Введение: общее и особенное в природе
Изучая историю Русской равнины, Урала, Сибири и Дальнего Востока, мы сталкиваемся с удивительным феноменом: развитие природы каждого региона Северной Евразии в голоцене (последние 10-12 тысяч лет) носило двойственный характер. С одной стороны, каждый район обладал уникальными, индивидуальными чертами своей истории, а с другой — все они демонстрировали общие, сходные тенденции. Что же лежит в основе этого сочетания единства и многообразия? Какие силы сформировали такой парадоксальный облик природы?
Теоретическая основа: концепция метахронности
Ответить на эти вопросы позволяет общепланетарная теория палеогеографии четвертичного периода. Её фундаментом стала концепция метахронности древних оледенений, выдвинутая И. П. Герасимовым и К. К. Марковым ещё в 1930-х годах. Суть её в том, что, признавая общемировые, ритмичные изменения природы, необходимо учитывать и важную роль региональных особенностей. Развитие природной среды в разных уголках земного шара происходило не одновременно (синхронно), а с разной скоростью и в разное время — то есть метахронно, в пространстве-времени.
Сегодня понятие метахронности (или гетерохронности) применяют не только к ледникам, но и к динамике климата, растительности и других компонентов среды. К. К. Марков отмечал, что изменения в соотношении тепла и влаги на континентах происходят неравномерно и даже разнонаправленно. Как подчеркнул А. А. Величко, метахронность заложена в самой форме Земли: общее колебание солнечного тепла вызывает неоднородные, а порой и противоположные климатические реакции в разных широтах.
Дискуссия: синхронность против метахронности
В противовес этим идеям существует точка зрения о полной синхронности и однонаправленности климатических колебаний в четвертичном периоде в глобальном масштабе. Сторонники этого взгляда опираются на палеоботанические и радиоуглеродные данные, которые, по их мнению, свидетельствуют о единовременности изменений за последние 40–50 тысяч лет. Некоторые учёные связывают эти глобальные пульсации с колебаниями солнечной активности, что ставит вопрос: как именно преобразовывалась солнечная энергия в разных частях планеты, порождая то общие, то региональные эффекты?
Разрешить спор можно только путём тщательного анализа и сравнения палеогеографии различных территорий на точной хронологической основе. Особенно продуктивны такие исследования для эпохи последнего оледенения и голоцена, где время можно определять с помощью надёжных радиоуглеродных дат.
Проблема пространства и времени
Ключевая палеогеографическая проблема «пространство-время» останется нерешённой, если в каждом конкретном случае не определять чёткие пространственные и временные рамки. Иначе дискуссия теряет смысл, так как каждая сторона сможет привести множество примеров как синхронного, так и метахронного развития, которые на деле являются несопоставимыми величинами. Установленная для одного района синхронность при расширении географических рамок может оказаться метахронностью, и наоборот — локальные различия при обобщении иногда сглаживаются, обнажая общие синхронные тенденции.
Хронологические рамки голоцена: поиск границы
С этих позиций попробуем сравнить природные условия разных регионов СССР в голоцене. Но сначала нужно определить продолжительность этой эпохи, а точнее — возраст её нижней границы (верхняя граница — наше время — ещё не наступила).
Начало голоцена датируют по-разному: от 16 до 8 тысяч лет назад. Нижнюю границу пытались связать с различными фазами таяния последних ледниковых щитов в Европе и Америке, но это создавало трудности, так как история их деградации была разной. Использование лишь ледникового критерия проблематично, ведь оледенение существует на Земле и сегодня. Такой подход делает границу голоцена «скользящей» в пространстве и времени.
Предлагался и другой критерий — начало непрерывного накопления органогенных (озёрно-болотных) отложений, что связывали с потеплением около 12 тысяч лет назад. Однако новые данные показали, что этот процесс начинался в разных регионах в разное время: около 12 тыс. лет на Русской равнине, 10 тыс. лет на Урале и в Западной Сибири, 7 тыс. лет в Средней Сибири и ещё позже — в Якутии и Монголии. Таким образом, и этот критерий оказался ненадёжным.
Большинство исследователей всё же относят начало голоцена к рубежу около 10 тысяч лет назад, связывая его с комплексом событий: активным разрушением скандинавского ледника, сменой приледникового Балтийского озера на Иольдиево море, исчезновением приледниковой флоры и фауны, переходом от палеолита к мезолиту. Однако и эта система доказательств требует уточнений. Например, скандинавский ледник ещё был активен в начале послеледниковья, а приледниковые виды частично восстанавливались во время более поздних похолоданий.
Климатический критерий: поиск перелома
Более перспективным представляется поиск климатического рубежа. Голоцен можно рассматривать как межледниковье, для которого характерно всеобщее потепление и коренная перестройка атмосферной циркуляции. Палеотемпературные данные, например, изотопный анализ ледникового щита Гренландии, показывают два важных рубежа: около 12 тыс. лет назад (окончание максимума похолодания) и около 10 тыс. лет назад (температура приблизилась к современному межледниковому уровню).
