В рассказах о Русской равнине, Урале, Сибири и Дальнем Востоке внимание читателя обращалось на двойственный характер былого развития природы различных регионов Северной Евразии. Это явление выражается в сочетании индивидуальных отличительных особенностей голоценовой истории каждого района с более общими, сходными для всех них чертами. Чем же вызвано это сходство и различие? Какие силы определили подобный характер природы?
На эти вопросы можно ответить лишь с учетом разрабатываемой общепланетарной теории палеогеографии четвертичного периода. Основой для такой теории явилась выдвинутая еще в 30-х годах концепция И. П. Герасимова и К. К. Маркова (100939) о метахронности древних оледенений. Позднее К. К. Марков назвал эту концепцию проблемой «метахронности», которая наряду с признанием общенаправленных и общеритмичных планетарных изменений природы подчеркивает важную роль региональных особенностей развития природной среды в различных районах земного шара. Эти местные различия он предложил назвать метахронностью развития природы, или развитием в пространстве-времени.
Понятие «метахронность» или, точнее, «гетерохронность» используется в последнее время по отношению не только к ледниковым явлениям, но и к динамике климата, растительности и другим компонентам природной среды. Так, К. К. Марков отметил, что изменение соотношения тепла и влаги на поверхности материков происходит неравномерно, разномасштабно и даже разнонаправленно. Метахронность, как заметил А. А. Величко (100973), заложена как бы в самой фигуре Земли, так как общее колебание прихода тепла вызывает неоднородные, иногда противоположные по знаку изменения климата в различных климатических поясах.
В противовес подобным идеям существует представление об однонаправленности изменений природных условий и о полной синхронности климатических колебаний в четвертичном периоде. Сторонники такого взгляда указывают на полученные в последнее время палеоботанические, радиоуглеродные и другие данные, свидетельствующие, по их мнению, о полной одновременности и однонаправленности климатических колебаний за последние 40—50 тысяч лет в глобальном масштабе.
Некоторые исследователи склоняются к мнению, что глобальные климатические пульсации обусловлены изменением солнечной активности. При этом возникает вопрос о том, как трансформировался приход солнечной энергии в различных частях Земли, вызывал ли этот процесс всеобщий однонаправленный или региональный разнонаправленный эффект.
Решение проблемы возможно лишь на основе анализа и сравнения палеогеографии самых различных в природном отношении территорий на точной хронологической основе. Наиболее успешно такие исследования могут осуществляться для эпохи последнего оледененения и голоцена, где время определяется по довольно надежным радиоуглеродным датам.
Палеогеографическая проблеме «пространство-время» долго останется нерешенной, если в каждом конкретном случае не будут определяться как пространственные, так и временные рамки предмета дискуссии. Иначе спор станет беспредметным, поскольку каждая. Из сторон сможет привести многочисленные примеры синхронного или метахронного развития природных процессов, которые в действительности по своим пространственно-временным масштабам — несопоставимые величины. Установленный для какого-либо района синхронный ход развития определенного природного процесса может оказаться по мере накопления сведений по другим территориям явлением метахронным. Напротив, местные различия по мере расширения пространственных рамок сопоставления иногда сглаживаются за счет исключения второстепенных показателей и предстают как синхронные тенденции.
С этих позиций попытаемся сравнить природные условия различных районов СССР в голоцене. Но сначала определим продолжительность голоцена или, точнее, возраст его нижней границы, ибо верхняя граница не строго фиксирована: она постоянно перемещается во времени, поскольку этот природный этап развития Земли еще не завершился.
Начало голоцена определяется и датируется по-разному: оно относится к самым различным возрастным уровням в интервале от 16 до 8 тысяч лет. При этом нижнюю границу голоцена пытались связать с многочисленными фазами разрушения последнего ледникового щита в Северной Европе и Северной Америке. Одни исследователи предлагали использовать для этой цели начало отступления европейского ледника от границ его максимального распространения (около 16 тысяч лет назад), другие учитывали более поздние этапы деградации (1002, 10, 8 тысяч лет назад). Однако возникали трудности в объяснении причин, почему тот или иной этап имеет более важное палеогеографическое значение по сравнению с другими, тем более что истории разрушения североамериканского и европейского ледниковых щитов значительно отличались друг от друга. Указывалось также на то, что нельзя использовать лишь ледниковый критерий, так как и в настоящее время во многих частях Земли продолжает существовать оледенение. При таком подходе нижняя граница голоцена оказывалась как бы скользящей в пространстве-времени, а не стабильной для всех регионов.
Использовались и другие критерии для оценки продолжительности голоцена. Было замечено, что в это время происходило непрерывное накопление органогенных озерно-болотных отложений в нашей стране. Время начала этого процесса (около 12 тысяч лет назад) предлагалось принять за нижнюю границу голоцена.
Однако новые радиоуглеродные датировки указали на разновременный характер процесса непрерывного органогенного накопления в масштабах лесной зоны СССР. На Русской равнине он начался около 12 тысяч лет назад, на Урале и в Западной Сибири — позднее, около 10 тысяч лет. По мере движения на восток, в глубь резкоконтинентальных районов Северной Евразии, непрерывное накопление органики в озерах и болотах отодвигается к еще более позднему времени — к 7 тысячам лет в Средней Сибири, 6 тысячам лет в Якутии и к 5 тысячам лет в Монгольской Народной Республике. В океанических районах на Дальнем Востоке накопление органики происходило в течение последних 10 тысяч лет. Таким образом, органогенный критерий, как и ледниковый, оказывается недостаточным для четкого отделения голоцена от конца последнего оледенения.
Большинство исследователей относят начало голоцена к переходу от позднеледникового времени к послеледниковому, примерно к 10 тысячам лет назад. При этом отделение ледниковых условий от последующих неледниковых аргументируется некоторыми соображениями. Именно в это время произошли следующие события: 1) началось, как полагали, не прекращавшееся в дальнейшем разрушение ледникового щита в Скандинавии; 2) балтийское ледниковое озеро сменилось иольдиевым морем; 3) исчезли приледниковая растительность и фауна; 4) окончился палеолит и начались мезолитический и неолитический этапы развития человеческого общества.
