АННОТАЦИЯ

В статье предложен возможный механизм наступления ледниковых периодов и их периодичности. Механизм связывается с нутацией земной оси, обладает очевидной периодичностью и достаточной мощностью для обеспечения климатических изменений. Периодичность изменения амплитуды нутации земной оси вызывается космическими причинами.

Ключевые слова: ледниковый период, нутация, струйные течения, долгопериодные волны, меандрирование, циклы Меланковича, климат, океан.

Весь поток энергии, влияющий на климат Земли, поступает главным образом от Солнца. Этот поток практически постоянен во времени. Интенсивность солнечного излучения постоянна (для климатических задач). Земля имеет форму шара и движется практически по круговой орбите. Есть суточные и сезонные колебания температуры, связанные с вращением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, но общий поток тепла, получаемый Землёй, от этого практически не меняется. Тогда что же приводит к периодическим похолоданиям?

В океанологии изучена и описана стационарная картина океанических течений, играющих решающую роль в переносе экваториального тепла в полярные широты. Если поток солнечной энергии на Землю постоянен, то периодические похолодания и оледенения, надвигающиеся из полярных широт, могут быть связаны с периодическим сбоем механизма переноса тепла из экваториальной области в полярные широты.

1. Литературный обзор темы периодических похолоданий и оледенений.

Уже более 100 лет назад было установлено, что современное покровное оледенение Антарктиды и Гренландии - лишь реликт гораздо более обширного оледенения, охватывавшего нашу планету всего 18 тыс. лет назад; следовательно, мы живем в межледниковую эпоху. Это касается прежде всего северного полушария - Северной Америки и Северной Евразии. Во время максимума этого оледенения льды покрывали треть суши и достигали многокилометровой толщины. Помимо основных, приполярных, областей крупные ледники охватывали почти все горные системы мира, включая Альпы, Кавказ, Тянь-Шань, Тибет, Гималаи, Анды. Поскольку из океана была изъята значительная масса воды; его уровень снизился более чем на 100 м. Средняя температура у поверхности Земли упала на 5°, что существенно повлияло на животный и растительный мир. Было определено, что оледенение в северном полушарии началось уже в позднем миоцене, около 10 млн. лет назад, а оледенение Антарктиды - еще гораздо раньше, в олигоцене, около 30 млн. лет т.н., если не во второй половине эоцена, около 40 млн. лет т.н. Следовательно, последнее в истории Земли оледенение имело огромную продолжительность, сравнимую с продолжительностью целого геологического периода. Как мы увидим ниже, тоже относится и к древним оледенениям.

Довольно скоро после открытия последнего ледникового периода выяснилось, что история развития этого оледенения была достаточно сложной: она состояла из чередования эпох наступания и отступания ледников, т.е. ледниковых и межледниковых эпох. В четвертичном периоде в Северной Америке и в Северной Евразии ледниковых эпох насчитывается пять. В настоящее время известно, что они наступали примерно каждые 100 тыс. лет

Выявленная периодичность наступания и отступания ледников нуждалась в объяснении, и такое объяснение было предложено уже в первой воловине XX в. сербским ученым М. Миланковичем. Выдвинутая им гипотеза связывала изменения климата Земли, являющиеся причиной чередования ледниковых и межледниковых эпох, с изменениями солнечной инсоляции.

Теория М. Миланковича связывает наступление ледниковых эпох с изменениями трех параметров орбиты: эксцентриситета (степени отклонения орбиты от круговой), наклона земной оси (угла между осью и перпендикуляром к плоскости орбиты) и времени прохождения перигелия (момента наибольшего сближения Земли с Солнцем). Каждый из этих параметров медленно изменяется под влиянием притяжения Луны и других планет.

Гораздо более важное, кардинальное значение имеет другое обстоятельство: теория М. Миланковича объясняет факт чередования ледниковых и межледниковых эпох, но недостаточна для объяснения самого наступления ледникового периода, чередования в истории Земли периодов холодного и теплого климата, продолжительностью первых в десятки миллионов, вторых даже в сотни миллионов лет. Ведь наступлению последнего ледникового периода предшествовало господство теплого и более равномерного климата на протяжении 200 млн. лет; похолодание началось лишь в палеоцене. Поскольку нет оснований предполагать сколько-нибудь существенное изменение солнечного излучения за этот период времени или более резкие колебания параметров земной орбиты, исследователт пришли к выводу, что следует обратиться к другим, более земным факторам, в первую очередь к перемещению литосферных плит и связанному с ним изменению в расположении континентов, прежде всего относительно полюсов, их рельефа, и в конфигурации разделявших их океанов.

Отнюдь не случайно начало оледенения Антарктиды совпало с началом на Земле альпийского горообразования, а начало оледенения Арктики - с одним из наиболее крупных его пароксизмов. Аналогично тому как последний ледниковый период совпал с альпийской эрой горообразования, позднепалеозойский довольно точно совпадает с герцинской эрой, и оледенение Гондваны, частично в Андах, могло носить горный характер. Ранневендское оледенение носило глобальный характер и, по оценке Н.М. Чумакова (1992), не уступало по своему масштабу последнему, кайнозойскому оледенению. Во всяком случае, ясно, что ранневендское оледенение являлось действительно глобальным и что оно само, или по крайней мере разнос его продуктов, вероятно, айсбергами, достигало низких широт.

Временной интервал варангерского оледенения определен в 610 - 590 млн. лет т.н. Следовательно, теплый период, отделявший его от позднеордовикского оледенения, составлял 140 млн. лет. Основное тектоническое событие, которое предшествовало и сопутствовало варангерскому оледенению, - байкальский орогенез.

