У каждого ледникового панциря имеется перигляционная зона — область, на которую действовали гляционные климатические факторы. Например, в апогее конца ледникового периода, около 20 000 лет назад, постоянная гляционная зона высокого давления была сосредоточена над северной частью ледникового панциря и вызывала сухие морозные ветры, которые дули над перегляционными регионами Центральной Европы. Эти сухие ветры надували мелкую пыль, называемую лёссом, в огромные наклонные долины Центральной и Восточной Европы и северную часть Северной Америки (рис. 12.2).
Рис. 12.2. Европа во время последнего оледенения ледникового периода
Около 18 000 лет назад на краю плоской долины Днепра в районе города Межиричи на юге Украины жило племя охотников-собирателей (Soffer, 1985). Эти люди делали полы своих полуподземных жилищ в мягкой лёссовой почве, затем сооружали крышу-решетку из костей мамонта и использовали огромные кости челюстей мамонта, чтобы удерживать эту крышу. Когда крышу покрывали дерном, то эти куполообразные дома «врезались» в почву и представляли собой прекрасное укрытие от холодных зимних ветров. Как радиоуглеродное датирование, так и стратифицированные слои лёсса помещают памятник Межиричи в узкие хронологические рамки. Намного позже, приблизительно в 6000 году до н. э., дунайские племена, первые земледельцы Центральной Европы, селились почти исключительно на этих же легких лёссовых почвах, поскольку они были в высшей степени пригодны для простого подсечно-огневого земледелия, которое практиковали эти пионеры фермерства (рис. 12.3) (Канклифф — Cunliffe, 1997).
Рис. 12.3. Реконструкция центральноевропейского поселения земледельцев, приблизительно 6000 год до н. э. Такого типа поселения строили на мягких лёссовых почвах конца ледникового периода
Ледниковые панцири, увеличивающиеся на суше, помимо образования лёссовых равнин, оказывают и другое действие. Вода, выпадающая в виде снега и образующая ледниковые панцири и ледники, в конечном счете происходит из океанов. Когда большие площади в северных широтах были покрыты льдом, огромное количество воды, достаточное для снижения общего уровня океанов более чем на 90 метров в пике последнего оледенения 18 000 лет назад, было сковано на суше. Эвстатический эффект сопровождался также изостатическим. Абсолютный вес массивных ледниковых панцирей опускал нагруженные континентальные блоки массивов суши в вязкие нижележащие слои земли, которые находились на глубине до 10 километров ниже поверхности. В межледниковые фазы мировой уровень моря резко повышался до уровней выше сегодняшних. Когда уровень воды опять понижался, высоко над уровнем моря оставались участки суши, высокие и сухие, и геологи сейчас могут изучать их.
Многие доисторические поселения, которые были населены в периоды с низким уровнем моря, сейчас, конечно, находятся глубоко под водами нынешних океанов. Но на древних побережьях эпох более высоких, чем уровень моря, были найдены многочисленные памятники. Американский археолог Ричард Кляйн провел раскопки прибрежной пещеры в заливе Нельсона в Капской провинции в ЮАР, которая теперь выходит на Индийский океан (Дикан и Дикан — Deacon and Deacon, 1999). В верхних уровнях пещеры нашли много моллюсков и других морских животных. Но в нижних уровнях, обитаемых приблизительно от 11 000 до 12 000 лет назад, рыбьи кости и прочее морского происхождения встречались редко. В то время линия побережья могла быть далеко от пещеры, так как уровень моря был намного ниже в течение длительного периода арктического климата в северных широтах. Сегодня эта пещера находится всего в 45 метрах от моря.
Дно океана является бесценным архивом изменений климата в древности. Глубоководные керны дают длинные столбцы отложений дна океана, которые заключают в себе скелеты маленьких морских организмов, которые когда-то жили вблизи поверхности океана. Планктонические фораминиферы (протозоа), обнаруженные в глубоководных кернах, состоят в основном из карбоната кальция. При жизни их крохотные скелеты поглощали органические изотопы. Соотношение этих двух изотопов — кислорода-16 и кислорода-18 — меняется в результате испарения. Если степень испарения высока, большая часть более легкого кислорода-16 извлекается из океана, а планктон обогащается более тяжелым кислородом-18. Когда на суше во время периодов оледенения формируются огромные ледниковые панцири, уровень моря понижается, так как влага забирается континентальными ледяными шапками. В такие периоды в мировых океанах содержалось больше кислорода-18 относительно кислорода-16, это соотношение отражается миллионами фораминифер. Для измерения этого соотношения используются масс-спектрометры. Оно не отражает изменения температуры в древности, но является просто констатацией размера океанов и современного состояния суши.
Климатические изменения можно также подтвердить другими фактами, такими как изменение количества фораминифер и других морских микроископаемых в кернах. Используя статистические методики и сделав предположение, что отношение между различными видами и состоянием моря не изменилось, климатологи смогли перевести эти частоты в цифровые оценки поверхностных температур и солености океана на протяжении нескольких сотен тысяч лет и вывести климатический профиль для большей части ледникового периода (рис. 12.4). Эти данные были подтверждены в ключевых точках радиоуглеродным датированием и изучением палеомагнетизма. Магнитное реверсирование Матияма-Брюнхес 780 000 лет назад (когда магнитное поле Земли неожиданно переменилось) является ключевым стратиграфическим маркером, который можно идентифицировать как в морских кернах, так и в вулканических слоях на суше, где оно может быть точно датировано по калий-аргоновым образцам.
Рис. 12.4. Глубоководный керн, служащий стандартным эталоном для последних 780 000 лет, взят на Соломоновом плато в юго-западной части Тихого океана. Явление Матияма-Брюнхес произошло на глубине 11,9 метра. Выше него по пилообразной кривой идентифицируют по крайней мере восемь полных ледниковых (гляционных) и межледниковых (интергляционных) циклов
Один из самых подробных глубоководных кернов получен в бассейне Кариока у Карибского побережья Венесуэлы. Самые верхние 5,5 метра из 170-метрового Карибского керна охватывают последние 14 000 лет, при этом скорость осаждения составляет около 30 сантиметров на 1000 лет. Четкость осаждения Кариока была настолько точной, что рентгенофлуоресцентный сканер мог считывать замеры основных концентраций титана с промежутком в 2 мм, что соответствует интервалам всего в 4 года. Концентрации титана отражают величину почвенных отложений, впадающих в бассейн Кариока, и, таким образом, дают последовательность изменений речного потока и колебания величины атмосферных осадков во времени. Высокая концентрация говорит об осадках, маленькая — о сухих условиях. Поскольку засушливые состояния в Южной Америке обычно связаны с процессами, происходящими в течении Эль-Ниньо, то колебания титана являются точным отражением не только засухи, но и состояния Эль-Ниньо. Керн Кариока пролил свет на крушение древней цивилизации майя в южных долинах Центральной Америки после VIII века н. э. Исключительная четкость в керне говорит о серии из четырех сильных засух приблизительно в 760, 810, 860 и 910 годах н. э., последняя из них продолжалась около шести лет, промежутки между ними составляли 40–47 лет. Эти показания совпадают с цифрами, полученными при исследовании озерных кернов в землях майя, — по этим данным интервалы составляли 50 лет (Хог — Haug et al., 2003).