Но и эта комплексная система доказательств с учетом новых палеогеографических данных нуждается в уточнении. Во-первых, появились материалы, указывающие на еще довольно активную деятельность скандинавского ледника в начальные этапы послеледниковья. Во-вторых, изменение гидрологического режима в районе Балтики имеет региональное значение и не может служить обоснованием для определения нижней границы голоцена в глобальном масштабе. В-третьих, приледниковый, смешанный растительный и фаунистический комплекс не исчез полностью с окончанием позднеледникового времени, а частично восстанавливался в начале послеледниковья, во время переславского похолодания. И наконец, хотя позднепослеледниковый рубеж совпадает в целом с границей палеолит-мезолит, в ряде районов мезолитические памятники относятся к более раннему времени. Таким образом, и эта система аргументаций для определения нижней границы голоцена оказывается недостаточной.
В поисках критериев отделения эпохи последнего оледенения от голоцена можно обратиться к климатам прошлого, отражавшим более общие закономерности развития природы. При таком подходе голоцен рассматривается как межледниковье, близкое к прошлым межледниковым эпохам, которые неоднократно приходили на смену оледенениям. Климатические изменения при переходе от ледниковой эпохи к межледниковой выражались в основном во всеобщем потеплении климата и в коренных перестройках циркуляции атмосферы земного шара.
Температурный перелом на рубеже последнего ледникового похолодания и потепления в голоценовое время хорошо выявляется по многочисленным палеогеографическим данным. Наиболее четко этот перелом отражают новые палеотемпературные материалы, полученные Дансгардом и другими американскими исследователями. На основе изучения соотношения изотопов кислорода (10080/160) в различных слоях мощной толщи ледникового щита в Гренландии ими построена палео-климатическая кривая, охватывающая последние 90 тысяч лет. Возрастная горизонтальная шкала разработана по физической модели роста ледника, позволяющей установить достаточно надежную связь между возрастом и глубиной залегания слоев льда. По соотношению изотопов кислорода специалисты могут определять средние годовые температуры в период образования слоя льда.
На интересующем нас отрезке гренландской кривой хорошо видны два важных палеотемпературных рубежа. Один из них относится примерно к 12 тысячам лет назад, когда закончился период максимального похолодания и началось интенсивное нарастание тепла; второй — приблизительно к 10 тысячам лет назад, когда температурный режим приблизился к современному уровню и в дальнейшем, вплоть до наших дней, не выходил за пределы межледникового потепления.
С окончанием последнего оледенения произошла значительная перестройка глобальных процессов циркуляции атмосферы. Если во время наибольшего похолодания в конце оледенения преобладала меридиональная циркуляция, выражавшаяся в интенсивном воздухообмене между приполярными и экваториальными областями, усилении антициклональной деятельности
и континентального климата, то с переходом к послеледниковому времени начинает доминировать зональная система циркуляции атмосферы, вызывавшая увеличение циклонической деятельности и влажности климата.
На основе этих различий можно провести нижнюю границу голоцена на уровне примерно 10,3 тысячи лет назад, когда переход от меридиональной системы циркуляции атмосферы к зональной выразился наиболее четко. Но и в этом случае нельзя говорить о полном решении проблемы, так как, с одной стороны, до этого времени существовали этапы (например, во время потепления в аллерёде, 11—12 тысяч лет назад) с признаками зональной циркуляции, а, с другой, позднее, вплоть до конца бореального периода (80 тысяч лет назад), меридиональная циркуляция не утратила полностью своего былого значения.
Отсюда следует вывод о том, что и на климатическом уровне нет пока окончательных решений данной проблемы. Поиски оказались тщетными, потому что была сделана попытка найти не существующий в природе абсолютный рубеж.
Вместо него в конце последнего оледенения обнаруживается несколько резких природных изменений, отражающих напряженно-пульсирующий характер климатических колебаний переходного времени. Эти изменения не зачеркивали полностью прошлого, не открывали совершенно новой эры, а являлись импульсами, способствовавшими усилению новых природных элементов за счет ослабления старых, что суммарно и определило переход в новое качество — переход от последней ледниковой эпохи к голоценовому межледниковью. При такой ситуации следует искать компромиссное решение проблемы. Им на данном уровне наших знаний будет определение объема голоцена в рамках последних 10—12 тысяч лет.
В настоящее время палеогеография располагает разнообразными методами восстановления картины климатов прошлого. Многочисленные свидетельства былых климатических изменений сохраняются в геологических слоях. Это и остатки различных растений, животных, по экологии которых можно судить о климатической обстановке прошлого, и погребенные почвы, характер которых позволяет определить былую ландшафтно-климатическую ситуацию, и следы колебания уровня вод, связанные с изменением увлажненности, и многое другое.
Наибольшее развитие получили палеоботанические методы реконструкции климатов прошлого, основанные на изучении пыльцы и других растительных остатков. Среди них обращает на себя внимание флористико-ареалогический метод, разработанный недавно В. П. Гричуком.Сущность этого метода состоит в том, что на географическую карту наносятся современные ареалы различных видов растений, остатки которых были обнаружены в каком-либо геологическом слое. При этом выявляется район, где в настоящее время произрастает большинство ископаемых видов растений. Используя принцип актуализма, можно считать, что современная климатическая обстановка такого района — близкий аналог климатической ситуации исследуемого этапа прошлого.
Начинает также развиваться метод, основанный на закономерном изменении характера растительного покрова в меридиональном направлении в связи с изменением климатических условий. Этот метод наиболее приемлем при исследовании равнинных территорий, где в настоящее время хорошо выражена зональность. Выяснилось, что каждая современная растительная зона и подзона отличаются вполне определенными климатическими характеристиками. Восстановив по палеоботаническим данным картину былой зональности, исследователи могут переносить в прошлое современные зонально-климатические показатели.
