Ледниковый период

Арктический айсберг, плывущий на юг в водах Ньюфаундленда. Айсберги образуются, когда язык ледника сползает в море и его передний край раскалывается на куски. Некоторые арктические айсберги имеют по нескольку сот метров в диаметре и возвышаются над водой больше чем на 100 м. Однако основная часть - до девяти десятых - их массива скрыта под водой

«Полярные пустыни» - как часто мы встречаем это ошибочное избитое выражение и как легко принимаем на веру связанные с ним мрачные представления! Слова «полярные районы» вызывают в нашем воображении картины заледеневших просторов, айсбергов, ледников, замерзших морей... Они подразумевают скудную еду, холод, неудобства, бедность животного мира, малочисленность поселений. На самом деле полярные области совсем иные. В действительности именно благодаря тому, что в этих областях преобладают лед и снег, они имеют столь важное значение для человека. Дело в том, что они оказывают решающее влияние на механизмы регулирования климатических условий, к которым приспособилась жизнь на Земле. Кроме того, самые большие неизрасходованные биологические ресурсы, еще оставшиеся на земном шаре, сосредоточены в богатых полярных морях. Это обстоятельство заставляет нас задуматься над тем, как могла там появиться и сохраниться жизнь. Ведь хотя в полярных районах многие семейства представлены меньшим количеством видов, чем в других областях Земли, не может не возникнуть вопрос: каким образом живые организмы приспособились к условиям жизни в полярных областях и как такие сравнительно простые экосистемы могут быть столь продуктивными?

Естественные ледяные скульптуры в Антарктике, образованные эрозионной деятельностью волн. По мере того как айсберг тает, или 'гниет', его центр тяжести перемешается, он становится неустойчивым и в конце концов опрокидывается

Что в полярных районах имеются продуктивные экосистемы, стало известно совсем недавно. История полярных исследований сравнительно коротка. В Арктике люди жили на протяжении тысячелетий, тогда как на Антарктическом материке человек впервые провел целый год лишь в конце прошлого века. Всеобъемлющее изучение этих районов началось только с основанием постоянных полярных и субполярных исследовательских станций после второй мировой войны. Теперь мы знаем, что хотя физические особенности полярных районов создают очень суровые условия жизни и обманчиво простой экологический фон, здесь встречаются гигантские скопления планктона (пассивно плавающие растительные и животные организмы), наиболее многочисленные популяции морских птиц, китов, моржей, белых медведей, огромные стада карибу - как это не похоже на «пустыню»! Правда, целые группы животных и растений так и не приспособились к полярным условиям. В безлесных полярных областях не водятся ни земноводные (лягушки, жабы, саламандры), ни пресмыкающиеся (змеи, ящерицы, черепахи). В Антарктиде отсутствуют настоящие наземные позвоночные, не встречаются папоротники, голосеменные растения, пресноводные рыбы. Фактически только на четырех процентах территории Антарктиды существует жизнь, да и то она ограничивается в основном несколькими видами микробов, простейшими животными, коловратками, пауками и их родичами, насекомыми, мхами, грибами, водорослями и лишайниками. И в Арктике сравнительно мало наземных форм жизни, хотя они все же намного богаче антарктических и по количеству видов, и по биомассе (отношение веса живой материи к единице обитаемой площади). Например, в Северной Америке к северу от границы произрастания лесов обитает немногим более 20 из 3200 известных видов млекопитающих, тогда как в нескольких штатах Среднего Запада с умеренным климатом их в два-три раза больше, а в некоторых маленьких тропических государствах Центральной Америки - в шесть раз больше. По мнению некоторых ученых, бедность отдельных групп полярных растений и животных обусловлена молодостью (в геологическом смысле) полярных экосистем. Было бы, однако, ошибкой связывать с полярными районами только суровые условия жизни и скудость ее проявлений. Здесь, как и повсюду на Земле, весенний сезон, пусть кратковременный, приносит с собой оживление и изобилие, но наступают они более внезапно. В Арктике океанские воды над континентальным шельфом насыщены планктоном, они кишат живыми существами, незаметными для человеческого глаза, но отнюдь не для рыб, птиц, тюленей и китов. Реки в Арктике весной переполняются, образуется множество пресноводных водоемов. Теплые лучи солнца вызывают изменения, пробуждающие спящие организмы, дни становятся длиннее, и мигранты, например водоплавающие птицы, возвращаются в свои летние резиденции для выведения потомства. С наступлением лета появляются цветы и насекомые, и среди них печально знаменитые кровососы: незаметная крохотная «мошка», комары и оводы, причиняющие страдания людям и животным. Такой же удивительной продуктивностью обладают и воды Антарктики. Сюда приплывают на откорм огромные киты, здесь пингвины и тюлени находят себе обильную пищу. Южный океан (Объяснение этого и других терминов см. в Словаре терминов. - Прим, перев.), омывающий антарктические земли, занимает не более пяти процентов площади всех океанов, но по продуктивности раза в четыре превосходит каждый из них. По некоторым данным, на его долю приходится двадцать процентов ежегодной продукции живого вещества всего Мирового океана. Неудивительно поэтому, что весь мир видит источник пищи и удобрений в маленьких ракообразных под названием криль (В литературе под названием „криль" объединяются в первую очередь три вида эуфазиевых ракообразных - Euphasia superba, E. crystallorophias, Thysanoessa macrura, а также и некоторые другие. Е. superba - самый массовый вид криля. - Прим. ред.) (Euphausia superba), которые в этом океане встречаются в таких огромных количествах.

