На протяжении истории формирования биосферы поверхность Земли неоднократно подвергалась оледенениям, которые, однако, сплошными не были, поэтому никогда и не прерывали развитие жизни на Земле. Более того, они оказывали стимулирующее воздействие на этот процесс. Самая простая последовательность событий, отражающая влияние оледенений на природу Земли, представляется таким образом. Формирование ледниковых покровов сопровождалось значительным понижением уровня Мирового океана. Напротив, исчезновение льдов вело к повышению уровня океана (такие колебания уровня известны под названием гляциоэвстатических). Изменения площадей и объемов ледниковых тел вызывали упруго-эластические деформации земной коры, проявлявшиеся в форме гляциоизостатических движений.
Все эти изменения состояния суши и океана, нередко принимавшие колоссальные масштабы, предопределяли сдвиги в системах атмосферной циркуляции и океанических течений, что сопровождалось пространственными перемещениями всех природных зон. Реакции растений и животных при этом выражались в миграциях и активном образовании видов, что заметно даже у млекопитающих.
С развитием оледенении менялся газовый состав атмосферы. Регулятором состава, и в частности баланса кислорода и углерода, выступала жизнь. Этот механизм влиял на температурный режим земной поверхности. Уменьшение концентрации углекислоты вело к понижению а увеличение — к повышению температуры. Американские ученые Л. Беркнер и Д. Маршалл выдвинули гипотезу, согласно которой распространение ледников было связано с усиленным фотосинтезом, обусловленным определенными изменениями в биосфере. В свою очередь изменения температурного режима в порядке обратной связи вызывали сдвиги в структуре биосферы.
Анализ соотношений между древними оледенениями и жизнью весьма актуален: он помогает постичь истинное место и назначение живой природы и человека, определить их развитие в будущем.
ДРЕВНИЕ ОЛЕДЕНЕНИЯ
Рис. 1. Ледниковые эпохи в истории Земли (по Д. Тарлингу)
Изучение древних оледенений началось более 200 лет назад. Лучше всего выявлены следы оледенений четвертичного периода, самого молодого этапа истории Земли, продолжительностью 1,8 млн. лет. Долгое время считали, что новейший этап развития оледенений ограничивался завершающей частью четвертичного периода — плейстоценом. Однако новые исследования показали, что последний ледниковый этап имел гораздо большую длительность и своими истоками уходил в миоцен; соответственно предлагается более широкий термин: позднекайнозойский ледниковый этап. Этим этапом вовсе не ограничивается изучение системы «оледенение —жизнь», так как наша планета испытала еще несколько более древних ледниковых этапов, которые повторялись примерно через 200 — 250 млн. лет. Помимо позднего кайнозоя, следы оледенений четко установлены в карбоне-перми, раннем палеозое и докембрии. Все эти вспышки ледниковых процессов непосредственно связаны с периодами интенсивного горообразования и, таким образом, отражают результаты глубинных процессов в недрах Земли. Вероятно, оледенения были не случайными эпизодами, а вполне закономерными вехами в эволюции всей ее природы.
Вполне понятно, что изученность оледенений во многом зависит от сохранности их следов, выраженных в отложениях и рельефе. Поэтому выделение признаков древних оледенений всегда непросто, особенно в горных странах, где преимущественно представлены самые молодые ледниковые отложения и формы рельефа.
Типичные древние ледниковые отложения — тиллиты — представляют собой сильно уплотненные плохо сортированные грубозернистые обломочные фации, имеющие сходство с основной мореной ледников четвертичного периода. Однако нередко тиллиты преобразованы под действием текучих вод, особенно ярко проявившимся во время таяния ледниковых покровов.
Во многих странах уставовлены определенные диагностические признаки древних морен, позволяющие подтвердить их ледниковое происхождение. Тем не менее генезис тиллитов подвергается критике, причем образование их приписывается турбулентным потокам. При обосновании древних оледенений существенное значение придается также наличию штрихованных льдом поверхностей, валунных мостовых, курчавых скал, бараньих лбов и т. д. Убедительным аргументом служит распространенность ледниковых форм, а также наличие парагенетических комплексов ледниковых и перигляциальных (приледниковых) элементов в сочетании с находками остатков холодовыносливых растений и животных.
При выделении древних оледенений степень достоверности во многом зависит от геологического возраста. Для докембрийского времени установлены признаки не менее четырех крупных ледниковых эпох, однако в наиболее древних породах (более 2,8 млрд. лет) из-за глубокой метаморфизации трудно выявить надежные признаки ледникового происхождения. Возраст самой древней из ледниковых эпох — гуронской — около 2,3 млрд. лет назад. За ней следовали гнейсёская (950 млн. лет), стёртская (750 млн. лет) и варангская (680 — 660 млн. лет) эпохи (рис. 1). Лучше всего изучена последняя из них: её следы обнаружены почти на всех материках, в том числе и на территории нашей страны. В северных районах Скандинавии известны мостовые из валунов с четкой ледниковой штриховкой, относящиеся к варангской эпохе (рис. 2). Стёртские ледниковые отложения найдены в Австралии, Китае, Юго-Западной Африке и Скандинавии, гнейсёские — в Гренландии, Норвегии и Свальбарде (Шпицберген) , гуронские — в Канаде, Южной Африке и Индии.
Рис. 2. Варангское оледенение в северном полушарии (по Н. М. Чумакову, А. Кайё и А. М. Спенсеру)
1 — варангский ледниковый покров; 2 —местонахождения тиллитов; 3 — направления движения льда
Рис. 3. Реконструкция материка Гондваны в начале пермского периода (по В. Гамильтону и Д. Кринсли)
1 — ледниковые отложения (тиллиты); 2 — направления движения льда. На схеме показаны палеошироты
Докембрийские оледенения развивались отнюдь не в исключительных природных обстановках. Напротив, по представлениям А. В. Сидоренко, с раннего архея существовала принципиальная общность геологической истории Земли. Для архея и протерозоя установлены такие же соотношения геологических процессов, как и для последующих эпох. Поскольку древнейшие из известных пород формировались тогда, когда уже была вода в жидкой фазе, естественно, возникает предположение и о длительном развитии жизни, на что указывает присутствие живого вещества в осадочных породах докембрия. Это вещество изменило состав атмосферы и преобразовало геохимическую обстановку осадконакопления. Не исключено, что усиленная фотосинтетическая деятельность примитивных организмов стимулировала развитие древнейших оледенений. Следы оледенений обнаружены и в раннепалеозойских породах. Полнее исследованы ледниковые отложения Сахары, относящиеся к позднему ордовику (460 — 430 млн. лет назад). Местами встречаются типичные ледниковые долины U-образной формы со следами штриховки на скальных выступах. Кроме того, обнаружены водно-ледниковые осадки и многолетнемерзлые грунты (каменные полигоны). Позднеордовичские ледниковые образования, вероятно, накапливались в высоких широтах поблизости от морского берега.