Климатические этапы плейстоцена

Как уже отмечалось, четвертичный период в составе кайнозоя прежде всего выделяется тем, что именно ему свойственны такие отрезки времени, при которых сильно смещались границы климатических поясов и перестраивалась структура природной зональности. Установлены следующие закономерности климатических изменений квартера.

Глобальность – климатические изменения носили общепланетарный характер, в наибольшей степени проявляясь в высоких и умеренных широтах Земли.

Провинциальность – данная закономерность проявлялась двояко. Во-первых, амплитуда климатических изменений нарастала от тропических широт к полярным. Во-вторых, если на окраинах континентов в первую очередь падала температура, то в центральных областях материков активно понижалась влажность.

Направленность, или прогрессивность – каждый новый холодный (ледниковый) этап характеризовался более суровыми, по сравнению с предыдущим, условиями.

Стадийность – похолодание, приведшее к оледенению, носило прерывистый характер: как свидетельствуют отложения, на всем протяжении квартера происходило чередование волн холода и тепла, отличавшихся продолжительностью и интенсивностью.

Цикличность – на протяжении квартера многократно чередовались отрезки времени с нормальными (доледниковыми) и гиперзональными (ледниковыми) климатическими и природными в целом условиями.

Именно две последних закономерности квартера – стадийность и цикличность – легли в основу выделения климатических этапов разного ранга.

Крупнейшими климатическими подразделениями являются эпохи ледниковые и межледниковые. В свою очередь, они дробятся на более короткие этапы, во время которых амплитуды климатических изменений были меньшими: стадиалы и интерстадиалы и др. Принципиально важно помнить, что ледниковые и межледниковые эпохи отличались совершенно разной структурой природной зональности Земли, тогда как более мелкие, климатически подчиненные им подразделения характеризовались лишь смещением границ тех природных зон, которые сложились в данную климатическую эпоху.

Ледниковая (гляциальная) эпоха – время продолжительного и сильного похолодания глобального ранга, приведшего к развитию покровных ледников и общей перестройке климатической зональности. В ледниковые эпохи плейстоцена развивалась климатическая гиперзональность – полярные и субполярные климатические пояса очень сильно расширялись, особенно в северном полушарии, а площади, занятые умеренными и субтропическими поясами, наоборот, сужались. Наиболее суровым климатом за весь квартер, по мнению ряда ученых, отличалась последняя ледниковая эпоха (поозерская, вюрмская) – ее называют климатическим минимумом четвертичного периода. Причем пик холода, сопровождавшийся резкой аридизацией климата, пришелся на вторую половину поозерского времени – по сведениям А. А. Величко, минимальные температуры приходится на время 18–13 тыс. лет назад. Согласно последней стратиграфической схеме Беларуси [6], в квартере выделяется не менее семи холодных (ледниковых) эпох. Каждая из них продолжалась десятки, а иногда и сотни тысяч лет. Во время ледниковых эпох климат также не отличался однородностью – становилось то чуть теплее, то вновь холодало, причем пик суровости всегда приходился на вторую половину гляциала. Соответственно климатическим колебаниям, ледниковые эпохи разделяются на стадии и межстадиалы.

Стадией оледенения (стадиалом) называется временное планетарное похолодание, обусловившее расширение ледникового покрова и смещение природных зон в более низкие широты. Продолжительность большинства стадиалов укладывается, как правило, в 5–20 тыс. лет, хотя иногда может быть и гораздо большей. Внутри стадий выделяются осцилляции – еще более короткие этапы похолоданий, во время которых ледник незначительно наращивал свою площадь, словно пульсировал. Осцилляции хотя и занимали не более 1–5 тыс. лет, но, скорее всего, также носили планетарный характер.

Межстадиалом (интерстадиалом) называется временное глобальное потепление, обусловившее сокращение ледникового покрова и подвижку природных зон к более высоким широтам. Во время интерстадиалов ледник, в отличие от межледниковий, таял не полностью – во всяком случае, он сохранялся в области питания. Климат межстадиалов в умеренных широтах был суровее современного.

