Рис. 9. Формирование рельефа краевой ледниковой зоны во время подвижки ледника (вверху) и после его таяния (внизу) (По В. Шенпсу)
КМ — конечная морена; ЛГ — ледяные глыбы; ЗР — зандровая равнина;
Д — дельта; О — озеро; М — моренная равнина; ОГ — озовая гряда;
К — котловина; ОЗ — озерная равнина
Рис. 10. Палеомагнитная шкала геологического времени (слева) и изменения палеотемператур за последние 5 млн. лет (справа) (по Д. Тарлингу),
Физические свойства климата неизбежно проявляются в составе и строении поверхностных отложений (рис. 9). Само присутствие донной морены указывает на пребывание ледника. По составу крупных валунов в морене можно представить пути движения ледника и характер его воздействия на ложе. Наличие ленточных отложений свидетельствует о развитии плотинных озер, получавших сток талых ледниковых вод. Для диагностики очень холодного климата важную роль играет изучение следов многолетней мерзлоты (палеокриологический метод). Современные исследователи достаточно уверенно различают такие ископаемые мерзлотные явления, как каменные полосы и полигоны, криотурбационные смятия слоев, морозобойные клинья, полигональные грунты, термокарстовые воронки, валунные поля и солифлюкционные покровы. Большой набор интересной информации о климатических условиях прошлого дает изучение лёссов и погребенных почв. Даже гранулометрический анализ лёссов позволяет раскрыть важные особенности перигляциальных обстановок. Дополнительные сведения получают благодаря применению минералогического, геохимического и других методов.
Еще одно важное средство изучения истории четвертичного периода — анализ изменения магнитного поля Земли. Палеомагнитные исследования обнаружили ряд колебаний полярности магнитного поля Земли, и эти колебания в нескольких случаях удалось датировать с помощью калий-аргонового метода. Палеомагнитный метод широко распространен для датирования как континентальных, так и морских отложений (рис. 10). Выяснилось, что присущая настоящему времени нормальная полярность была свойственна последним 700 тыс. лет, составляющим магнитную эпоху Брюнес. Предыдущие 1,7 млн. лет с обратной полярностью относятся к эпохе Матуяма. В ее пределах выделены два коротких интервала с нормальной полярностью — Ярамилло (900 тыс. лет назад) и Олдувей (1,9 млн. лет назад). Все эти события в истории магнитного поля Земли позволяют установить важнейшие геохронологические вехи четвертичного периода.
Новейшие исследования помогли подробно проследить ход изменений полярности магнитного поля Земли и наметить довольно тесные зависимости между этими изменениями и вымиранием организмов. Синхронность подобных явлений показывает, что уменьшение полярности магнитного поля Земли перед сменой знака сопряжено с быстрым притоком космической радиации к поверхности Земли, соответственно возрастают темпы мутации, вызывающей вымирание старых и появление новых видов.
Комплекс данных по глубоководным осадкам океанов позволил выделить около 1,8 млн. лет назад начало крупного планетарного похолодания, сопоставляемого с нижней границей четвертичного периода. В это время усилилась миграция североатлантической фауны в Средиземное море, средняя температура поверхностных вод там понизилась до 20° (в настоящее время 25 — 26° С). Раннечетвертичное похолодание открыло эпоху часто повторявшихся на фоне общего ухудшения климата температурных колебаний. Амплитуда этих колебаний последовательно увеличивалась, и к началу плейстоцена (около 700 тыс. лет назад) холодные интервалы проявились особенно резко. Это послужило мощным стимулом развития материковых оледенений не только в полярных, но и в умеренных широтах.
СКОЛЬКО ОЛЕДЕНЕНИЙ БЫЛО В ЧЕТВЕРТИЧНОМ ПЕРИОДЕ?
Концепция множественности оледенений давно завоевала широкое признание, однако вопрос о числе оледенений все еще остается дискуссионным. Долгое время считали, что в четвертичном периоде было не менее четырех крупных покровных оледенений, оставивших следы в рельефе и отложениях материков умеренной зоны северного полушария. С известной долей условности число оледенений иногда доводили до пяти.
Такая позиция основывалась на популярной модели оледенения Альп, разработанной в начале нынешнего столетия А. Пенком и Э. Брюкнером. В основу этой модели были положены материалы изучения рельефа альпийских предгорий, где широко распространены террасы, сложенные водно-ледниковыми галечниками. Каждый террасовый уровень прислонен к определенным конечным моренам, фиксирующим стационарное положение концов ледников во время одного и того же наступания. Таким путем четыре основные террасы были сопоставлены с четырьмя оледенениями; гюнц, миндель, рисс и вюрм.
Если во время оледенений происходила аккумуляция галечников, принесенных потоками талых ледниковых вод, то межледниковьям отвечали промежуточные интервалы врезания рек. Для обоснования альпийской модели привлекались, хотя и в весьма ограниченном объеме, материалы изучения межледниковых озерно-болотных осадков, преимущественно рисс-вюрмского возраста. Принципиально это мало повлияло на общую геоморфологическую ориентацию альпийской модели оледенения, которая оказала большое влияние на исследователей древнего горного оледенения.
Во всяком случае, названия альпийских оледенений и межледниковий широко применяются во многих горных странах, в том числе находящихся далеко за пределами Альп. Причина тут кроется в естественном желании исследователей располагать единым планетарным эталоном, с которым можно было бы сравнивать данные, полученные в разных районах.
В последние годы альпийская модель была усовершенствована в связи с выявлением в горах Центральной Европы в раннечетвертичное время еще двух древних оледенений — дунай и бибер. Несмотря на это усложнение, суть модели мало изменилась. Отдельные ее компоненты характеризуют формы рельефа, а не конкретные интервалы времени. Например, установлено, что накопление осадков вюрмской террасы происходило в течение длительного периода, включавшего два оледенения и два межледниковья. Врез, определивший обособление этой террасы, был обусловлен тектоникой, а не эрозией.
Другие схемы четвертичной истории в большей степени строились на учете характера самих отложений и условий их залегания. Еще в конце XIX в. гряды конечных морен на Среднеевропейской и Русской равнинах связывались с конкретными горизонтами ледниковых отложений. Особое внимание обращалось на находки межморенных морских и континентальных осадков. При исследовании их применялись методы микропалеонтологии, включая спорово-пыльцевой и диатомовый анализы, а при изучении самих морен — различные литологические методы (определение гранулометрического и минерального состава мелкозема, замеры ориентировки удлиненных обломков, анализ петрографического состава валунов и т. д.). В итоге проведенных работ удалось обосновать выделение нескольких крупных эпох материковых оледенений.