С окончанием оледенения меридиональная циркуляция атмосферы (интенсивный обмен между полюсом и экватором) сменилась на зональную (преобладание западного переноса), что привело к увеличению влажности. Наиболее чётко этот переход проявился около 10,3 тыс. лет назад. Однако и здесь нет абсолютной границы: элементы зональной циркуляции появлялись и раньше, а меридиональная не исчезла полностью.
Таким образом, в природе не существует единого, резкого рубежа. В конце оледенения наблюдалась серия мощных, пульсирующих климатических изменений. Они не стирали прошлое мгновенно, а, суммируясь, создавали импульсы для усиления новых природных элементов и ослабления старых, что в итоге и привело к переходу в новое качество — голоценовое межледниковье. Компромиссным решением на сегодня является определение голоцена как последних 10–12 тысяч лет.
Методы реконструкции климатов прошлого
Для восстановления климатов прошлого палеогеография использует разнообразные методы, анализируя свидетельства, сохранившиеся в геологических слоях: остатки растений и животных, погребённые почвы, следы колебаний уровня водоёмов.
Наибольшее развитие получили палеоботанические методы, особенно анализ пыльцы (спорово-пыльцевой анализ). Интересен флористико-ареалогический метод В. П. Гричука: на карту наносятся современные ареалы видов, найденных в ископаемом состоянии, и определяется район, где сейчас обитает большинство из них. Климат этого района считается аналогом климата прошлого. Также развивается метод, основанный на реконструкции былой растительной зональности: зная климатические характеристики современных зон, их можно экстраполировать в прошлое.
Применяются и другие методы: палеофаунистический (анализ экологии животных), изотопный (определение палеотемператур). Современная тенденция — стремление к комплексным исследованиям и получению не только качественных, но и количественных характеристик древнего климата.
Климатические типы и парадоксы голоцена Северной Евразии
Обобщая данные по Северной Евразии, можно выделить три основных типа климатических колебаний в голоцене: атлантико-континентальный (Русская равнина), континентальный (Сибирь) и океанический, или тихоокеанский (Дальний Восток). Четвёртый, атлантический тип (Северо-Запад Европы), близок к первому, но отличается большей влажностью.
Сравнение этих типов выявляет и общие, и отличительные тенденции. Общее — это развитие по межледниковому типу и синхронные климатические переломы около 10 тыс. лет назад (потепление) и 4,5–5 тыс. лет назад (похолодание), имевшие глобальное значение.
Однако при детальном рассмотрении проявляется парадокс. Температурные изменения в лесной зоне, казалось бы, были синхронными и однонаправленными. Но если расширить анализ с севера на юг, от тундры до степей, картина усложняется. Например, 5–6 тыс. лет назад мощное потепление на севере вызвало продвижение лесов в тундру, в то время как на юге, в лесостепной полосе, температурный режим оставался стабильным, а ещё южнее, как установил В. П. Гричук, отмечалось похолодание. Это уже пример разнонаправленного, метахронного изменения.
Ещё отчётливее метахронность видна в динамике увлажнённости. После общего увеличения влажности в начале голоцена дальнейшие изменения пошли разными путями. Палеогеографический парадокс состоит в том, что в бореальный период (8–9 тыс. лет назад) при увеличении влажности в Сибири Европа и Дальний Восток переживали относительно засушливую фазу. И наоборот, с суббореального периода (около 5 тыс. лет назад) до наших дней повышенная влажность в Европе и на Дальнем Востоке сопровождалась иссушением и ростом континентальности климата Сибири.
История темнохвойной еловой тайги — яркое подтверждение этого парадокса. Её расцвет требует особого климата: ослабленной континентальности, достаточной влажности, положительного баланса влаги. Такой климат был характерен для бореального периода в Сибири, а для суббореального — на Русской равнине и Дальнем Востоке. То есть оптимальные условия для одного и того же типа леса в разных регионах наступали в разное время.
Циркуляционные механизмы и климатический оптимум
На основе подобных реконструкций можно представить циркуляционные условия над Северной Евразией. Важную концепцию для этого предложил Б. Л. Дзердзеевский, выделив «элементарные циркуляционные механизмы» (ЭЦМ) — типовые ситуации в атмосфере, чья повторяемость определяет климатический режим.
В конце оледенения над Арктикой существовал устойчивый антициклон, что определяло господство меридиональной циркуляции и вызывало удивительное смешение природных зон (гиперзональность). Переход к голоцену ознаменовался усилением зональной циркуляции (западного переноса), достигшей максимума в атлантическом периоде (климатическом оптимуме голоцена, 6–5 тыс. лет назад).
В бореальном периоде увлажнение Сибири при сухости в Европе могло быть связано с уменьшением ледовитости Арктики и проникновением влажных воздушных масс с северо-запада, огибавших Скандинавию, где ещё сохранялся ледниковый антициклон, блокировавший прямой западный перенос.