Межледниковая (интергляциальная) эпоха – разделяющее ледниковые эпохи время глобального потепления, на протяжение которого полностью растаяли покровные ледники на материках, а климат на каждой конкретной территории был не суровее современного. Во время межледниковий восстанавливалась нормальная (доледниковая) структура климатической и природной зональности. В плейстоцене выделяется не менее пяти межледниковий, хотя, как считают многие исследователи, современный послеледниковый этап (голоцен) также является интергляциалом. Продолжительность межледниковий, как и ледниковых этапов, измеряется десятками тысяч лет. В составе межледниковий выделяют три климатических фазы: предоптимума, оптимума и постоптимума.

Фаза предоптимума характеризуется волнообразным ростом температур, обуславливающим увеличение испарения с поверхности океанов и, следовательно, повышение влажности воздуха.

Фаза оптимума соответствует самому теплому и влажному отрезку времени межледниковья. Предполагается, что во время оптимумов четвертичных межледниковий климат на территории Беларуси был теплее современного, да и осадков выпадало больше. Самым теплым и мягким климатом изо всех межледниковий, по мнению многих исследователей, отличалось последнее – муравинское, поэтому его называют климатическим оптимумом плейстоцена.

Хотя существуют и отличные от приведенных взгляды. Например, как утверждают многие палинологи (Махнач Н. А. и др., 1973), самым теплым и продолжительным изо всех межледниковий квартера следует считать александрийское, приуроченное уже к среднему плейстоцену. С другой стороны, согласно А. А. Величко, на протяжении всего четвертичного периода главной тенденцией климатических изменений было направленное усиление континентальности и охлаждения. Это означает, что от раннего плейстоцена к позднему климат ледниковых и межледниковых этапов становился все суровее, следовательно, древнейшие межледниковья (т. е. раннего плейстоцена) отличались большей тепло- и влагообеспеченностью, чем последние. Точно также менее благоприятен и климат голоцена, по сравнению с муравинским.

Таким образом очевидно, что в зависимости от конкретной фактической информации, использующейся для реконструкции палеоклиматов, могут быть получены совсем разные результаты, нередко противоречащие друг другу.

Фаза постоптимума является завершающей – климат становится холоднее, в полярных и высокогорных областях накапливается и метаморфизируется снег – начинается формирование глетчеров в будущих центрах материкового и горного оледенения. По мере развития ледовых покровов влажность воздуха снижается.

По мнению ряда исследователей, для некоторых межледниковий плейстоцена такое деление является упрощенным, поскольку характер отложений позволяет выделять два или более оптимума, разделенных промежуточными похолоданиями.

Вполне очевидно, что геолого-геоморфологические процессы, протекавшие в четвертичном периоде на каждой конкретной территории, сильно отличались. Эти отличия определялись во-первых, географическим положением региона, а во-вторых – климатическим этапом развития. В соответствии с географическим положением и особенностями климата, сушу всей Земли можно разделить на ледниковые, перигляциальные и внеледниковые зоны. Ледниковые зоны – территории, подвергавшиеся в ледниковые эпохи непосредственному воздействию ледников и их талых вод. Перигляциальные зоны – территории, обрамлявшие ледниковые зоны, и находившиеся под влиянием многолетней мерзлоты. Внеледниковые зоны – территории, не испытавшие влияния ледников и многолетней мерзлоты.

Геологические процессы ледниковых зон

В ледниковых зонах – районах распространения глетчеров – главным геологическим и геоморфологическим агентом был движущийся лед, а также его талые воды. Под воздействием этих двух факторов шло накопление отложений ледниковой формации.

Развитию покровного ледника предшествовало похолодание, в первую очередь распространявшееся на горные вершины, где накапливались снега. Эти вершины впоследствии превратились в центры покровного оледенения. С течением времени оформлялось горное оледенение, которое переходило в промежуточное и, наконец, в покровное. На приподнятой территории центра оледенения господствовали морозное выветривание, ледниковая экзарация и снос обломков горных пород. Эти процессы формировали соответствующие типы и формы рельефа: кары, цирки, троги, бараньи лбы и проч. Таким образом, древние центры покровного оледенения являются провинциями экзарации и сноса обломочного материала. Под навалившейся гигантской массой льдов вся область ледникового питания испытывала гляциокомпенсационное прогибание, распространявшееся и на прилегающие регионы.

