Рис. 1. Причины возникновения ледниковых эпох
На рис. 1 изображена схема, по которой довольно удобно построить грубую настольную модель Земли, обращающейся вокруг Солнца. Вам пригодится глобус, или вместо него можно взять апельсин и проткнуть его вязальной спицей, как осью. В центре поставьте свечку, она будет изображать Солнце. Если у вас есть круглый стол, то его край может соответствовать земной орбите; на прямоугольном столе можно нарисовать мелом круг. Если, поместив ваш апельсин на эту орбиту, вы будете держать спицу вертикально, чтобы экватор апельсина, или Земли, находится на одном уровне с огоньком свечи, т. е. Солнцем, тогда вы легко увидите, что экватор получает от огня больше света, чем верхний и нижний полюса, через которые проходит спица. Стало быть, мы выяснили, что на экваторе жарче, чем на полюсах, потому что он получает больше солнечных лучей. Если мы будем двигать апельсин по орбите, поворачивая его, но продолжая держать спицу вертикально, мы поймем, отчего происходит смена дня и ночи, тепла и холода, но только не лета и зимы, и не узнаем, почему, когда у нас лето, в Австралии зима. Но стоит только наклонить спицу, как все уже выглядит совершенно по-другому. Именно это и имеет место в действительности, то есть в настоящее время угол наклона плоскости экватора к орбите Земли составляет 23°27′. На рис. 1 показано, как это влияет на смену времен года.
Позиция 1 соответствует весеннему равноденствию, которое бывает 21 марта, когда ночь по продолжительности равна дню. 21 июня, в день летнего солнцестояния, – позиция 2 – к Солнцу обращено все Северное полушарие, где в этот сезон устанавливаются самые длинные дни. В день осеннего равноденствия 23 сентября – позиция 3 – ночь и день снова имеют одинаковую продолжительность. Позиция 4 соответствует дню зимнего солнцестояния, самому короткому дню в году, который наступает 21 декабря, а Северное полушарие наклонено в противоположную сторону от Солнца и, следовательно, тепла.
Наклон плоскости экватора к орбите Земли на протяжении многих веков изменялся от 22°6 ' до 24°50. При первом значении разница в температуре между зимой и летом менее заметна, чем сейчас, а при втором разница увеличивается. Меняется и форма земной орбиты, иногда она становится больше похожа на овал, к тому же в отдельные периоды Земля находится ближе к Солнцу, а в другие дальше. В таких случаях лето укорачивается, а зима удлиняется.
Это называется предварением равноденствий; в своем вращении Земля совершает колебания, и это еще больше влияет на наклон оси. Из-за Гольфстрима климат у нас в Англии мягче, чем обычно бывает на таких широтах. Если не забывать о том, что при самом незначительном понижении температуры к нам вернутся снег и лед, то легко понять, каким образом сочетание условий, о которых мы только что говорили, могло вызвать ледниковые периоды.
Но волноваться нет причины – наклон земной оси изменяется медленно, на протяжении тысячелетия.
Ученые впервые серьезно задумались о существовании ледниковых периодов, когда геологи начали изучать местности, в которых ледниковый период продолжается до сих пор, как, например, в Швейцарии. Вскоре геологи выяснили, что условия, характерные для Швейцарии, напоминают условия, типичные для тех мест, где сегодня ледников нет, – поэтому, чтобы понять геологическую датировку палеолитического человека, придется разобраться со швейцарскими ледниками.
Ледник – это очень медленно двигающаяся ледяная река. Набирая силу на заснеженных горных вершинах, под действием гравитации ледник сходит в долину, и по мере продвижения в него вливаются притоки. Снег уплотняется и превращается в лед, и вполне очевидно, что границы долины оказываются под огромным давлением. Если мы поедем в горный район, где во время ледникового периода были ледники, то там мы найдем множество признаков их существования. Медленно ползущие массы льда сглаживают края долин, врезаясь в скалы и образуя так называемые «бараньи лбы»[1]; также нам встретятся груды каменных обломков, которые называются мореной, ледниковым отложением. Из-за сильного мороза скалистые склоны долины трескаются и ломаются, обломки падают на ледник и остаются в виде вала по краям или уносятся вместе со льдом. Это называется боковой мореной (рис. 2.1). При столкновении двух ледников боковые морены объединяются в один вал и скатываются в середину более низкого ледника – это называется срединной мореной (рис. 2.2). Таким образом ледники переносят обломки на большие расстояния. Обломки боковых морен падают в расселины и трещины во льду, откладываются в низинах в виде конечной морены.
Ледник, сползая с горы в долину, наконец доходит до такого момента, когда температура повышается и лед начинает таять. В этих местах образуется то, что называется конечной мореной (рис. 2.3).
Рис. 2. Ледники и морены
Конечные морены обычно имеют веерообразную форму и представляют собой гряду каменных обломков, поднятых ледником с ложа и краев долины, образованную под давлением ледникового «языка». Появившиеся конечные морены, которые уже успели покрыться почвой, зарасти деревьями и теперь напоминают холмы, свидетельствуют о прошедшем ледниковом периоде. На западе конечные морены обнаружены у французского города Лиона, и это доказывает, что в незапамятные времена швейцарские ледники простирались на огромные территории. «Бараньи лбы» на высоких пограничных склонах долины указывают на то, что когда-то ледники были гораздо глубже. Все эти факты помогают ученым сделать вывод относительно продолжительности ледниковых периодов и температуры в целом.
Рис 3. Образование речных террас (сверху вниз) плиоцен, или доледниковый период
За грядой конечной морены в ложе древнего ледника мы находим нечто вроде огромного бассейна, заполненного холмиками валунной глины, которые называются друмлинами. Они изображены на рис. 3. Чтобы вы представили их себе еще яснее, на рис. 4 мы убрали ледник. Валунная глина – это, фактически, грязь, нанесенная ледником и сформированная под действием трения нижней части ледника о породы и камни, по которым он прошел.
Рис. 4. Речные террасы в Фарнеме
Ниже конечной морены мы находим то, что немцы называют галечниковыми полями. Здесь начиналось таяние льда и образовывалась река, которая уносила мелкие обломки камня, сначала укладывая их в виде крупной гальки, а затем ломая и обкатывая осколки до тех пор, пока на речных террасах они не появились в виде галечника. Нашим читателям, возможно, доводилось встречать реку, у которой берега понижаются как бы ступенями – террасами; такое образование весьма типично. Эта связь между ледниками, конечными моренами и речными террасами позволила ученым Гейки и Пенку разработать теорию ледниковых периодов.
Профессор Пенк изучал реку Штейр в Верхней Австрии и обнаружил, что каждая терраса реки связана с конечной мореной древнего ледника, и на этом он основал свою теорию образования террас. Эта теория проиллюстрирована на рис. 3.
Ложе А на рис. 3 – доледниковое. В первый ледниковый период, в конце эпохи плиоцена, едва ли вода стояла в реках высоко, поскольку они были заперты во льдах.
Затем наступило потепление первого межледникового периода, когда большой объем талой воды устремился по старому речному руслу, а также, образовав новое, проложил новый канал до уровня В. По мере того как вода теряла свой напор и способность прокладывать новые русла, она начала создавать ложе из галечника на уровне С.