За шельфовым ледником, вблизи острова Арджентайн, над морем громоздятся антарктические айсберги. Они образовались, когда от ледника на острове откололся огромный кусок льда. В Антарктике айсберги, как правило, крупнее, чем в Арктике

Что такое полярные районы?

Группа пингвинов Адели (Pygoscelis adeliae) плывет на льдине, оторвавшейся от морского льда в Антарктике

Прежде чем говорить о размерах полярных районов, следует уяснить себе некоторые понятия. Полюсы - это еще не сами полярные области, а всего лишь точки, через которые проходит ось Земли. Арктикой и Антарктикой называются территории вокруг полюсов, имеющие ярко выраженные климатические особенности. Антарктида - материк в центре Антарктики, омываемый со всех сторон Южным океаном. Арктика находится на противоположном конце земного шара. В ее центре простирается Северный Ледовитый океан, окруженный большими массивами суши Евразии и Северной Америки. Границы полярных районов можно очертить исходя из их астрономических особенностей или же из экологических условий. Полярные круги, северный и южный, характеризуются определенными положениями Земли относительно Солнца и наклоном земной оси. Южным полярным кругом называется параллель, находящаяся на 66° 33' ю. ш., которой 21 июня лишь касаются лучи солнца, стоящего в зените в северном полушарии у тропика Рака, т. е. на 23° 30' с. ш. Таким образом, в течение одного дня вся территория к югу от южного полярного круга не получает прямого солнечного света. С 22 июня по 21 декабря в результате вращения Земли вокруг Солнца оно на севере как бы опускается. Двадцать первого сентября солнце стоит в зените над экватором. Это день осеннего равноденствия, когда день и ночь равны и составляют 12 часов на всем земном шаре, кроме полюсов, где солнце встает и садится всего лишь один раз в год. Двадцать первого декабря солнце занимает крайнее положение на юге, его лучи падают перпендикулярно к тропику Козерога на 23° 30' ю. ш., а северного полярного круга, находящегося на 66° 33' с. ш., лишь касаются. Таким образом, за те шесть месяцев, в течение которых солнце на севере опускается, у северного полярного круга продолжительность дня ежедневно уменьшается на восемь минут. С 22 декабря по 21 июня процесс происходит в обратном порядке. Затем солнце снова движется на север, и 21 марта наступает весеннее равноденствие. Необходимо помнить, что полярные день и ночь, начинающиеся и заканчивающиеся в дни равноденствий, длятся по шесть месяцев только на самих полюсах, а вовсе не на всей площади обширных полярных областей, где зимой дни короткие, но дневной свет все же отсутствует не полностью. Летом дни продолжительные и благодаря длительной солнечной радиации бывают теплыми, а в арктической тундре иногда даже жаркими.

