ледниковые периоды и эпохи
Как реконструируют древние оледенения
Границы евразийского ледникового покрова
Полярные ледниковые покровы
Ледниковые покровы северо-востока Евразии
Погребенные остатки ледниковых покровов
Рельеф щитов рисуют компьютеры
Горно-ледниковые комплексы
Приледниковые озера, системы стока талых вод
Заключение

Как реконструируют древние оледенения

Наверное, все знают, что главный метод восстановления размеров и формы древних оледенений состоит в сборе геологической информации. Геологи начали с выяснения, какие отложения и формы рельефа создаются современными ледниками, а затем на огромном числе примеров показали, что изучение и картирование подобных образований на ныне безледных равнинах и горах могут дать хорошее представление о древних оледенениях этих территорий. В процессе геологических съемок они обращают особое внимание на скопления несортированных суглинков и песков (морен), которые включают штрихованные валуны и слагают специфичные формы рельефа – гряды, холмы, системы беспорядочно разбросанных озерных впадин.

На их основании восстанавливают положение краевых зон древних оледенений, этапность их убывания, выявляют и другие формы рельефа, образующие закономерно «организованные» комплексы, связанные с ледниковыми. Обычно в такие комплексы входят образования, возникшие в процессе перемыва и переотложения моренного материала талыми ледниковыми водами. В тылу морен, маркирующих положения ледникового края, это песчано-галечниковые холмы и гряды, созданные при заполнении трещин и пустот на этапах деградации льда, – озы, камы, камовые террасы. Перед фронтом конечных морен – свой набор форм: широкие плоские конусы, сложенные грубо перемытыми галечниками и песками, а также озерные террасы, состоящие из мощных толщ так называемых ленточных глин.

Столь же важным признаком древних оледенений служат следы ледниковой эрозии. На равнинах и в горах геологи фиксируют ледниково-эрозионные (экзарационные) формы – сглаженные и изборожденные выходы твердых пород (бараньи лбы, «курчавые» скалы), ложбины выпахивания на равнинах, желоба-троги на континентальных шельфах, троговые долины и кары в горных странах. Ориентировки бараньих лбов и особенно ледниковых борозд и штрихов позволяют выяснить направления движения древнего льда; вместе с данными о конусах рассеивания так называемых эрратических, т. е. «блуждающих», валунов они часто играют решающую роль в установлении позиций ледниковых центров, линий тока древнего льда.

В тех районах, где ледниковые щиты налегали не на скальные, а на легко деформируемые, «мягкие» осадочные породы, их следы чаще всего представлены гляцио-тектоническимм образованиями – поверхностными складками, взбросами и надвигами, выраженными в рельефе в виде дуговидных гряд, выпуклые стороны которых всегда обращены в направлении движения льда. Такие гряды называют напорными, или дислокационными, моренами, их тела, как правило, состоят не из валунных суглинков, а из доледниковых – меловых, палеогеновых, неогеновых – пород, что часто вводит исследователей в заблуждение: история науки полна примеров, когда гляциотектонические структуры принимались за следствия горообразовательных и других глубинных процессов. Новейшие исследования показали, что такие структуры почти всегда возникали там, где температуры придонного льда были близки к точке замерзания и он был частично приморожен к ложу.

Есть и более косвенные пути выяснения географии древних оледенений. Один из них сводится к поиску следов перестроек гидрографической сети, которые можно было бы объяснить – конечно же, после тщательной проверки! – ледниковым подпруживанием рек. Последнее обычно устанавливают по остаткам озерных бассейнов и следам стока из них, по признакам «ледниковых» трансгрессий внутриконтинентальных озер-морей, подобных Каспийскому, параллельным ледниковому краю прадолинам или ныне сухим ущельям, секущим современные водораздельные седловины. Особая ценность палео-гидрологических данных – в возможности прямого датирования озерных и речных террас, их сопоставления с ледниковыми формами и создания на этой основе особой, независимой системы доказательств оледенения.

Другой косвенный метод состоит в исследовании следов гляциоизо-статических движений земной коры – ее погружений и поднятий, причинно связанных с появлением и исчезновением ледниковой нагрузки. В районах, где мощности ледниковых щитов измерялись первыми километрами, размах вертикальных движений достигал 900—1000 метров, а их скорости временами доходили до десятка метров в 100 лет, т. е. минимум на порядок превышали известные скорости тектонических процессов. На побережьях Гудзонова и Ботнического заливов, с которыми совпадали центральные части больших ледниковых щитов, сравнительно молодые береговые линии подняты на высоту 280— 285 метров, причем их возраст – около 8 тысяч лет – позволяет предполагать, что они сформировались уже после того, как большая часть поднятия успела завершиться.

