Задолго до того как были написаны научные трактаты о ледниках, швейцарские крестьяне знали, что альпийские глетчеры в более ранние времена были гораздо обширнее и покрывали пространства, которые уже давно заняты фермами и деревнями. Может быть, именно кто-нибудь из этих людей первым подал ученым мысль о ледниковой эпохе. Ведь они не раз видели, как ледяные потоки двигались через их поля и поселения, как надвигающиеся массы льда сдирали почву, шлифовали валуны, а отступив, оставляли после себя углубления на разрушенной поверхности своей бывшей постели. Горцы, должно быть, понимали, что участки долин, лежащие на много километров ниже концов ледников и обладающие характерными формами гляциального, как мы его сейчас называем, рельефа, тоже подвергались когда-то воздействию ледников.
Первое подробное изложение теории ледникового периода было сделано в докладе, прочитанном инженером Ж. Венецем на заседании Швейцарского Общества в 1821 году. Тремя годами позже норвежский геолог Иене Есмарк опубликовал работу, где он не только выдвигает идею, что норвежские горы были когда-то покрыты ледниками, но что эти массы льда образовали также фьорды. Ни Венец, ни Есмарк не приобрели особенно много сторонников. Но в 1834 году, после того как Венец пришел к заключению, что ледники покрывали всю Европу и Альпы, другой швейцарец, Жан де Шарпантье, поддержал его точку зрения и представил новые доказательства, подтверждавшие этот взгляд.
Доклад Шарпантье привлек к себе заметное внимание, особенно со стороны скептически настроенного Жана Луи Родольфа Агассица. Летом 1836 года Агассиц с целью убедить своего коллегу, что его ледниковая теория несостоятельна, отправился вместе с ним в долину верхней Роны, чтобы исследовать ледники и морены. В результате этой поездки Агассиц полностью перешел на сторону Шарпантье. С тех пор его уже нельзя было сдержать. Вскоре перед его мысленным взором встала картина огромного ледникового покрова, раскинувшегося от полярных районов до Альп и Центральной Азии.
В 1837 году Агассиц высказал свои идеи о ледниковой эпохе перед швейцарским Обществом, а в 1840 году изложил их в книге «Etudes sur les glaciers» («Очерки о ледниках»). «Очерки» вышли за год до того, как его друг Шарпантье, который первый подал Агассицу мысль о существовании ледниковой эпохи, опубликовал свою книгу по этому вопросу. Однако ни Агассиц, ни Шарпантье не были первыми, кто написал об огромном ледниковом покрове Северной Европы. Первым сказал об этом немецкий профессор А. Бернгарди, специалист по лесоводству, в статье, опубликованной в 1832 году. Но, как иногда случается, его работа почти не привлекла к себе внимания, и только через много лет ей воздали должное. Теории Венеца, Агассица, Шарпантье и Бернгарди кажутся особенно замечательными, если принять во внимание, что они были предложены до того, как был исследован хотя бы один ледниковый покров.
Ледниковая теория получила распространение благодаря энтузиазму Агассица. Он выступал в Великобритании, затем в Америке, где, путешествуя по Новой Англии и штатам в районе Великих озер, видел разбросанные валуны и морены, служившие доказательством того, что Америка, как и Европа, пережила ледниковую эпоху.
Хотя некоторые выдающиеся ученые, в том числе Чарлз Дарвин, с самого начала были убеждены в правоте Агассица, ледниковая теория получила всеобщее признание в Англии и Америке только после Гражданской войны. Некоторые возражения против нее высказывались вплоть до начала нынешнего столетия.
Гражданская война в США (между северными и южными штатами) происходила в 1861—1865 гг.
Отдельные исследователи, вопреки очевидным фактам, до сих пор отрицают существование покровных оледенений четвертичного возраста.
Еще в то время, когда бушевали споры, геологи нашли, что имело место не одно, а несколько оледенений и что каждое из них отложило характерную для него морену. Период развития этих оледенений получил название плейстоцена, или ледниковой эпохи. Различают четыре стадии в этой эпохе, получившие для Америки следующие названия (от более старой к более новой): небраскское оледенение, канзасское, иллинойское и висконсинское. Пятое оледенение — айовское — некоторыми рассматривается как самостоятельная стадия, а другими — как подстадия висконсинского оледенения.
Названия оледенений на Русской равнине (от более древних к более новым): ярославское, лихвонское, днепровское и новочетвертичное, в котором, в свою очередь, выделяют оледенения (или стадии): московское, калининское и валдайское.
Из названий оледенений видно, что Средний Запад был местом, где первые геологи, занимавшиеся изучением и описанием ледниковых наносов, вели наиболее активные исследования.
Небраскский ледниковый покров нигде не продвинулся дальше канзасского, поэтому единственные свидетельства его распространения погребены под более поздними отложениями. Где бы мы их ни находили (а есть много мест, где более позднее оледенение не уничтожило их), небраскские отложения выветрены значительно сильнее, чем любые другие, которые остались от более поздних ледниковых периодов.
Хотя каждый следующий более молодой ледниковый нанос (морена) носит более слабые черты выветривания, чем его непосредственный предшественник, то обстоятельство, что все морены, отложенные до висконсинского оледенения, сильно изменены выветриванием, является несомненным признаком существования длительных (в десятки тысяч лет) перерывов между оледенениями, в течение которых климат становился теплее и ледниковые покровы исчезали. В теплые межледниковые стадии земля покрывалась растительностью, а процесс выветривания способствовал образованию слоя почвы на самых молодых ледниковых отложениях и утолщению этого почвенного слоя на более старых наносах.