С выходом ледника на равнины характер его работы менялся – наряду с продолжающейся экзарационной деятельностью, начиналась и аккумулятивная. Ледник, как правило, надвигался не единым фронтом, а выпуская из себя языки и лопасти, уходившие далеко вперед по речным долинам и другим доледниковым понижениям рельефа. Именно в этих долинах и осуществлялась с наибольшей силой разрушительная работа глетчеров: ледники своими телами выпахивали рыхлые породы на большую глубину, действуя подобно бульдозеру. Кроме того, потоки талых вод, двигавшиеся перед ледовым фронтом, также скапливались в этих долинах и размывали их. Так шло образование долин ледникового выпахивания и размыва. Самые глубокие из таких долин, с V-образным поперечным профилем, возникали в областях развития плотных карбонатных пород. Массы талых вод, скопившихся под ледником, под большим давлением нагнетались в трещины известняков, углубляя и расширяя их. Если территория подвергалась нескольким покровным оледенениям, например, как Беларусь, то экзарация и размыв каждым последующим ледником могли снести с поверхности накопления предыдущего глетчера. Только при движении под днищем ледника накапливался слой уплотненных неотсортированных обломков, называемый донной мореной – это главный тип гляциальных отложений, позволяющий восстанавливать количество ледниковых этапов на данной территории. Местами ледник срывал целые блоки доледниковых пород, переносил их на небольшие расстояния, и затем выбрасывал, оставляя лежать у самой поверхности под слоем морены. Так возникали ледниковые отторженцы. Как уже отмечалось, перед надвигающимся ледовым фронтом по дну ложбин текли потоки талых вод, накапливая водно-ледниковые отложения времени наступания ледника. Следовательно, именно такие потоки первыми достигали территории Беларуси при каждом новом оледенении, именно они оставляли первые эрратические обломки. Для тех, кто хочет посмотреть реальные пацаны онлайн новые серии можно найти на сайте serialguru.ру.

Достигнув предела своего распространения, ледник на какое-то время застывал на месте, иногда судорожно пульсируя, а затем начинал таять. В фазу деградации формировались все типы ледниковых и водно-ледниковых отложений, кроме донной морены. С поверхности глетчера ссыпались груды принесенных обломков, образуя вытянутые параллельно ледовому фронту гряды насыпных конечных морен. В составе обломков преобладали продукты разрушения местных доледниковых пород, хотя были распространены и валуны, принесенные издалека. Такие обломки, состав которых позволяет четко определить местоположение провинции ледникового сноса, называют руководящими валунами. Потоки талых вод размывали морену, унося и сортируя обломки, и накапливая их в трещинах и пустотах разных размеров и конфигурации. Так закладывалось начало формированию отложений озов и камов. Иные потоки, вырвавшись из разломов ледового края, растекались широким веером по прилегающей равнине, и оставляли пологовыпуклые конусы зандровых накоплений. Местами талые воды скапливались, создавая озера – либо на поверхности, либо под днищем ледника, либо вплотную к его краю. В этих водоемах, нередко достигавших площади в тысячи квадратных километров, горизонтальными слоями оседали на дно самые тонкие минеральные частицы: глины и алевриты, образуя лимно-гляциальные ленточные глины. По мере деградации, ледник оставлял на поверхности им же созданной донной морены разного рода водно-ледниковые отложения времени таяния. Абляция ледников отличалась неравномерностью – отдельные массивы льда, покрытые мощным слоем поверхностной морены, таяли медленно, и длительное время оставались захороненными, вплоть до межледниковья. Таяние такого мертвого льда вело к накоплению абляционной морены, а также озовых и камовых отложений.

Иногда температуры понижались, и край ледника в очередной раз стабилизировался. Тогда вновь, как прежде, возникали пояса конечных морен и других, связанных с ними гляциальных и водно-ледниковых отложений. Нередко похолодания могли вызывать кратковременные пульсации ледника – их называют осцилляциями, и тогда глетчер рывком продвигался на некоторое расстояние, дислоцируя им же накопленные или даже доледниковые породы, и формируя конечные морены напора и выдавливания.