Близкие в методическом отношении исследования проводят некоторые американские палеогеографы, выявляющие связи различных лесных формаций с различными климатическими условиями и типами воздушных масс. Подобный подход независимо от зарубежных исследователей был использован при восстановлении голоценовой истории темнохвойной еловой тайги на территории СССР. Это позволило наметить схемы древних циркуляционных процессов и выявить существенные различия в динамике климата континентальных и океанических областей нашей страны (Хотинский, 1977).
Существуют и другие палеоботанические, а также палеофаунистические методы реконструкции климатов прошлого, основанные на анализе экологии различных растений и животных. Применяется также уже упомянутый ранее изотопный метод для определения температур океана и климатов в голоцене, плейстоцене и в более отдаленные эпохи.
В последнее время среди палеогеографов наблюдается общее стремление к комплексному изучению климатов прошлого и к получению не только качественных, но и количественных его характеристик. В целом задача точного восстановления древнего климата — очень сложная и окончательно еще не решенная проблема. Успех в этом деле зависит не только от дальнейшего совершенствования палеогеографических методов, но и от направления современных геоботанических и климатических исследований. Ботаники, к сожалению, пока мало уделяют внимания вопросам экологии растений, а климатологи — вопросам палеоклиматических реконструкций.
Итоги изучения палеогеографии голоцена Северной Евразии попытаемся обобщить в климатических показателях, полученных в основном по экологической интерпретации голоценовой истории растительности СССР.
В качестве палеогеографического эталона голоцена принимается модифицированный вариант схемы Блитта — Сернандера, которая хорошо отражает хронологию основных глобальных климатических колебаний, хотя ее первоначальное климатическое содержание значительно изменилось. Использование этой схемы как международного эталона голоцена облегчит обобщение и сравнение всего многообразия региональных палеогеографических схем голоцена Земли.
Выделяется три типа климатических колебаний Северной Евразии в голоцене: атлантико-континентальный (Русская равнина), континентальный (Сибирь) и океанический, или тихоокеанский (Дальний Восток). Можно выделить еще четвертый — атлантический тип (Северо-Запад Европы), который почти идентичен атлантико-континентальному типу и отличается от него только повышенной увлажненностью климата в течение всего голоцена.
Сравнение этих типов указывает на наличие сходных и отличительных тенденций в развитии природной среды в различных районах Северной Евразии. Общие тенденции выражены в повсеместном развитии климата по межледниковому типу и в синхронных климатических переломах, вызывавших резкое (но не всегда однонаправленное) изменение природных условий на огромных территориях. Подобные переломы, чередовавшиеся с периодами относительно «спокойного» развития климата, наиболее четко проявились около 10 тысяч лет назад, когда началось всеобщее потепление и смягчение континентальности климата Северной Евразии, и около 4,5—5 тысяч лет назад, когда климат начал меняться в сторону похолодания. Оба рубежа имеют глобальное значение и могут рассматриваться в качестве основных палеогеографических уровней в голоцене.
Температурные кривые, отражающие сумму годовых температур, имеют сложные и неоднородные для различных районов Северной Евразии конфигурации. Отмечается три основных термических максимума голоцена: бореальный (80,3—8,9 тысячи лет назад), позднеатлантический (50—6 тысяч) и среднесуббореальный (3,2—4,1 тысячи лет назад). Бореальный максимум наиболее четко проявился в Сибири и на Дальнем Востоке, суббореальный — на севере Русской равнины, а атлантический — во всех районах Северной Евразии. В целом изменения температурного режима в пределах современной лесной зоны Северной Евразии имели в голоцене синхронный, однонаправленный, хотя и явно разномасштабный характер.
Казалось бы, этот вывод подтверждает представление о полной синхронности климатических колебаний в голоцене и свидетельствует против метахронной концепции. Однако ситуация сразу изменится, если несколько расширить пространственные рамки и сопоставить изменения температурного режима не только по широтному профилю, пересекающему лесную зону, но и с севера на юг, от тундры до степей.
Уже приводились примеры того, что температурный режим в меридиональном направлении мог меняться в голоцене разнонаправленно. Напомним, что примерно 5—6 тысяч лет назад мощная волна потепления, охватившего северные районы Евразии, вызвала значительное продвижение лесов в тундровую зону и общий расцвет теплолюбивых растений в большинстве районов лесной зоны. Наряду с этими значительными изменениями
Области наибольшего распространения темнохвойной тайги в бореальном и суббореальном периодах на севере южная граница леса в это время не испытывала сколько-нибудь значительных перемещений, что объясняется стабильностью температурного режима в полосе, совпадающей с современной подзоной лесостепи. Южнее 40° с. ш., как установил В. П. Гричук, в Евразии и Северной Америке прослеживается похолодание, выразившееся в снижении как зимних, так и летних температур.
Метахронные тенденции еще отчетливее выступают на первый план при сравнении увлажненности различных районов Северной Евразии '. Отмечается лишь всеобщий перелом в сторону относительного увеличения увлажненности при переходе к послеледниковому времени. Последующие изменения происходили по-разному. Палеогеографический парадокс голоцена Северной Евразии состоит в том, что при увеличении влажности в Сибири в бореальный период Северо Западная Европа, Русская равнина и Дальний Восток развивались в относительно засушливых условиях. Напротив, повышенная увлажненность в Европе и на Дальнем Востоке с суббореального периода до наших дней сопровождалась увеличением засушливости и континентальности Сибири.