Морской заяц, или лахтак (Erignathus barbatus), обитает в паковых льдах Арктики. Тюлени этого вида избегают припая, предпочитая ему ледяные поля. Численность лахтаков, вероятно, около 100 тыс. особей. При длине тела около 2,5 м они наиболее крупные из настоящих тюленей Арктики

Зимой полярное небо озаряется красным, желтым и зеленым светом, видимым иногда и в умеренных зонах, редко - в тропиках. Это - северное свечение, или северное полярное сияние, и южное свечение, или южное полярное сияние. Полярное сияние и яркая луна, отражаясь от снега, иногда даже позволяют читать во время полярной ночи. Полярные сияния исстари питали многочисленные легенды. Племена северных германцев видели в них щиты валькирий, европейцы средневековья считали их предвестниками чумы. По верованиям некоторых эскимосских племен, души умерших перебрасываются на небе черепом моржа. Австралийские аборигены были убеждены, что сияния отображают танец богов, а жители Цейлона усматривали в них весть, посланную Буддой. Сияния происходят в любое время года, но, подобно звездам, видны только на темном небосводе. Они создаются потоками электронов и протонов, стекающими из космического пространства по магнитным силовым линиям Земли к авроральным ( Авроральные - имеющие отношение к полярным сияниям. - Прим, перев.) поясам вокруг магнитных полюсов, где возбужденные ими атмосферные газы и образуют полярные сияния. Магнитные бури сопряжены с огромными энергиями и усиливаются в годы повышенной солнечной активности. Никто не знает, влияют ли полярные сияния на биологические процессы, бесспорно лишь, что они очень красивы.

Одинокая доминиканская чайка (Larus dominicanus) на небольшой льдине, дрейфующей поблизости от Антарктического полуострова. Морские птицы блаженствуют в полярных водах, так как холодные моря изобилуют рыбой и беспозвоночными. Чайки не умеют нырять и высматривают себе добычу у поверхности воды

Конечно, жизнь и экологические условия в полярных районах связаны с астрономическими явлениями лишь в самом общем смысле. Не всегда характерные черты природы Арктики и Антарктики точно соответствуют арктическим и антарктическим широтам. Южный океан, почти кольцом окружающий Антарктиду и смыкающийся с южными частями Атлантического, Тихого и Индийского океанов, отличается от более северных вод низкой температурой и большей соленостью. Стремящиеся на север холодные поверхностные воды Южного океана встречаются с текущими на юг более теплыми водами между 50 и 60° ю. ш., т. е. в зоне антарктической конвергенции. Конвергенция служит барьером, непреодолимым для многих видов живых организмов, чему и обязано своей неповторимостью сообщество Южного океана. Но, конечно, многие крупные животные, например большие киты, легко преодолевают это препятствие. Некоторые ученые склонны сильно преувеличивать размеры Южного океана, отодвигая его северный рубеж приблизительно до 40° ю. ш., где также стыкуются воды с различной температурой и соленостью (Советские океанологи считают северной границей Южного океана зону субтропической конвергенции. - Прим. ред). Это - субтропическая конвергенция. К югу от антарктической конвергенции температура океана на поверхности колеблется между -2° и + 2 ° С, в зоне самой конвергенции она делает скачок примерно до 6 °, а в субтропической постепенно достигает 10 ° С. Если все воды к югу от субтропической конвергенции (крайней северной области дрейфа айсбергов) отнести к Южному океану, его площадь возрастет до 75 млн. кв. км, что составит 22 % площади всех океанов, т. е. шесть Антарктик или три Арктики. Но даже это огромное водное пространство будет содержать лишь 10 % тепла Мирового океана, что важно для теплового баланса Земли. Мы же условимся относить к Антарктике моря к югу от антарктической конвергенции и некоторые субантарктические острова в океане, хотя не все океанологи и экологи соглашаются с таким точным определением.

