Однако известны и еще более кратковременные колебания среднегодовой температуры на поверхности Земли. Так, с начала нашего века стала заметно теплеть Арктика. Это выразилось, в частности, в уменьшении ледовитости океана, в удлинении срока навигации и т. д. Но с 1940 г. вновь началось похолодание, продолжающееся до настоящего времени.

Можем ли мы отнести эпохи оледенения нашей планеты к числу катастрофических явлений? Безусловно, да. В масштабе геологического времени они наступали почти мгновенно.

Двигавшиеся с севера льды вызвали гигантское перемещение пародов с севера на юг, а также коренное изменение образа их жизни. Перемена климата явилась одним из важнейших факторов, с одной стороны, быстрого развития, с другой — вымирания отдельных племен. Достаточно сказать, что пригодная для обитания человека площадь земного шара была на 30 млн. км² меньше, чем в настоящее время.

Чем же были вызваны такие резкие похолодания на нашей планете, и можно ли ожидать новой вспышки холода в будущем?

Установлено, что резкое похолодание, усилившееся на севере нашей планеты около миллиона лет назад, т. е. в начале четвертичного периода, было не единственным в истории Земли. В Африке, Южной Америке, Индии и Австралии обнаружены ледниковые отложения в осадках, образовавшихся 300 млн. лет назад (в каменноугольный период). Известны и еще более древние следы ледниковой деятельности — рифейское оледенение 600–700 млн. лет назад. Самые же древние ледниковые образования имеют возраст свыше миллиарда лет.

Замечено, что все великие оледенения нашей планеты совпадали с крупнейшими горообразовательными эпохами, когда рельеф земной поверхности был наиболее контрастным. Площадь морей уменьшилась. В этих условиях колебания климата становились более резкими.

Анализируя растительные сообщества, существовавшие на нашей планете в последние 30–50 млн. лет, ученые заметили, что климат на нашей планете постепенно ухудшался — происходило медленное похолодание. Его связывают с усиливавшимся горообразованием, и в первую очередь с увеличением абсолютной высоты рельефа на Антарктическом материке. Горы высотой до 2000 м, возникшие в Антарктиде, т. е. непосредственно на Южном полюсе Земли, стали первым очагом образования покровных ледников, Сейчас установлено, что оледенение Антарктиды началось более 30 млн. лет назад. Возникновение ледника в Антарктиде сильно увеличило отражательную способность на этом материке, что в свою очередь привело к понижению температуры. Постепенно ледник Антарктиды рос как по площади, так и в толщину, и его влияние на тепловой режим Земли все увеличивалось. Температура льда медленно снижалась. Антарктический материк стал огромнейшим аккумулятором холода на нашей планете. Благодаря морским течениям и атмосферной циркуляции холод с Антарктического материка распространялся по всей планете и похолодание на Земле постепенно усиливалось.

Горообразовательные процессы, приведшие, в частности, к росту гор в Антарктиде, являются необходимым, но еще не достаточным условием возникновения оледенения. Средние высоты гор в настоящее время не ниже, а, может быть, даже выше тех, какие были во время оледенения, происходившего в начале четвертичного периода, однако сейчас площадь ледников относительно невелика. Очевидно, необходима какая-то дополнительная причина, непосредственно вызывающая резкое похолодание.

По этому поводу существует много гипотез. Прежде чем остановиться на некоторых из них, следует подчеркнуть, что для возникновения крупного оледенения планеты не требуется сколько-нибудь значительного понижения температуры. Расчеты показывают, что общее среднегодовое понижение температуры на Земле на 2–4 °C вызовет спонтанное развитие ледников, которые в свою очередь понизят температуру на Земле. В результате ледниковый панцирь покроет значительную часть площади Земли.

От чего же зависит понижение средней температуры Земли?

Высказывались предположения, что причина заключается в изменении количества тепла, получаемого от Солнца. Выше говорилось об 11-летней периодичности солнечного излучения. Возможно, существуют и более длительные периоды. В этом случае похолодания могут быть связаны с минимумами солнечного излучения. Повышенно или понижение температуры на Земле происходит и при неизменном количестве энергии, поступающей от Солнца, а также определяется составом атмосферы.