Палеогеографический парадокс хорошо подтверждает история темнохвойной еловой тайги, интенсивное развитие которой связано с вполне определенным климатом. Этот климат должен характеризоваться ослабленной континентальностью, достаточной увлажненностью, наличием положительного баланса влаги. Средняя температура самого теплого месяца во всех районах существования темнохвойной тайги колеблется, по данным А. И. Толмачева (100954), от +13 до +20°, а при наилучшем ее развитии — от +15 до +19°. На приведенных в книге картах, где показаны области наибольшего распространения еловой тайги, подобный климат был характерен для бореального периода в Сибири, а для суббореального — на Русской равнине и Дальнем Востоке. На основе подобных экологических реконструкций попытаемся представить циркуляционные условия над Северной Евразией в голоцене. На трех схемах показаны антициклоны и пути циклонов в бореальном, атлантическом и суббореальном периодах
Эти схемы необходимо пояснить. Изучение динамики земной атмосферы и сопряженных колебаний климата в текущем столетии позволило выявить многократную повторяемость однотипных циркуляционных ситуаций, которые были названы Б. Л. Дзердзеевским (100975) «элементарными циркуляционными механизмами» (ЭЦМ). По его мнению, частота проявления, про должительность действия различных ЭЦМ определяет структуру динамики атмосферы и характер погоды не только в отдельные сезоны и годы, но и в многолетнем ряду, когда можно говорить о климатическом режиме. Таким образом, Б. Л. Дзердзеевский выдвинул важный принцип генерализации и выделения главных тенденций, основных линий развития климата. Этот путь обобщения и исключения частностей представляется наиболее плодотворным при изучении климатов прошлого. В этой связи на представленных схемах показаны наиболее характерные циркуляционные ситуации над Северной Евразией, определявшие характер природных ландшафтов соответствующих этапов голоцена.
Антициклон — область повышенного атмосферного давления, где преобладает сухая и ясная погода, жаркая летом, морозная зимой. Циклоны — области пониженного давления воздуха — возникают как огромные волны на поверхности раздела (фронтах) между теплыми и холодными воздушными течениями. Погода в районах прохождения циклонов ветреная, облачная, с осадками. Взаимосвязанная система циклонов и антициклонов постоянно перемещается над Северной Евразией, обычно в направлении с запада на восток. Вместе с тем существуют более или менее стабильные антициклоны. Один из них формируется ежегодно в зимнее время над континентальными районами Восточной Сибири. Летом 1976 года Западную и Среднюю Европу охватил обширный антициклон, блокировавший типичную для этих районов циркуляцию атмосферы с запада на восток и вызвавший здесь сильную засуху.
Для современного неустойчивого в климатическом отношении этапа Б. Л. Дзердзеевский выделил для северного полушария 13 типов ЭЦМ, объединенных в четыре группы циркуляции: зональная, нарушенная зональная, меридиональная северная, меридиональная южная. Дальнейшее обобщение показало, что за период с 1899 по 1966 год наблюдались две меридиональные эпохи, разделенные одной зональной, причем в целом зональная эпоха (100911/1920—1947/1956) оказалась ровнее и теплее меридиональных.
В более отдаленном прошлом число ЭЦМ могло быть большим или меньшим, чем в настоящее время. Большим — в периоды более неустойчивого режима циркуляции атмосферы, меньшим — в относительно стабильные этапы. Анализ палеогеографии последнего оледенения и голоцена свидетельствует о возможности существования в прошлом более или менее длительных и стабильных климатических периодов, когда число элементарных циркуляционных механизмов, определявших климатическую ситуацию в умеренном поясе северного полушария, было невелико.
Примером может служить ситуация в конце последнего оледенения, когда над Арктикой развился обширный и устойчивый антициклон, определивший преобладание в это время меридиональной циркуляции. Именно эта климатическая обстановка привела к возникновению удивительного явления — смешения зон, или гиперзональности, в Северной Евразии. Переход к послеледниковому времени ознаменовался началом формирования основных растительных зон Северной Евразии (тундровой, лесной, степной), что указывает на резкое изменение характера циркуляционных процессов в сторону усиления зональных направлений. Этот переход к зональной системе циркуляции (достигшей максимальной выраженности в климатическом оптимуме голоцена — атлантическом периоде) происходил постепенно, причем в начале послеледниковья возникали ситуации, не имеющие четких аналогов в настоящее время.
В частности, увлажнение Сибири в бореальном периоде (при относительной сухости в Европе и на Дальнем Востоке) могло быть вызвано уменьшением ледовитости Арктики, интенсивным проникновением теплых морских течений из Атлантики в Баренцево море, возникновением северо-западного переноса влажных воздушных масс, огибавших Фенноскандию и «орошавших» Сибирь. Прямой западный перенос влаги из Атлантики в Сибирь, видимо, исключен, так как палеоботанические материалы определенно указывают на относительно сухой климат Русской равнины и Северо-Запада Европы в бореальном периоде. Здесь в это время существовал, по-видимому, более или менее устойчивый антициклон, связанный с остатками ледникового покрова в Скандинавии и частично блокировавший западную циркуляцию. Сравнение климатов бореального периода в различных частях Северной Евразии дает яркий пример разнонаправленного развития процессов увлажненности.
Окончательное исчезновение скандинавских ледников и разрушение антициклона над Европой в атлантическом периоде привели к установлению господства западного переноса воздушных масс из Атлантики, причем гораздо более интенсивного, чем в предыдущее и последующее время. Важную роль в изменении циркуляции атмосферы в бореальном и атлантическом периодах сыграло, вероятно, уменьшение ледовитости Арктики, ослабление азиатского антициклона и его сибирского и среднеазиатского отрогов.
Атлантический период характеризовался максимальным расцветом растительного и животного мира во всей Северной Евразии. Смещение границы между лесом и тундрой в северном направлении достигало 400—600 километров. Об этом свидетельствуют как данные пыльцевого анализа, так и многочисленные находки в торфяниках ныне безлесных тундр погребенных остатков древесных пород, трав и мхов, растущих теперь значительно южнее.
Широколиственные леса на Русской равнине в то время были наиболее развиты и далеко проникали в северном и северо-восточном направлении. Вяз и липа достигали на Урале широты Нижнего Тагила и проникали в Зауралье. На севере Западной Сибири отмечался вторичный расцвет темнохвойных еловых лесов. Во многих районах Восточной Сибири в атлантическое время усиливается роль лесной растительности. В целом леса Северной Евразии становятся разнообразнее и продуктивнее. Одновременно усложняется и обогащается животный мир лесов. Даже в тундре увеличивается в это время биологическая продуктивность.