Более того, могли происходить и длительные похолодания, приводившие к новой стадии развития ледника и, следовательно, к формированию еще одного слоя донной морены. Во время стадиалов глетчер мог продвинуться даже за пределы распространения первой стадии. При этом ранее накопленные отложения могли подвергнуться экзарации и размыву, а значит, частичному или полному уничтожению. Таким образом, главным свидетельством стадийности служат лежащие друг над другом горизонты донных морен, разделенных интерстадиальными отложениями: водно-ледниковыми или даже органогенными.

Межморенные горизонты, содержащие породы органического состава, возникали только при самых продолжительных и теплых интерстадиалах, когда на освободившейся ото льдов территории развивалась растительность. Отличить межледниковые осадки от интерстадиальных можно только по составу флористических останков. Если в межледниковья распространялась теплолюбивая и разнообразная лесная флора, то среди интерстадиальных растений господствовали немногочисленные холодоустойчивые виды, родственные современным обитателям тундры и лесотундры. Во всяком случае, лесные ассоциации во время интерстадиалов на территории Беларуси формировались редко, и встречались лишь на юге. Процессы почвообразования протекали вяло, в озерах и болотах накапливались маломощные органические осадки.

Следовательно, в результате оледенения усложнялось геологическое и геоморфологическое строение территории. На поверхности накапливались значительные толщи континентальных отложений преимущественно ледникового и водно-ледникового генезиса. Происходила кардинальная перестройка рельефа: во-первых, возрастала абсолютная высота; во-вторых, резко увеличивалась расчлененность поверхности; в третьих, возникали совершенно новые генетические типы и формы рельефа.

Геологические процессы перигляциальных зон 

В ледниковые эпохи изменялся ход природных процессов и далеко за пределами растущего ледника – на территориях перигляциальных зон, где царствовала многолетняя мерзлота. Перигляциальные зоны формировались перед фронтом ледника в фазу трансгрессии и стабилизации края. Распространяющиеся от глетчера волны холода сковывали грунты многолетней мерзлотой, изгоняли или даже уничтожали растительность и животных. Следовательно, в приледниковых районах почти или полностью прекращалось накопление органогенных пород. Эти территории отличались своеобразием климата. Близость ледника обеспечивала условия, подобные которым сейчас можно наблюдать в высокогорьях: низкие температуры воздуха при значительном количества суммарной солнечной радиации. Последнее объясняется сочетанием охлаждающего влияния ледника с безоблачной погодой, поскольку над ледовой поверхностью. господствовал антициклон. С ледяного щита постоянно дули сильные и сухие стоковые ветры, как ныне над Антарктидой. Соответственно климату, своеобразной была и растительность перигляциальной зоны – по своему составу она напоминала одновременно флору современных высокогорных степей и тундр. Другими словами, здесь выживали только самые неприхотливые растения: холодоустойчивые и способные выдерживать сухость.

Из геологических процессов в перигляциальной зоне господствовали морозное выветривание, трещинообразование, солифлюкция, крип, вспучивание грунтов, наледеобразование и другие, свойственные зоне многолетней мерзлоты. На поверхности накапливались отложения криогенной формации. Наряду с выхолаживанием, происходило иссушение климата, мелели озера и реки. Компенсационное погружение обуславливало уменьшение уклона речных русел, поэтому падали скорости течения. Совокупное воздействие обмеления и потери скорости вело к тому, что реки оказывались не в состоянии выносить обломки, и их долины заполнялись рыхлыми толщами криогенного аллювия. На почти лишенных растительности водоразделах чрезвычайно активно протекали эоловые процессы. Деятельность ветра, раздувавшего возникающий на высохшей поверхности мелкозем, вела к быстрому накоплению лессовых отложений – самых ярких и достоверных свидетелей сурового климата. Если даже на территории не найдено горизонта морены, то именно по наличию лессовидных алевритов можно говорить о господстве ледниковых условий.

Происходящие в зоне многолетней мерзлоты геологические процессы связаны, в первую очередь, с расклинивающим горные породы действием замерзающих подземных вод. В свою очередь, это действие зависит от условий залегания и режима подземных вод, а также от характера подземных льдов.

Морозное выветривание является главнейшим самостоятельным процессом криолитозоны. Кроме того, оно сопровождает практически все остальные происходящие здесь экзогенные явления. Именно благодаря морозному выветриванию, в составе поверхностных пород зоны многолетней мерзлоты широко распространены алевриты.