Как и все другие оледенения, о которых шла речь выше, позднерифейское оледенение совпало по времени с эпохой орогенеза, проявившейся в середине позднего рифея, примерно на уровне 850 млн. лет т.н., и представлявшей раннюю фазу байкальского орогенеза. Она ярко выражена в Сибири, Китае, Индии и в ряде других регионов Земли. Существуют некоторые данные о проявлении покровных оледенений в конце среднего рифея (1,2-1,1 млрд, лет т.н.). Если они реальны, то можно снова констатировать совпадение с крупной эпохой орогенеза.

Важно отметить работу Н.М. Чумакова (2001), позволяющую существенно дополнить выше приведённые факты. Н.М. Чумаков, рассмотрев последовательность великих оледенений в течение неопротерозоя и фанерозоя, пришел к выводу об их периодическом проявлении примерно через каждые 150 млн. лет (в общем совпадающем с циклами Бертрана) и сопоставил их с проявлениями эндогенной активности Земли и, прежде всего, вулканизмом двух типов - островодужным и плюмовым. [10].

Следует упомянуть еще два момента, отмеченные Н.М. Чумаковым: во-первых, некоторое смещение во времени циклов великих оледенений по отношению к тектоническим циклам Бертрана, и, во-вторых, вариации в проявлении островодужного и плюмового магматизма с периодом в десятки миллионов лет, которые могут быть сопоставлены с циклами Штилле и объяснить климатические колебания подчиненного порядка по отношению к циклам “великих оледенений”.

Совсем недавно появилась очень важная публикация (Byerly et al., 2002), в которой сообщается об открытии в архее Каапваальского эократона Южной Африки и эократона Пилбара Западной Австралии слоя со сферулами, свидетельствующего, судя по относительно большой мощности этого слоя, о падении крупного астероида. К этому надо добавить сведения о другой находке, свидетельствующей об аналогичном событии, но относящемся к раннему протерозою. Речь идет об обнаружении метрового слоя доломита с 18-процентным содержанием сферул. Возраст содержащих этот слой отложений - между 2130 и 1848 млн. лет назад, поэтому речь может идти о дистальных выбросах либо из Фредефортского, либо из Седберийского кратеров.

Несмотря на общее число гипотез, приближающееся к 100, вопрос оледенений пока нельзя считать окончательно решенным (Хаин, 2003).

Обзор литературы показывает, что исследователями подмечено сопряжение цикличности тектонической и импактной активности с цикличностью великих оледенений. При этом оледенения смещены по времени, что может свидетельствовать о тектонической и импактной активности как причине, порождающей оледенения. Периоды малых оледенений связывают главным образом с теорией Меланковича.

Информация данного раздела получена из [1, 8, 9, 10].

2. Реакция мирового океана на нутацию земной оси. Гипотеза автора.

К числу наиболее фундаментальных движений вод мирового океана относятся массовые потоки (струйные и циркуляционные течения) и долгопериодные волны. Среди струйных течений наиболее известен Гольфстрим. Он переносит в среднем каждую секунду около 75 млн. тонн воды. Для сравнения можно указать, что самая полноводная река мира Амазонка переносит каждую секунду лишь 220 тысяч тонн воды. Гольфстрим переносит тропические воды к умеренным широтам, во многом определяя климат, а значит, и жизнь Европы. Именно благодаря этому течению Европа получила мягкий, теплый климат. Многие исследователи  Гольфстрима сравнивают его с течением реки в океане. Они считают, что Гольфстрим часто меняет свое положение (меандрирует) и настолько неустойчив, что определить его границы просто невозможно. Считается, что положение струи Гольфстрима может существенно измениться за 2 - 3 недели. В южной части Гольфстрима он имеет ширину 70 - 100 км, а в северной, около Ньюфаундленда около 500 км. Глубина Гольфстрима от поверхности приблизительно равна 500м. Все струйные течения (Гольфстрим, Куросио и т.д.) интенсивно меандрируют (меняют “русло”). Скорость струйных течений в зоне формирования меандр носит пульсирующий характер, то, набирая максимальную скорость, то, снижаясь практически до нуля, а затем все квазициклично повторяется.

В настоящее время наиболее распространёнными являются представления об источниках возбуждения долгопериодных волн связанные с ветровыми и барометрическими флуктуациями. Некоторые авторы связывают возникновение долгопериодных волн с приливными волнами.

Мы связываем возникновение долгопериодных океанических волн с нутацией земной оси, периодическим отклонением оси суточного вращения от оси симметрии. Механизмы образования океанических течений и долгопериодных волн, связанны с движением Земли как целого. Океанические течения связываются автором с суточным вращением Земли. Образование долгопериодных волн связывается с нутацией земной оси. Оба явления вызваны появлением перепада уровней воды, который возникает из-за относительного запаздывания перемещения воды по сравнению с перемещением земной коры при суточном вращении Земли и нутации земной оси. Это запаздывание вызвано инертностью водных масс. Береговая линия набегает с относительной скоростью на толщу воды и создаёт градиентный подпор по высоте. Этот градиентный подпор при нутационном покачивании оси вращения Земли носит периодический характер. Как показывают расчёты, относительной скорости между берегом и водной массой в 2,4 м/сек достаточно, что бы создать перепад уровней в 60 см., который экспериментально замерен между западным и восточным берегами океана по линии экватора.

формате PDF (218Кб)