Общее улучшение природных условий в лесной и тундровой зонах Северной Евразии вызывалось климатическими причинами, и в первую очередь изменением системы атмосферной циркуляции. Волны теплого и влажного воздуха из Атлантики как бы пронизывали значительную часть Северной Евразии, проникая на восток вплоть до ныне резко континентальных районов Сибири. Одновременно тихоокеанские воздушные массы глубже, чем теперь, вторгались на континент, утепляя и орошая дальневосточные районы нашей страны.
Зональная система циркуляции атмосферы достигла максимальной степени выраженности во второй половине атлантического периода. Это время по праву можно назвать климатическим оптимумом голоцена, отмеченным синхронно-однонаправленным улучшением природных условий на огромных пространствах лесной и тундровой зон Евразии.
Похолодание и увеличение континентальности климата Сибири начиная с суббореального периода объясняются увеличением ледовитости Арктики, усилением азиатского антициклона и ослаблением западного переноса влажных масс воздуха из Атлантики, уже не достигавших глубинных районов Северной Евразии. Влаголюбивые еловые леса, хорошо развитые здесь в предыдущие периоды, в значительной мере деградировали. Напротив, на Русской равнине и Камчатке в суббореальном периоде начался расцвет темнохвойной еловой тайги, продолжавшийся почти до наших дней. Одновременно в Западной Европе интенсивно распространились влаголюбивые древесные породы — бук и граб.
Изменения в лесной растительности Западной Европы, Русской равнины и Дальнего Востока определенно указывают на увеличение увлажненности в этих районах, тогда как в Сибири отмечалась обратная тенденция. Учитывая данные различия, можно говорить о метахронно-разнонаправленном характере процессов увлажнения климатов на сопоставляемых территориях. Все эти примеры свидетельствуют о том, что сложный механизм динамики природно-климатических условий Северной Евразии «работал» в голоцене не только и синхронно-однонаправленном, но и в метахронно-разнонаправленном режиме. При увлажнении одних территорий происходило иссушение других. Разномасштабно, иногда разнонаправленно менялся температурный режим в тундровой, лесной, лесостепной и степной зонах. Различия отмечались в развитии природных условий континентальных и океанических областей: первые характеризовались значительной стабильностью, консерватизмом, а вторые — большей изменчивостью, динамизмом.
Палеогеографические свидетельства о существенных отличиях климатических изменений в отдельных районах Северной Евразии в голоцене не вызывают сомнений. Можно думать, что накопление и обобщение нового материала по другим частям Евразии и иным континентам выявят еще большую пестроту и контрастность природно-климатических изменений в различных частях Земли. Но уже приведенные примеры заставляют отказаться от представления об абсолютной синхронности и однонаправленности климатических колебаний в голоцене. Становится ясно, что глобальная палеоклиматическая модель голоцена не может быть представлена одним вариантом, как это пытаются сделать некоторые зарубежные исследователи (например, Хавстен, Мёрнер и др.), а должна синтезироваться из довольно значительного числа крупнорегиональных палеогеографических блоков.
Однако нельзя все внимание концентрировать на метахронных тенденциях, иначе история природы в голоцене предстанет перед нами в виде огромного количества хаотических, не связанных между собой событий и явлений. Чтобы избежать этого, надо абстрагироваться от частных региональных характеристик и обратиться к анализу более общих, определяющих показателей.
В голоцене наряду с метахронными тенденциями хорошо прослеживаются синхронные изменения природных условий на огромных территориях, вызванные резкими климатическими переломами импульсного характера. Эти переломы, как правило, совпадают с основными рубежами скандинавской схемы Блитта — Сернандера и отмечаются во многих районах Земли.
Особенно четко вырисовываются синхронные тенденции на более высоком пространственно-временном уровне. При сопоставлении в глобальном масштабе ледниковых эпох четвертичного периода с межледниковыми метахронность режимов теплообеспеченности и увлажненности как бы отступит на второй план и ярче предстанут синхронные тенденции, выраженные в однонаправленном изменении тепла и увлажненности.
Таким образом, синхронные тенденции более высшего ранга, чем метахронные. Подобная иерархия объясняется тем, что главные импульсы, определяющие ход большинства природных процессов, приходят не от региональных и внутрибиосферных уровней, а извне. Эта внешняя сила — солнечная энергия и есть главная энергетическая база всех биосферных процессов (Герасимов, 1976).
В силу сферической, геоидальной формы земного шара лучистая энергия Солнца распределяется неравномерно : большее ее количество поступает в экваториальные районы, меньшее — в полярные. Эта общеизвестная закономерность наиболее ярко выражается в законе Широтной зональности, приоритет открытия которого принадлежит нашим крупнейшим ученым — В. В. Докучаеву и Л. С. Бергу.
Общее увеличение поступающей на земную поверхность солнечной энергии в межледниковые эпохи вызывало смещение ландшафтно-климатических поясов к северу, а ее уменьшение в ледниковые эпохи —1 сдвиг к югу. В целом этот процесс колебания интенсивности солнечной энергии определял более или менее синхронно-однонаправленные изменения природных условий Земли.
«Однако не все компоненты природы и не в одинаковой степени подчиняются этому закону (закону зональности.— Н. X.)... Это и понятно — земная поверхность не однотипна — черты ее строения неповторимы в каждом районе и имеют очень сложное взаимное сочетание. Поэтому приходящая к поверхности геоида энергия не поглощается одинаково на различных участках земной поверхности» (Величко, 1973).