Морозное трещинообразование заключается в раздавливании рыхлых пород деятельного слоя замерзающей водой. Морозобойные трещины заполняются льдом, или рыхлыми мелкодисперсными породами, или смешанной грунтово-ледовой массой, образуя морозобойные клинья. Они достигают максимальных размеров, когда трещина рассекает не только деятельный слой, но и многолетнемерзлые породы. Рост клиньев обусловливает деформацию вмещающих пород, в результате чего трещины обрамляются валиками выдавленных на поверхность грунтов.

Этот процесс, повторяясь из года в год в одном и том же месте (трещине), ведет к образованию тундровых полигонов. В однородных грунтах такие полигоны имеют форму четырехугольника, а в неоднородных – неправильного многоугольника.

Процессы морозного вспучивания слоев горных пород происходят в результате замерзания залегающих на небольшой глубине подземных вод. В зависимости от условий залегания замерзающих подземных вод – таликов, формируются бугры пучения двух типов: миграционные и инъекционные. Инъекционные бугры пучения возникают при замерзании межмерзлотных таликов, в которых водонасыщенный грунт со всех сторон сжат мерзлотой. Промерзая, талик развивает гидростатическое давление, достигающее 140 т/м², и разжиженный грунт выдавливается в ослабленную зону, приподнимая вышележащие слои все выше, по мере замерзания. Примером таких бугров пучения являются гидролакколиты – куполовидные холмы с ледяным ядром, называемые в Якутии булгунняхами, а на севере Канады – пинго.

Бугры пучения второго типа называются миграционными. Их образование связано с промораживанием надмерзлотных таликов, залегающих в торфяниках. После замерзания торфа вода, заключенная в нижележащих суглинисто-супесчаных грунтах, начинает мигрировать к поверхности. Скопившись под панцирем льдистого торфа, вода также замерзает, увеличиваясь в объеме, и выдавливает бугор.

На поверхности криолитозоны происходят и такие процессы, как крип, солифлюкция, курумообразование и др.

Крип – это медленное сползание по склону горных пород под действием силы тяжести. В условиях мерзлоты процессы пучения поднимают поверхностные породы в направлении, перпендикулярном склону холма. Во время таяния крупные обломки оседают вниз, с каждым циклом таяния оказываясь все ниже по склону.

Солифлюкция проявляется в медленном течении рыхлых пород поверхности склона. С приходом теплого сезона поверхность склона оттаивает, породы насыщаются талой водой. Лежащие глубже слои скованы льдом и играют роль водоупора. Пропитавшись водой, поверхностный пласт становится тяжелее и приобретает пластичность, после чего приходит в движение, оплывая вниз по склону со скоростью от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в год. Накапливающиеся таким путем у подножия слои называются солифлюксием.

Курумообразование заключается в выдавливании на поверхность крупных обломков. В холодный сезон крупные валуны промерзают быстрее, чем окружающие песчаные или глинистые породы. Возникающие под валунами линзы льда приподнимают их. В теплое время валун прогревается быстрее, лед под ним тает. Талая вода захватывает мелкие частицы и отлагает их под валуном, не позволяя тому опуститься на первоначальную глубину. В результате многократного повторения процесса крупные обломки, вытолкнутые на поверхность, формируют каменные поля и каменные реки, или курумы. Находящиеся на склоне курумы могут двигаться вниз под действием солифлюкции или крипа.

Геологические процессы внеледниковых зон и межледниковых эпох

Во внеледниковых зонах, охватывавших преимущественно тропические широты, климат и характер экзогенных процессов не изменялся – эти процессы, подчиняясь закону широтной зональности, были такими же, как и в современности. Следовательно, здесь продолжали накапливаться те же типы осадков, что и на доледниковом этапе развития. Нужно лишь отметить, что по причине морской регрессии, сопровождавшей каждое оледенение, площади осадконакопления на суше возрастали, а в океане сокращались. Установлено, что во время крупнейших по объему оледенений уровень Мирового океана понижался на 100–120 м. Кроме того, временами резко увеличивалась влажность в пустынных регионах тропических широт. Связано это с тем, что развитие ледниковых покровов могло приводить к сильному сдвигу ветровых поясов, и западные ветры, смещаясь далеко в низкие широты, приносили обильные осадки в ныне засушливые области. Такие климатические этапы называют плювиальными. Во время плювиалов на территории Сахары возникала густая речная сеть, развивалось множество озер. Об этом свидетельствуют не только речные и озерные осадки плейстоцена, но и найденные здесь наскальные рисунки, на которых изображены жирафы, буйволы и слоны. О том же говорят найденные в пещерах рыболовецкие принадлежности древнего человека и кости животных.