Летом в океан стекает с материка огромное количество пресной волы, и приносимой реками, и образующейся при таянии снега и льда. Поэтому поверхностный слой морской воды в арктических морях в значительной степени распреснен

Еще труднее очертить пределы Арктики. Она состоит из моря и суши, и для каждой части следует найти свой критерий. Прежде всего удобства ради принято считать верхним пределом для многих форм полярной жизни 10 °С - среднюю температуру самого теплого месяца. Таким образом, границу Арктики следует проводить по десятиградусной изотерме, т. е. по линии, охватывающей все районы со среднемесячной температурой 10 °С и меньше в самом теплом месяце. Эта линия колеблется около 70° с. ш. и тянется от Норвегии через всю Сибирь и от Аляски через крайний запад Канады. Однако кое-где в силу определенных географических и океанологических условий она опускается и до 50-й северной параллели, захватывая Берингово море, а также большую часть Северной Канады и Гренландии. Дело осложняется еще и тем, что к Арктике следует отнести безлесную тундру и замерзшую почву, именуемую вечной мерзлотой. В результате Арктика охватывает более южные районы Западной Аляски, Северной Канады и Сибири. И все это лишь в первом приближении, в отличие от более точного и удобного определения, связанного с антарктической конвергенцией, не имеющей аналога в северном полушарии. Картина осложняется еще больше влиянием рельефа местности. Например, в горах, даже на экваторе, встречается много живых организмов, соответствующих полярным формам. Восхождение на гору можно сравнить с путешествием к полюсу. Ведь при наборе высоты температура понижается приблизительно на 3 °С на каждую тысячу метров. Вскарабкаться на километр вверх равносильно тому, чтобы приблизиться на 540 км к полюсу. Иными словами, на трехтысячных вершинах Альп или Скалистых гор климат сильно напоминает Арктику. Вот почему некоторые виды, встречающиеся сейчас в арктической тундре и имевшие ранее более широкое распространение, продолжают существовать в Альпах, Скалистых горах и других горных районах. Итак, мы установили, что Антарктика обширнее и имеет более округлые очертания, чем Арктика с ее неправильной формой и плохо прослеживаемыми границами. К тому же Антарктика представляет собой материк, окруженный водой, тогда как Арктика, напротив, море, окруженное материками, из-за чего в полярных областях существуют совершенно разные и по-разному распределяющиеся сообщества живых организмов. Северный полюс находится почти в центре огромного океанского бассейна, затянутого тонким ледяным покровом, местонахождение Южного полюса -колоссальный массив суши высотою 2912 м (По современным данным, высота поверхности ледникового покрова на Южном полюсе равна 2835 м. - Прим. ред.) ), покрытый толстым слоем ледникового льда и обладающий чрезвычайно сухим климатом. Северный Ледовитый океан более или менее отрезан от других океанических вод, тогда как в Южном океане соединяются три его великих собрата - Атлантический, Тихий и Индийский. Арктика окружена континентами Евразии и Северной Америки, Антарктида отделена от других земельных массивов холодным и часто бурным морем. Арктика богата большими реками, что имеет важное значение для развития жизни и механизмов продуктивности, в Антарктиде реки почти полностью отсутствуют. Арктический шельф - самый широкий в мире, в Антарктике шельф относительно узкий, но зато не имеет себе равного по глубине: его края уходят вглубь до 1000 м.

Материковый лед изменяется незначительно в течение года, а вот морской лед, изображенный на снимках, подвержен разительным переменам, зависящим от времен года. Цвет морского льда указывает на его возраст. Молодой лед - серый, более матерый - серо-белый, становящийся затем чисто белым. Такой лед очень прочен, часто покрыт снегом, имеет толщину от 0,5 до 2 м

Морской лед

Морской лед

При всех этих различиях между Арктикой и Антарктикой существует большое сходство, и в ходе эволюции жизни на противоположных концах планеты Земля случались удивительные параллелизмы и конвергенции. В обоих полярных районах зимы очень холодные, в обоих огромные пустыни, покрытые полярным льдом и усеянные нунатаками. Во время короткого лета обе области становятся ареной бурной продуктивности, обе подвержены сильным сезонным колебаниям, причем таких больших скачков температуры и освещенности больше нигде на Земле не найти.