Процесс поглощения и отражения лучистой энергии в каждой ландшафтной зоне происходит по-разному. Еще большие отличия в этом плане выявляются при сравнении океанов и материков, расположение которых совершенно не связано с законом зональности, а определяется геологической историей Земли. В результате этих и других особенностей поверхности нашей планеты ее приземные атмосферные слои «получают» самые различные, часто «незональные» энергетические потенциалы. Влияние этих незональных атмосферно-энергетических характеристик не ограничивается местом их зарождения, а распространяется на огромные территории благодаря постоянным перемещениям воздушных масс. По существу незональные тенденции проявляются повсеместно из-за климатических колебаний, выражающихся в первую очередь в изменении системы атмосферной циркуляции.
Зональные и незональные характеристики прослеживаются и на уровне биогеоценозов — элементарных ячеек тонкого приземного слоя Земли — пленки жизни, насыщенной живым веществом (по В. И. Вернадскому). Биогеоценоз, представление о котором разработал В. Н. Сукачев,— особый взаимообусловленный природный комплекс на определенном участке земной поверхности с присущими этому участку атмосферой, горной породой, растительностью, животным миром, почвенным и водным режимом. Каждый биогеоценоз имеет свою специфику взаимодействия слагающих его компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией между собой и другими явлениями природы и представляет внутреннее противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии.
«В различных биогеоценозах космическое излучение реализуется по-разному, и в каждом биогеоценозе создается свое специфическое поле излучения, отличное от генерализованного термодинамического поля всей биосферы по структуре световых, тепловых, электромагнитных и других волн» (Дылис, 1978). М. М. Камшилов (100974) считает, что каждый биогеоценоз — своеобразный трансформатор солнечной энергии в энергию биогеоценозов.
По мнению Н. Н. Моисеева и Ю. М. Свирежева (100979), биосфера по своей структуре —иерархически сложно организованная система. «В пределах каждой структурной единицы процессы преобразования энергии и вещества протекают относительно автономно. Вместе с тем вся живая материя объединена специфической формой организации и общими механизмами регуляции энергии и круговорота вещества». На этой основе биосфера рассматривается как система, где взаимодействующие биогеоценозы как бы вложены друг в друга, и как единый биогеоценоз высшего уровня.
Особое место в разрабатываемой указанными авторами модели биосферы занимает блок климата — одного из важнейших природных компонентов, от которого зависит сама возможность жизни на Земле. Современное состояние климатологии таково, пишут авторы, что удовлетворительных «инструментов» для прогнозирования и оценки основных характеристик климата пока нет. При этом выражается скептицизм в отношении перспектив развития каждого из двух основных направлений в климатологии: географического и математического. Однако существующие трудности в создании работоспособных климатических моделей климата прошлого, настоящего и будущего вполне преодолимы на основе развития сотрудничества и «взаимопонимания» между палеогеографами, климатологами, математиками, работающими в значительной мере разобщенно.
До последнего времени исследования в области био-геоценологии были направлены в основном на выявление внутренних взаимосвязей и взаимозависимостей, существующих между элементами биогеоценоза, без должного учета внешних, в частности климатических, факторов. Именно поэтому концепция экосистем, более четко определяющая роль этих факторов, получила широкое распространение и определила одно из перспективных направлений дальнейшего развития школы био-геоценологии.
Исключительно плодотворно рассмотрение каждого биогеоценоза или экосистемы как своеобразной модели биосферы в миниатюре (Камшилов, 1974). Под этим углом зрения великие идеи В. И. Вернадского (100967) об энергетических и космических факторах развития биосферы и жизни, определяемого тесной взаимосвязью космоса и Земли, приложимы и к анализу механизма развития биогеоценоза. Как биосфера, так и биогеоценоз являются открытыми в космос системами, откуда к ним непрерывно поступает и питает их энергия, преобразуемая в земную, главным образом химическую.
На всех биосферных уровнях отмечаются как общие, однонаправленные тенденции, связанные с поступающей из космоса всесильной и вездесущей энергией, так и региональные, разнонаправленные закономерности, определяемые неоднородной трансформацией этой энергии внутри биосферы, что в целом выражает единство общности и разнородности природных процессов. Именно этим и объясняется двойственный характер в развитии природы различных регионов Северной Евразии и любого другого района Земли в голоцене.
Главный вопрос в палеогеографии заключается не только в том, как трансформировался на Земле приход солнечной энергии (которая, как было показано, могла вызывать синхронные и метахронные эффекты), но и в том, как изменялась эта энергия в прошлом и каков механизм этих изменений.
Анализ палеогеографии голоцена показывает, что относительно длительные и спокойные этапы в развитии природных условий прошлого сменялись кратковременными этапами с резкими переломами, особенно четко выявленными на поздне-послеледниковом рубеже, отмеченным всеобщим потеплением климата около 10,3 тысячи лет назад, на атлантико-суббореальном рубеже, когда 4,5—5 тысяч лет назад наметилась тенденция в сторону похолодания, и на некоторых других хронологических уровнях.
При этом скорость природных изменений на этих рубежах могла быть очень высокой. Так, грандиозная перестройка ландшафтов Северной Евразии при переходе от позднеледникового к послеледниковому времени совершилась в течение нескольких столетий или, возможно, еще быстрее. По геологическим масштабам такие изменения природной среды можно назвать мгновенными.
Чем же вызывались эти и подобные им природно-климатические переломы, определявшие общую направленность и ритмичность изменения природных условий в голоцене и в более древние этапы четвертичного времени? Выявляемые в голоцене резкие и быстрые изменения природных условий — лишь слабые отголоски еще более мощных пульсаций в далеком прошлом. Такие переломы, отразившиеся, в частности, на многократных изменениях животного мира на Земле, М. И. Будыко (100971) назвал критическими эпохами геологической истории и связал их с былыми климатическими изменениями.
Эти эпохи, по его мнению, имели непродолжительный характер, они сопровождались быстрыми сменами старых фаун новыми, представители которых заполняли освободившиеся климатические ниши. Эволюционная теория Ч. Дарвина, испытавшая влияние актуалистических взглядов Ч. Лайеля, объясняла смены различных фаун в геологическом прошлом не влиянием природных катастроф, как это считал Ж. Кювье, а действием естественного отбора в постоянных или меняющихся условиях среды. Указав на это, М. И. Будыко пишет: «Следует поставить вопрос о возможности влияния на смену последовательных фаун наряду с медленно действующим естественным отбором быстрых изменений, обусловленных воздействием на животный мир катастрофических сдвигов в климатических условиях».