Атлантический период стал временем расцвета жизни. Граница леса и тундры сместилась на север на 400–600 км, широколиственные леса продвинулись далеко на северо-восток, леса стали разнообразнее и продуктивнее. Это было вызвано интенсивным проникновением теплых и влажных атлантических и тихоокеанских воздушных масс вглубь континента.
Суббореальное похолодание и рост континентальности Сибири, начавшиеся около 5 тыс. лет назад, объясняются увеличением ледовитости Арктики, усилением азиатского антициклона и ослаблением западного переноса. Влаголюбивые еловые леса Сибири деградировали, в то время как на Русской равнине и Камчатке в это же время начался их расцвет. Это наглядный пример метахронно-разнонаправленного изменения увлажнённости.
Синтез: иерархия синхронных и метахронных тенденций
Таким образом, механизм динамики природы Северной Евразии в голоцене работал в двух режимах: синхронно-однонаправленном и метахронно-разнонаправленном. При увлажнении одних территорий другие иссушались, температурные изменения в разных зонах были разномасштабными, а континентальные и океанические области развивались с разной скоростью и изменчивостью.
Однако, концентрируясь только на метахронности, мы рискуем увидеть в истории природы хаос. Необходимо абстрагироваться от частного и выйти на более высокий уровень обобщения. Наряду с метахронностью чётко прослеживаются синхронные, импульсные переломы, совпадающие с основными рубежами голоцена и отмечаемые по всему миру. На ещё более высоком, глобальном уровне — при сравнении ледниковых и межледниковых эпох — синхронные, однонаправленные тенденции (потепление/похолодание) выходят на первый план, оттесняя метахронность.
Получается иерархия: синхронные тенденции — более высокого ранга, чем метахронные. Это объясняется тем, что главные импульсы, определяющие ход природных процессов, приходят извне. Эта внешняя сила — солнечная энергия, главная энергетическая база биосферы.
Роль солнечной энергии и космических факторов
Из-за шарообразной формы Земли солнечная энергия распределяется неравномерно, что выражается в законе широтной зональности. Общее увеличение или уменьшение поступающей энергии в ледниковые и межледниковые циклы вызывало синхронные сдвиги ландшафтных поясов.
Но поверхность Земли неоднородна: материки и океаны, разный рельеф и состав пород по-разному поглощают и отражают энергию. Это создаёт «незональные» энергетические потенциалы, влияние которых через атмосферную циркуляцию распространяется на огромные территории, порождая региональные, метахронные эффекты.
На уровне элементарных ячеек биосферы — биогеоценозов — солнечная энергия также трансформируется по-своему. Каждый биогеоценоз — это своеобразный трансформатор и модель биосферы в миниатюре, открытая система, связанная с космосом. Именно на всех уровнях биосферы мы видим единство общих (космически обусловленных) и частных (внутриземных) закономерностей, что и объясняет двойственный характер развития природы.
Причины резких переломов: от катастроф к космосу
Голоцен и плейстоцен демонстрируют чередование длительных спокойных этапов с кратковременными периодами резких природных переломов (например, на рубеже 10,3 тыс. и 4,5–5 тыс. лет назад). Скорость изменений на этих рубежах по геологическим меркам была мгновенной — ландшафты Северной Евразии преображались за столетия.
Чем вызваны эти переломы? Ещё Жорж Кювье в начале XIX века говорил о «переворотах» или катастрофах в истории Земли, вызывавших смену фаун. Его оппонент Чарльз Лайель отстаивал принцип актуализма (униформизма) — идею о медленных, постепенных изменениях под действием современных сил. Сегодня мы понимаем, что истина лежит посередине: метод актуализма плодотворен, но его необходимо дополнить признанием существования в прошлом резких, быстрых изменений (принцип палеоизма).
Единственной физически возможной причиной таких глобальных природно-климатических переломов являются космические факторы, в первую очередь — колебания солнечной активности, влияющие на климат, уровень радиации, магнитное поле Земли. Как отмечал А. А. Величко, солнечная активность — главный фактор, контролировавший ход изменения климата в прошлом.
Более того, великие смены флор и фаун в геологической истории, возможно, связаны не столько с климатическими сдвигами, сколько с непосредственным воздействием колебаний уровня космической радиации на организмы. Изменения напряжённости геомагнитного поля (инверсии), играющего роль защитного экрана, могли приводить к всплескам мутаций и ускорению естественного отбора. Замечено, что эпохи инверсий часто совпадают с резкими фаунистическими перестройками.
Таким образом, чтобы понять пути развития биосферы — прошлые, настоящие и будущие — необходимо преодолеть «геоцентрическое» мышление и в полной мере учитывать огромную роль космических факторов, связывающих жизнь на Земле со структурой и ритмами Вселенной, как об этом писали В. И. Вернадский и А. Л. Чижевский.