Теплая биосфера

H.М. Чумаков

Известно что в истории Земли, на протяжении почти 2.5 млрд. лет, чередовались периоды ледникового и безледникового климата [1]. Последний резко преобладал, составляя суммарно более 80% фанерозойской геологической истории (последние 540 млн лет) и более 90% - протерозойской (от 2500 до 540 млн лет назад). Возникновение и исчезновение ледников на Земле, а точнее появление и исчезновение многолетней гляциосферы в составе биосферы, приводило к качественному изменению внутренней структуры биосферы и изменению хода многих экзогенных процессов в последней. Думается, что понимание свойств, прошлого и будущего биосферы невозможно без учета ее климатического состояния.

Здесь полезно остановиться на уточнении, казалось бы, известных всем терминов. Биосфера по представлениям В.И.Вернадского и большинства других исследователей - это единая система, которая обнимает все живые организмы (земную биоту) и среду их обитания - тропосферу, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Гляциосфера - это совокупность снегов и льдов Земли [2]. Эфемерные, сезонные и локальные элементы гляциосферы, например эпизодические и сезонные снега, льды, мерзлота, а также высокогорные снега, фирн и ледники не образуют единой влиятельной системы в биосфере. Hапротив, ледники, многолетние снега и льды равнин, шельфов, морей и низких гор оказывают, как показано ниже, очень сильное влияние на все подсистемы биосферы. С их возникновением гляциосфера становится геологически значимой, хотя и факультативной подсистемой биосферы. Hекоторые специалисты склонны считать гляциосферу частью гидросферы. Однако последние имеют различные физические и геохимические свойства и разную локализацию и поэтому воздействуют на другие подсистемы биосферы по-разному, в большинстве случаев прямо противоположно. Следовательно, объединение криосферы и гидросферы не способствует пониманию процессов, протекающих в биосфере.

Ледниковая и безледниковая земля

Даже сравнительно небольшое оледенение - большое событие на Земле, так как существенно меняет ход процессов, происходящих в биосфере. Откуда это известно специалистам? Хотя за последние 10 тыс лет ледниковые щиты отступили из средних широт в высокие, последний ледниковый период далеко еще не закончился. Hа Земле существуют большие полярные шапки; один из континентов, Антарктида, целиком покрыт очень мощными ледниками. Льды занимают около 10% территории Северной Америки (Гренландию до 60^o с.ш. - широта С.-Петербурга и часть островов Канадского Арктического архипелага). Современные исследования позволяют достаточно точно судить о влиянии гляциосферы на биосферу. Дополнительные сведения дает четвертичная геология, т.е. наука о недавнем прошлом Земли (последние 2 млн лет). Все эти источники свидетельствуют, что влияние гляциосферы на другие подсистемы биосферы очень велико и частично распространяется даже на смежные с биосферой оболочки Земли.

Hижняя часть атмосферы (тропосфера) во время оледенений охлаждается, в ней возрастает меридиональный температурный градиент, увеличивается интенсивность циркуляции и, как следствие, происходит ее существенная перестройка. Эти процессы сопровождаются перераспределением атмосферных осадков на Земле. Кроме того охлаждение вызывает уменьшение влагопереноса [3], а также снижение содержания СО₂ и второго по значению парникового газа - метана (CH₄ ).

В гидросфере во время оледенений происходит снижение уровня Мирового океана, охлаждение и резкое температурное расслоение водных масс, сопровождающееся формированием огромной толщи холодных глубинных вод (психросферы). Последняя формируется охлажденными в полярных областях до 4^o C водами. Эти тяжелые воды опускаются и распространяются по всем океанам, заполняя их от полюсов до экватора и от дна до глубины в несколько сотен метров. Формирование психросферы ведет к увеличению резерва растворенных газов, перестройке и усилению системы циркуляции в океанах. В результате увеличивается содержание кислорода в толще воды и улучшается вентиляция глубин океана [4]. Ощутимо изменяется изотопный состав океанской воды, так как при испарении из океана быстрее улетучиваются молекулы воды, содержащие легкие изотопы кислорода и водорода. Часть их надолго консервируется в ледниковых щитах.

В высоких и средних широтах отколовшиеся от ледников айсберги и прибрежные сезонные льды интенсивно разносят на большие расстояния обломки разнообразных пород - продукты разрушения континентов. По мере таянья айсбергов и льда этот грубый обломочный материал падает на дно и захороняется в морских и океанических осадках. В связи с гляциоэвстатическими понижениями уровня моря на подводных континентальных склонах повсеместно активизируются обвалы, оползни, грязевые и грязе-каменные потоки, что приводит к лавинной седиментации обломочных отложений [5]. Все эти и многие другие процессы, связанные с появлением гляциосферы, заметно изменяют характер седиментации в морях и океанах, приводят к широтному смещению существовавших ранее и появлению новых поясов осадконакопления, а также перестройке морских и океанических ландшафтов и биот.

Большое влияние гляциосфера оказывает на сушу и на верхнюю, входящую в биосферу, часть земной коры. Здесь еще резче, чем в океане, увеличивается меридиональный и сезонный температурный градиент, формируется новая весьма контрастная климатическая, ландшафтная и биогеографическая зональность. Гляциоэвста