В 1909 г. С. Аррениус впервые подчеркнул огромную роль углекислого газа как регулятора температуры приповерхностных слоев воздуха. Углекислота свободно пропускает солнечные лучи к земной поверхности, но поглощает большую часть теплового излучения Земли. Она является колоссальным экраном, препятствующим охлаждению нашей планеты. Сейчас содержание в атмосфере углекислого газа не превышает 0,03 %. Если эта цифра уменьшится вдвое, то средние годовые температуры в умеренных поясах снизятся на 4–5 °C, что может привести к началу ледникового периода.

Изучение современной и древней вулканической деятельности позволило вулканологу И.В. Мелекесцеву связать похолодание и вызывающее его оледенение с увеличением интенсивности вулканизма. Хорошо известно, что вулканизм заметно влияет на земную атмосферу, изменяя ее газовый состав, температуру, а также загрязняя ее мелкораздробленным материалом вулканического пепла. Огромные массы пепла, измеряемые миллиардами тонн, выбрасываются вулканами в верхние слои атмосферы, а затем разносятся струйными течениями по всему земному шару. Через несколько суток после извержения в 1956 г. вулкана Безымянного его пепел был обнаружен в верхних слоях тропосферы над Лондоном. Пепловый материал, выброшенный во время извержения в 1963 г. вулкана Агунг на острове Бали (Индонезия), был найден на высоте около 20 км над Северной Америкой и Австралией. Загрязнение атмосферы вулканическим пеплом вызывает значительное уменьшение ее прозрачности и, следовательно, ослабление солнечной радиации на 10–20 % против нормы. Кроме того, частицы пепла служат ядрами конденсации, способствуя большому развитию облачности. Повышение облачности в свою очередь заметно уменьшает количество солнечной радиации. По расчетам Брукса, увеличение облачности с 50 (характерно для настоящего времени) до 60 % привело бы к понижению среднегодовой температуры на земном шаре на 2 °C.

До настоящего времени большинством исследователей роль вулканизма в проявлении оледенений резко преуменьшалась. В данном случае, как и в примере с астероидами, повинен прежде всего принцип актуализма. В современную эпоху мощные извержения, с которыми связаны колоссальные выбросы пепла, происходили неоднократно (в км³): Тамбора (1815) — 186, Косегвина (1835) — 10, Кракатау (1883) — 18, Ксудач (1907) — 3, Катмай (1912) — 28, Безымянный (1956) — 3. Однако эти извержения были отделены друг от друга десятками лет, в течение которых выброшенный материал успел осесть на Землю задолго до следующего крупного извержения. Поэтому суммарное воздействие таких извержений на изменение климата невелико, несмотря на значительный климатический эффект каждого из них.

В более ранние отрезки четвертичного периода картина могла быть существенно иной. Изучение осадков дна Тихого и Атлантического океанов показало, что на протяжении четвертичного периода интенсивность вулканической деятельности периодически изменялась. Такие колебания были свойственны, по-видимому, огромным территориям, поскольку даже очень удаленные друг от друга колонки донных осадков имеют сходную ритмичность.

Интересно, что периоды наиболее обильного осаждения пепла совпали с отдельными стадиями оледенения. При современной интенсивности вулканизма заметной концентрации пепла в океанических осадках не наблюдается. Отсюда следует, что в период формирования «холодных» горизонтов донных осадков интенсивность вулканизма была намного выше. Установлено, что на Камчатке и в других вулканических областях эпохи похолодания совпадали с эпохами интенсивного вулканизма.

Таким образом, очевидна причинная связь эпох интенсивного вулканизма с эпохами похолодания. Однако не следует и преувеличивать значение этого фактора. Хорошо известно, что в позднемеловую эпоху и в палеогене на земной поверхности не существовало сколько-нибудь значительных ледников, хотя в то время были сформированы колоссальные покровы из вулканического материала по обрамлению Тихого океана.