Диатомовые водоросли распространены во всех океанах мира, но чаще встречаются в холодных полярных морях. Они входят в состав фитопланктона полярных океанов, не имеющий себе равного по изобилию. Диатомеи состоят из клеток, заключенных в тончайший известковый панцирь. Они внедряются в морской лед с нижней стороны, окрашивая его в коричневый цвет (вверху). Заснятые крупным планом диатомеи налипли на ледяные кристаллы (внизу)

В глубь истории

Сломанные ледяные свечи на каменистом берегу Северного склона Аляски. Образуются при смерзании частично подтаявшего снега. Кристаллическая структура такого льда не бросается в глаза, пока он не начинает таять

Полярные районы не извечно были такими, какими мы их знаем сегодня. За четыре миллиарда лет истории Земли происходили важные изменения в расположении и распределении массивов суши, в местонахождении магнитных и географических полюсов, в толщине и распространении ледяного покрова, в эволюции и распределении живых форм. Современный климат Земли, справедливо называемый ледниковым периодом, не всегда являлся естественным состоянием нашей планеты. Периоды такого сильного оледенения, как нынешнее - 20 тыс. лет назад оно было еще сильнее, - случались, вероятно, только четыре раза: в докембрийском периоде, около 600 млн. лет назад; в позднем ордовике - около 450 млн. лет назад; в конце каменноугольного и в начале пермского периодов - приблизительно 300 - 250 млн. лет назад; последнее пришлось на конец кайнозоя, т. е. началось 4 млн. лет (в Арктике) или 40 млн. лет (в Антарктике) назад и продолжается по настоящее время. Эти оледенения оказали глубокое влияние на уровень морей, климат и самое жизнь, но они захватывают менее 20 процентов последнего полумиллиарда лет. Таким образом, мы живем в совершенно особое время и, если судить по оледенению пермского периода, продолжавшемуся 50 млн. лет, современная ледниковая эпоха находится в самом начале. Все шесть материков Земли произошли от единого суперматерика Пангея, на котором положение полюсов не было неизменным. Исследования в области геологии и земного магнетизма показали, что начиная с девонского периода и кончая каменноугольным полюсы не занимали на Пангее центрального положения. По данным последних исследований земного магнетизма, местонахождение магнитного полюса быстро изменяется: за последние 50 лет он переместился в Антарктике на 800 км. Около 500 млн. лет назад магнитный полюс находился, вероятно, на острове Тонга в южной части Тихого океана. Но поскольку магнитный полюс должен находиться сравнительно близко от оси вращения Земли, остается предположить, что в то время Антарктика не была, как сейчас, «подошвой» мира.

Морской лед в Южном океане, освещенный ярким закатом октябрьского солнца. Такой лед образуется из замерзшей морской воды, тогда как айсберги состоят из пресноводного льда

В начале девонского периода, 400 млн. лет назад, в Пангее был теплый климат. Ее фауну составляли предки современных брюхоногих моллюсков, морские двустворчатые моллюски - черенки, длиною свыше 20 см, вымершие к нашему времени членистоногие - так называемые трилобиты, достигавшие в длину 30 см, а также существующие и ныне брахиоподы рода Lingula, по виду напоминающие моллюска гребешка. Некоторые ископаемые остатки этих организмов найдены в 350 км от современного Южного полюса. Это говорит о том, что большая часть Антарктики была мелким теплым морем с песчаным или илистым дном. Позднее, в каменноугольный период, здесь росли леса, из которых сформировались залежи каменного угля, недавно найденные в Антарктике. Но в последующие 50 млн. лет, охватывающие поздний каменноугольный и ранний пермский периоды, южные полярные части Пангеи покрывал ледниковый щит, который то разрастался, то становился меньше, пока не исчез окончательно. На Южном полюсе находилась современная Южная Африка, окруженная сушей, которой суждено было впоследствии стать Южной Америкой, Мадагаскаром, Индией, Австралией и Антарктикой, а на периферии этого гигантского массива суши располагались нынешняя Северная Америка и Евразия.