Это очень интересная мысль, подчеркивающая важное значение быстрых природно-климатических изменений в прошлом, хотя, по-видимому, одними резкими климатическими пульсациями и вызываемыми ими последствиями нельзя объяснить коренные фаунистические и флористические перестройки.
Ж. Кювье в своей книге «Рассуждения о переворотах на поверхности земного шара», опубликованной в 1822 году, первый разработал представление о существовании в прошлом природных катастроф — переворотов, вызывавших смену последовательных фаун на Земле. Он доказывал, что эти перевороты были многочисленными и часто внезапными. Ж. Кювье (100937) писал, что «жизнь не раз потрясалась на нашей земле страшными событиями. Бесчисленные живые существа становились жертвами катастроф... Эти великие и грозные события ярко запечатлены повсюду для глаза, который умеет читать историю по ее памятникам».
Ж. Кювье одним из первых выявил геологические свидетельства ускорения хода и ритмичности природных процессов от прошлого к настоящему: «Чем древнее пласты, тем каждый из них однообразнее на большом пространстве; чем новее, тем они ограниченнее и подвержены изменениям на небольших расстояниях» (Кювье, 1840). Природные катастрофы, по Ж. Кювье, вызывались внезапными трансгрессиями и регрессиями морей, климатическими вариациями (в частности, изменением влажности климата), оледенениями и другими процессами, которые действовали в прошлом с особой интенсивностью. В современных, более «спокойных» природных условиях Ж. Кювье не видел сил, способных вызвать подобные катастрофы.
Примерно в это же время Ч. Лайель и его последователи развивали иные идеи. В своей книге «Основные начала геологии» он писал, критикуя позицию Жоржа Кювье: «По мнению некоторых писателей, в минувшей истории нашей планеты существовали перемежающиеся периоды покоя и конвульсивного движения: первые продолжались целые века и походили на тот порядок вещей, который испытывает человек теперь; вторые, короткие, скоропреходящие и припадочные порождали новые горы, моря и долины, уничтожали один ряд органических существ и предшествовали созданию другого». Эти выводы, по мнению Ч. Лайеля (100866), ошибочны: они возникли из неточного истолкования геологических памятников, так как в хронологической цепи природных событий прошлого недостает многих звеньев.
Его концепция состояла в том, что изменения поверхности Земли в прошлом происходили не под влиянием катастроф, а путем медленных, постепенных изменений, вызываемых природными процессами, характерными для современных условий. Геологический эффект этих факторов объяснялся чрезвычайной длительностью их действия. Исходя из этих соображений, Ч. Лайель сформулировал принцип актуализма, по которому в геологическом прошлом действовали те же силы и с такой же интенсивностью, как и в настоящее время. Поэтому знания современных геологических явлений можно без поправок распространять на геологическое прошлое любой давности. Ошибочность принципа актуализма в этом варианте (названном униформиз-мом) признается теперь большинством исследователей. По современным представлениям, метод актуализма позволяет идти к пониманию прошлого от изучения современных природных процессов, но с учетом того, что эти процессы в некоторой степени отличались от современных, и тем более, чем дальше от нас прошлая геологическая эпоха.
В такой трактовке принцип актуализма становится более сложной и плодотворной концепцией, которая может быть дополнена исключительно важными идеями Ж. Кювье о былых резких изменениях природных условий на Земле. Ее следует, вероятно, дополнить принципом палеоизма, по которому выявляемые в прошлом специфические физико-географические закономерности могут иметь важное значение для понимания как современных, так и будущих тенденций в развитии природной среды.
Подробнее об этом будет рассказано в заключительной главе книги. Замечу лишь, что анализ ритмики природных условий в голоцене й плейстоцене со всей определенностью подтверждает представления Ж. Кювье о существовании в прошлом многократных и резких природных переломов. Вместе с тем его объяснение «драматической» истории фаунистических изменений на Земле нуждается в существенном уточнении, а иногда и в полном пересмотре.
Прежде всего Ж. Кювье не дал, да и не мог дать ответа на вопрос о причинах и механизме смен последовательных фаун на Земле. Он ограничился ссылками на былые катастрофы, в частности на грандиозные потопы, уничтожавшие все живое на огромных территориях, которые затем, после осушения, заселялись новой фауной, пришедшей из других мест. Скудность научных фактов того времени привела Ж. Кювье (100937) к выводу о позднем появлении человека на Земле, и он пытался ограничить его историю рамками библейской хронологии, хотя в этом он сам сильно сомневался: «...вид человека не существовал в тех областях, где находят ископаемые кости, погребенные в эпоху переворотов, так как нет никакой причины, чтобы он целиком мог избежать таких общих катастроф... Отсюда, однако, я не хочу делать вывода, что человек совершенно не существовал до этой эпохи. Он мог жить в каких-нибудь небольших областях, откуда мог заселять землю после этих ужасных событий...»
Несмотря на некоторые неточности и заблуждения, следует удивляться прозорливости Ж. Кювье, идеи которого сыграли существенную роль в развитии многих научных дисциплин. Его представления о былых природных катаклизмах с учетом новых палеогеографических, геологических и других данных имеют исключительно важное значение для понимания как современных, так и будущих тенденций развития природы.
Как уже отмечалось, исследования голоцена и плейстоцена свидетельствуют об отсутствии в прошлом абсолютных природно-климатических рубежей и об относительной консервативности, устойчивости растительного и животного мира по отношению к изменениям климата. Можно думать, что генеральный процесс исчезновения старых и появления новых видов растений и животных не определялся климатическими колебаниями (не говоря уже о трансгрессиях), даже если они имели большую амплитуду. Следует, вероятно, искать иные причины, определявшие как природно-климатические пульсации прошлого, так и великие смены во времени флор и фаун.