По мере потепления и роста влажности климата происходило восстановление природной зональности. В соответствии с климатическими этапами, на захваченных ранее ледниками равнинах формировались лесные ландшафты: таежных и смешанных лесов во время предоптимума, и хвойно-широколиственных и широколиственных в фазу оптимума. Установлено, что на протяжении каждого нового межледниковья формировались свои, отличные от предыдущих интергляциалов растительные ассоциации. Поэтому изучение флористических останков позволяет определить возраст не только межледниковых отложений, но и стратиграфическую приуроченность выше- или нижележащих моренных горизонтов.

Тундровые животные исчезали, их место занимали обитатели лесов и лесостепей. Распространение биоты привело к развитию процессов почвообразования, активному накоплению органогенных и других типов отложений термогенной формации.

Резко изменялись и геолого-геоморфологические процессы. На смену морозному выветриванию приходило температурное и химическое. В условиях возросшей влажности начались суффозионные процессы. Постепенное вытаивание погребенных льдов обусловило развитие термокарста. Термокарст – это процесс вытаивания подземных льдов и последующего проседания земной поверхности. Он происходит тогда, когда глубина сезонного оттаивания грунтов превышает глубину залегания подземных льдов. В результате термокарста возникают блюдцеобразные котловины – аласы. В разрезе склонов аласов отчетливо видны вызванные просадкой деформации слоев горных пород (изменения угла падения слоев, сбросы и др.). Если термокарстовые западины расположены вплотную друг к другу, то между ними воздымаются останцовые бугры, именуемые байджерахами [20]. Процессы термокарста к концу фазы предоптимума завершались.

Рост температур способствовал освобождению Мирового океана ото льда, испарение с его поверхности возрастало. Восстанавливалась доледниковая схема циркуляции атмосферы, и циклоны несли налитые влагой тучи на просторы материков. По наполнившимся водой руслам мчались бурные потоки, размывая и вынося обломки, загромоздившие речные долины во время оледенения. Мощь воды еще более усиливалась возросшими уклонами русел, поскольку происходило гляциоизостатическое поднятие территории, освободившейся от чудовищного давления. Поэтому на первом этапе межледниковья в работе рек господствовала глубинная эрозия, шло формирование надпойменных террас. В фазу оптимума продольные профили русел приближались к кривой равновесия, скорость течения ослабевала, развившаяся боковая эрозия расширяла речные долины, достигшие стадии зрелости. Особенностью развития речных долин была унаследованность – располагались они примерно там же, где и до оледенения. Одновременно с аллювиальными процессами, на крутых склонах, не успевших покрыться растительностью, оживало оврагообразование, а у подножий задернованных пологих склонов накапливался делювий. Влажный и теплый климат обеспечивал накопление в озерах торфянистых сапропелей, если же временами климат иссушался, то на дно оседали карбонатные породы. Рост увлажнения приводил к подъему грунтовых вод и заболачиванию, накоплению торфяников.

Одновременно с таянием льдов, рос уровень Мирового океана. Поскольку скорость изостатического подъема суши была несравнимо ниже, то морские воды затапливали низинные побережья. Результатом морских трансгрессий плейстоцена явилось чередование ледниково-морских и шельфовых отложений на поверхности приморских равнин севера Европы, Западной Сибири и Северной Америки.

В конце фазы постоптимума происходило чередование все более коротких волн тепла и все более продолжительных холода, усиливалась сухость, и обводненность рек уменьшалась, озера заполнялись осадками, в составе которых уже преобладали минеральные, торфонакопление в болотах ослабевало. Растительность становилась скуднее и разреженнее, активизировалась работа ветра.