Айсберги, отколовшиеся от антарктических ледников, дрейфуют по полярным морям. Лед плавает благодаря тому, что имеет меньший удельный вес, чем вода в жидком состоянии. Остатки растаявших антарктических айсбергов-гигантов заплывают иногда далеко на север, вплоть до субтропической конвергенции (40° ю. ш.)

Дробление Пангеи на части началось около 180 млн. лет назад, в триасовом периоде. Северный рифт расколол Пангею с востока на запад по линии, проходившей к северу от экватора, и образовал Лавразию, состоявшую из современных Северной Америки и Евразии, и Гондвану, в которую входили теперешние Южная Америка, Африка, Австралия, Индия и Антарктика. По мере того как образовывались и отделялись материки, от них отрывались отдельные участки в виде островов, которые также начинали дрейфовать. Механизм этого движения материков на поверхности Земли получил название „тектоника плит" (от греческого слова, означающего „строитель" или „плотник"). Тектонические плиты - это своего рода „строительные блоки" материков. Как правило, каждый материк покоится на своей плите. В пределах Арктики находятся две плиты -Североамериканская и Евразийская, Антарктида же располагается на собственной Антарктической плите.

Блинчатый лед образуется у кромки льда вследствие того что под воздействием волнения или зыби льдины ударяются одна о другую. Движения воды и столкновения заставляют их закругляться

Пограничным зонам тектонических плит свойственна большая сейсмическая активность, выражающаяся в сильных землетрясениях и извержениях вулканов. На границе Антарктической области, к юго-востоку от Южноамериканской плиты в море Скоша, тянется цепочка островов, лежащих на изогнутом дугой горном хребте. Здесь находится одна из самых активных сейсмических зон мира, ввергающая субантарктический пояс в периоды бурной сейсмической деятельности. Очень большую сейсмическую активность проявляет и Баффинов залив, расположенный между Канадой и Гренландией, хотя он лежит намного западнее Срединно-Атлантического хребта, разделяющего Североамериканскую и Евразийскую плиты. К активным вулканам полярных областей относятся гора Эребус в Антарктике, вздымающаяся на 3743 м над островом Росса и в настоящее время испускающая пар, и вулканы Исландии, острова, который лежит прямо на Срединно-Атлантическом хребте и приобрел печальную известность своей вулканической активностью. В 1963 г. в результате извержения вулкана у берегов Исландии появился новый остров - Сёртсэй.

Полигональные образования в тундре на западе Канадской Арктики, к востоку от дельты реки Маккензи, вблизи моря Бофорта, вызваны растрескиванием почвы. Вода, попадая в трещины грунта, замерзает, превращается в лед, а следовательно расширяется. Лед вызывает вспучивание почвы. Весной он растрескивается и тает

В мезозойскую эру - эру пресмыкающихся, когда материки, дрейфуя на своих тектонических плитах, раздвигались в стороны, на Земле благодаря достаточно теплому климату существовала обильная растительность. Но по мере раздвигания материков сходство между фауной северных и южных областей уменьшалось. К началу кайнозойской эры - эры млекопитающих - материки заняли свое нынешнее положение, т. е. Антарктида оказалась у Южного полюса, а северные материки сгруппировались вокруг изолированного Северного Ледовитого океана. И только немного позднее началась переживаемая нами ныне ледниковая эпоха. Некоторые ученые отодвигают ее начало приблизительно на 40 млн. лет назад, к тому времени, когда стал формироваться Антарктический ледниковый щит. Однако только около 16 млн. лет назад он увеличился настолько, что покрыл весь Антарктический материк, вплоть до берегов. В результате тех же процессов, что были причиной образования такой массы льда, океанска