Единственно известной и физически возможной причиной природно-климатических переломов могут быть космические факторы, связанные в первую очередь с колебаниями солнечной активности. На это указывал М. С. Эйгенсон (100963), один из основоположников отечественной гелиогеофизики. Аналогичные взгляды на космическую, солнечно обусловленную природу колебаний климата четвертичного периода разделяют в последнее время и другие исследователи. В частности, А. А. Величко (100973), проанализировав различные гипотезы о происхождении глобальных климатических колебаний в плейстоцене с учетом современных палеогеографических данных, пришел к заключению, что колебания активности Солнца — главный фактор, контролировавший ход изменения климата и других важнейших компонентов природных условий в прошлом.
«Схема, согласно которой в природном процессе земного шара все компоненты образуют автономную (земную) систему, за исключением лучистой энергии, и что именно этот внешний фактор, связанный с солнечной активностью, изменяясь сам, изменял состояние автономной, замкнутой системы земных компонентов и, таким образом, лежал в основе систематической трансформации всей природной оболочки Земли, в принципе согласуется со структурой природного процесса в плейстоцене».
Солнечная активность в комплексе, вероятно, с другими космическими факторами влияет на развитие многих природных процессов на Земле. К настоящему времени выявлены примеры подобного влияния Солнца, на что особое внимание обратил А. Л. Чижевский (100963) и другие. Так, например, можно указать на связь изменения солнечной активности с климатическими пульсациями, с колебаниями уровней поверхностных и подземных вод, а также с возникновением засух, вспышек эпидемических заболеваний и т. д.
В некоторых случаях «идея опережает факты» и подобные связи устанавливаются без достаточного основания, но, несмотря на это, исследования, направленные на выявление геологических, биологических и других индикаторов былой солнечной активности, представляются исключительно перспективными. Отмечаемые в голоцене и плейстоцене резкие переломы в развитии природных условий — яркие свидетельства изменения солнечной активности и иных космических процессов. Именно эти и подобные им в более далеком прошлом природные «переломы» определяли и будут еще долго определять пути развития биосферы.
Главная причина последовательных смен фаун и флор может заключаться не столько в климатических и иных экологических сдвигах, вызванных изменением солнечной активности, сколько, вероятно, в непосредственных воздействиях на животный и растительный мир колебаний уровня космической радиации. Существование функциональной связи между колебаниями ионизирующего излучения и развитием животных, растений, микроорганизмов и вирусов не вызывает сомнений. Попадая в условия повышенной радиации, виды подвергаются усиленной изменчивости (Дубинин, 1966). В этих условиях, вероятно, активизируется действие естественного отбора, который, выполняя роль «чистильщика», уничтожает часть старых и новых видов, сохраняя те из них, которые приспособились к развитию в новых условиях среды.
По мнению Н. П. Дубинина, особо важную роль в радиобиологическом отношении играет радиоуглерод (1004С), который благодаря большому периоду полураспада (50570+30 лет) «в течение нескольких тысяч лет будет облучать поколения организмов». Генетическая эффективность 14С доказана как в отношении вызывания генных мутаций, так и в отношении хромосомных перестроек. Эти данные представляют большой интерес, поскольку теперь хорошо известно, что в голоцене происходили существенные колебания концентрации радиоуглерода в атмосфере под влиянием изменения интенсивности космического излучения. Так, в эпоху неолитической революции в лесной зоне Северной Евразии концентрация радиоуглерода повышалась по сравнению с настоящим временем примерно на 10 %. Не исключено, что в более древние этапы голоцена и в плейстоцене колебания концентрации 14С могли иметь гораздо большую амплитуду.
Высказывается предположение о том, что эволюционные процессы в прошлом могли определяться изменением магнитного поля Земли — своеобразного экрана, регулирующего интенсивность бомбардировки поверхности земного шара космическими лучами. Снижение напряженности геомагнитного поля может обусловить значительное увеличение доз радиации по сравнению с обычными, что вызывает фаунистические перестройки путем ускорения мутаций. Именно с этим явлением Уффен, Симпсон, Боткине, Опдайк и другие связывают былые изменения фауны.
Сходные соображения высказывают и некоторые советские ученые. Так, участники состоявшегося недавно в Москве совещания по проблеме «Космические факторы и эволюция органического мира» отметили, что до последнего времени космические процессы почти не учитывались при анализе эволюции организмов. Преобладало представление о неизменности космических и геофизических условий, хотя накапливается все больше данных, определенно свидетельствующих о их значительных изменениях в геологическом прошлом.
Наиболее яркий пример — смены знака магнитных полюсов Земли, получивших название инверсий геомагнитного поля, когда его напряженность проходила практически через нуль, что приводило к почти полному исчезновению магнитосферы и к усилению интенсивности жесткого излучения. Замечено, что с подобными инверсиями совпадают резкие фаунистические изменения, в частности глобальные смены видового состава морских простейших организмов — радиолярий и фораминифер. С инверсиями геомагнитнго поля, возможно, связана смена фаун и на материках, например фаун млекопитающих Северной Америки и Северной Азии.
Характер геомагнитных пульсаций определялся не только по изменению геомагнитного поля Земли, но и по резким колебаниям интенсивности корпускулярного потока, идущего от Солнца при изменении солнечной активности. Благодаря этому должны были происходить соответствующие реакции и в биологических процессах.
Несмотря на дискуссионность некоторых затронутых здесь проблем, ясно, что развитие фаун и флор прошлого происходило в условиях существенного изменения радиационного и магнитного режимов биосферы, которое могло играть определяющую роль в этом процессе. Настало время преодолеть инерцию геоцентрического мышления, по которому многие аспекты развития жизни объясняются исключительно «земными» причинами, без учета огромного влияния космических факторов. Еще В. И. Вернадский (100960) учил, что «...в биосфере мы должны искать отражение не только случайных единичных геологических явлений, но и проявление строения космоса...».