Лучший способ изучения гляцио-изостатических движений – измерение высот и возраста морских береговых линий. Быстро развиваются также дистанционные исследования: приборы-гравиметры, установленные на самолетах и космических аппаратах, определяют значения силы тяжести и выявляют поля ее отрицательных аномалий. Последние же – характернейший признак областей, испытавших недавний изостатический прогиб и еще не успевших восстановить прежнее равновесие.

Все эти методы применяются совместно – так, чтобы они дополняли и проверяли друг друга. И обязательно – на больших площадях, соизмеримых с масштабами древних ледниковых покровов, в комплексе с палеоклиматическим и гляциологическим анализом.

Палеоклиматические исследования позволяют составить представление об условиях зарождения и существования ледников прошлого, а именно о температурах воздуха и океана, о количествах атмосферных осадков в интересных для нас регионах на тех или иных этапах ледниковой истории. Для получения таких данных палеоклиматологи разработали целую систему методов, начиная с палеоботанических и древнемерзлотных и кончая изотопно-геохимическими. Важнейший — во всяком случае, для нас – итог их работы состоит в определении прошлого положения снеговой линии или уровня на земной поверхности, выше которого накопление снега преобладало над его таянием и испарением. Иными словами, палеоклиматологи, базируясь на собственных данных, могут указать области, где с их точки зрения могло развиваться оледенение, и тем самым подсказать геологам районы перспективных поисков и проверить правдоподобность уже сделанных реконструкций.

Что же касается гляциологического анализа собранных геологами фактов, то без него о грамотной реконструкции древних оледенений не приходится и говорить. В самом деле, мыслимо ли восстановить сложное природное образование, не представляя себе, как оно функционировало! Поэтому приступать к реконструкциям оледенения можно лишь после того, как получишь необходимые знания о законах, которым подчиняются ледники и ледниковые покровы.

Геолог должен знать, как их плановые размеры соотносятся с толщиной, а морфологический тип с типом движения, как их форма и движение связаны с рельефом ледникового ложа и физическими условиями на нем. Он не может грамотно разобраться в палеогеографии ледниковых эпох без знания факторов, определяющих стационарный, или «равновесный», режим ледниковых систем – режим, обеспечивающий их относительную неизменность, без понимания всего спектра типов поверхностых отложений и форм рельефа, которые рождаются от взаимодействия ледников с литосферой.

И конечно же, необходимо быть в курсе теорий, объясняющих зависимость размеров, формы и динамики ледниковых образований от характера их связей с атмосферой и океаном. Одним словом, надо быть во всеоружии достижений гляциологии, накопленных за десятилетия исследований современного оледенения, в особенности ледниковых щитов Антарктиды и Гренландии. Но мы часто не по-хозяйски распоряжаемся этим опытом. Поясню это несколькими примерами.

Первый пример – самый простой. Гляциологи, да и не только они, знают, что на равнинном ложе ледниковые массы растекаются во все стороны от центра, образуя округлые в плане, выпуклые щиты. В неизбежности этого легко убедиться, поэкспериментировав с тестом, варом или другими вязкими жидкостями. И только в горных трогах, имеющих высокие борта и ясно выраженные продольные уклоны, формируются долинные ледники – ледяные реки, способные к объединению в сложные сетчатые системы. Тем не менее при объяснении разноса валунов геологи сплошь и рядом рисуют узкие лопасти долинных ледников, якобы двигавшиеся по равнинам. Хорошо помню подобную реконструкцию, сделанную для Западной Сибири.

Или другой пример, тесно связанный с первым. Общеизвестно, что вершины ныне существующих ледниковых щитов располагаются вблизи их центров – конечно, если рельеф льда не испытывает влияния подледных гор. Взгляните на карты Восточной Антарктиды и Гренландии, на ледниковые шапки Земли Франца-Иосифа и Северо-Восточной Земли, и вы убедитесь, что это так.

Тот же вывод сделан и после численного моделирования ледниковых покровов на ЭВМ: у стационарных ледниковых щитов, форма которых не искажена неровностями ложа, различия в длинах поверхностных линий тока не могут быть большими (правило Хьюза). Но отсюда следует, что если нам известна одна древняя линия тока – по траекториям переноса валунов, ледниковым шрамам на скалах или прочим следам движения, – то мы можем знать приблизительные длины всех других.

Если известная нам линия тока тянулась, скажем, от центра Карского моря в бассейн Средней Печоры, то мы должны ожидать, что другие линии тока того же ледникового щита переваливали с моря через горы Бырранга на Таймыре и достигали края шельфа на севере. С гляциологической точки зрения это неизбежно, но геологи об этом часто даже не думают!

Первый пример имеет и другие следствия. Если ледниковые щиты имеют выпуклую форму, большие – до 3-4 километров – высоты и их лед растекается от центров к периферии в соответствии с уклонами собственной поверхности, то ведь надо считаться с очевидностью и обратного: когда мы видим следы движения древнего льда вверх по склонам, например из акваторий современных полярных морей на юг, на приморскую сушу Северной Евразии, следует понимать, что этот лед мог представлять собой лишь краевую часть большого ледникового покрова, ледораздел которого лежал много севернее, на шельфе.

И вообще, если доказано движение льда с моря на сушу, то это может значить только одно – соответствующий шельф был до самых бровок занят ледниковым покровом. У этого постулата есть строгое математическое доказательство (закон Вертмана), но и без него ясно: расход на откалывание айсбергов от ледникового края, выдвинувшегося в море на глубины в несколько сотен метров, может быть столь большим, что его не компенсирует никакое снегонакопление.

Поэтому «морские», т. е. налегающие на шельфы, ледниковые щиты могут быть стационарны лишь при условии, что движение их льда в сторону моря заторможено другими – также ледниковыми – массами. И если лед все же надвигался с моря на сушу, то это могло произойти только после того, как он исчерпал все возможности растекания по поверхности шельфа. Между тем и сегодня публикуются карты, на которых показаны древние ледники, наступавшие с моря на сушу, тогда как это море «оставлено» частично или даже полностью свободным от оледенения. Их авторы не понимают, что такая ситуация противоречит физическим законам, что она столь же немыслима, как реки, текущие в гору.

Теперь вернемся к взаимодействиям ледниковых покровов с поверхностью литосферы и представим себе следствия их прямых и обратных связей. Выше уже говорилось, что под воздействием ледников, частично примороженных к «мягкому» ложу, в последнем формируются складки, надвиги, взбросы, от них отчленяются крупные пластины-отторженцы.

Наблюдения на севере Польши и ГДР, в Нидерландах и Дании показали, что гляциотектоническая переработка поверхностных отложений имеет практически повсеместный, массовый характер. Столь же сильно дислоцирован ледниками поверхностный чехол Белоруссии и Прибалтики, появляются данные о гигантских гляцио-дислокациях в Западной Сибири. Если представить себе пачки слоев поверхностных отложений названных областей в виде карточных колод, то они оказываются основательно перетасованы, перемешаны.

Поэтому можно ли ожидать, чтобы первичная последовательность осадочных слоев здесь сохранялась, оставляя возможность для применения привычных методов стратиграфии и геохронологии? И тем не менее они подчас применяются, А гляцио дислокации, как мы уже говорили, принимаются за следы глубинных тектонических процессов.

Что касается обратного воздействия процессов у ложа на ледниковые щиты, то оно прежде всего сказывалось на их высоте и форме профилей. Гляциологи давно установили, что высота (толщина) таких щитов (H) и углы падения их склонов (α) сильно варьируют в зависимости от значений предельного сопротивления сдвигу у ложа (τ/b) и их связь описывается простым уравнением.

Это уравнение объясняет, почему плавучие шельфовые ледники, у которых τ/b = 0, имеют форму гигантских плоских плит, а примороженные к скальному ложу ледниковые массы с их максимально высокими значениями τ/b близкими к одному бару, или 100 килопаскалей приобретают форму в наибольшей степени выпуклых щитов.

Ледниковые щиты, налегавшие на ложе, выстланное глинисто-супесчаными отложениями, занимали в этом ряду промежуточное положение как по величинам ть, так и по своим высотам и крутизне склонов.

Именно поэтому Гренландский ледниковый щит, покоящийся на каменном ложе, оказывается на целый километр выше древнего Восточносибирского щита (о котором речь пойдет ниже), имевшего ту же площадь, но «мягкое» легко деформируемое ложе. Естественно, что подобные данные можно получить только гляциологическими и никакими иными методами.