В Северной Америке все четыре оледенения охватывали в основном одну и ту же территорию. Однако граница висконсинского оледенения в большинстве мест продвинулась немного дальше, чем граница других ледниковых покровов, и поэтому его отложения затемняют картину распределения более древних морен. Но между Индианой и Дакотой висконсинская морена не доходит на 320 км до границ предшествующих оледенений. Висконсинская валунная глина — наиболее свежая, наименее выветрелая, не покрытая никакими другими моренными отложениями, поэтому мы знаем о висконсинском оледенении гораздо больше, чем о других.
В Америке межледниковым стадиям, подобно ледниковым, присвоены имена городов Среднего Запада. Теплый период, наступивший за небраскским оледенением, получил название афганской межледниковой стадии. Ярмутская стадия пришла на смену канзасского оледенения, а вслед за иллинойской стадией наступила сангамонская.
На Европейском континенте ледники наступали и убывали одновременно с североамериканскими.
Это неточно. Полного хронологического совпадения ледниковых и межледниковых эпох на разных территориях не было. Оттого попытки синхронизации оледенений разных стран носят несколько условный характер.
Для обозначения ледниковых стадий в различных частях Европы употребляются различные названия, в частности, для Альп приняты следующие (в порядке убывания возраста): гюнц, миндель, рисс и вюрм. В вюрмское время ледники наступали дважды. Одна из этих фаз соответствует айовскому оледенению в Америке.
С помощью радиоуглеродного метода можно датировать события всего висконсинского (вюрмского) времени, которое началось около 70 тысяч лет тому назад. Оно включало несколько колебаний ледниковых покровов. Последнее большое наступание льда этого периода пришло к концу, когда (18—20 тысяч лет назад) североамериканский ледниковый покров достиг южной части Огайо.
Мы даже располагаем довольно точной картиной скорости продвижения этого последнего большого ледника. Ледник надвигался не очень быстро. Он достиг окрестностей Кливленда около 25 тысяч лет назад, а на то, чтобы распространиться на юг через Огайо, ушло еще 5 тысяч лет. В северном Огайо ледник проходил по нескольку сот футов в год. Когда он приближался к пределу своего распространения, т. е. к месту, где теперь находится город Цинциннати, скорость его уменьшилась приблизительно до 12 м в год, т. е. в течение одной человеческой жизни он одолевал расстояние менее чем 800 м.
На поверхности тилла, оставленного ледниковым покровом, находятся отложения и торфяные болота, которые, если только мы правильно расшифровываем записи, оставленные природой, рассказывают нам о скорости, с какой ледниковый край отодвигался на север, откуда он пришел. Интенсивное отступание, начавшееся около 18 тысяч лет назад, шло с большей скоростью, чем наступание.
По теоретическим расчетам Д. Виртмэна (1964), для возникновения и развития ледникового щита нужно от 15 до 30 тысяч лет, а для его распада — от 2 до 4 тысяч лет.
Через шесть тысяч лет после начала отхода передний край ледникового покрова был готов к тому, чтобы сделать свой предсмертный бросок за пролив Маккинак, в 800 км севернее. Отступание перемежалось, однако, несколькими более мелкими подвижками вперед, о которых мы теперь можем судить по конечным моренам.
Итак, благодаря радиоуглероду и ленточным глинам можно датировать события висконсинского оледенения и даже некоторые, имевшие место в предшествовавшую ему межледниковую эпоху. Что же можно сказать о более ранних оледенениях — иллинойском, канзасском и небраскском, которые оказались недоступными для радиоуглеродного метода? Долгое время на основании различных соображений геологи исчисляли продолжительность эпохи плейстоцена в один миллион лет. Но теперь, когда благодаря применению радиоуглеродного метода возраст висконсинского оледенения уменьшился и оно приблизилось к современности, некоторые начинают склоняться к мысли, что, возможно, весь плейстоцен насчитывал немногим больше 500 000 лет.
Радиоактивные элементы (изотопы урана, тория, калия, рубидия и других) с большими (в миллиарды лет) периодами полураспада не в состоянии помочь нам датировать явления, которые происходили раньше, чем один миллион лет тому назад. Они распадаются настолько медленно, что даже через один миллион лет количество продуктов их распада будет слишком мало, чтобы его можно было измерить. Уран 238 имеет период полураспада в четыре с половиной миллиарда лет, торий 232 — около 14 миллиардов лет. Кроме того, минералы, содержащие эти радиоактивные вещества, встречаются довольно редко и для правильного определения возраста их нужно брать из изверженных пород. Как только такой минерал кристаллизуется из расплавленной породы, его уран (или торий) начинает распадаться, образуя, в конце концов, свинец (уран 238 дает свинец 206, торий 232 дает свинец 208). Количество образовавшегося свинца, при условии, что он весь остался в минерале, укажет возраст минерала.
Возраст содержащих уран кристаллов циркона, взятых из валунов древней морены, ничего не скажет о времени, когда существовали ледники; такие кристаллы говорят лишь о возрасте горной породы, из которой состоит валун и которая может быть на миллион или даже на миллиард лег старше периода оледенения. Шансы определить время, когда происходило оледенение, появились бы в том случае, если бы удалось найти поток лавы, связанный с мореной таким образом, чтобы было очевидно, что лава и морена одновозрастны. Но для этого надо еще, чтобы в лаве были подходящие радиоактивные минералы. Сочетание таких условий встречается настолько редко, что мы все еще не можем с уверенностью сказать, когда начался плейстоцен и как долго длились его ледниковые и межледниковые стадии до висконсинского оледенения. Но эта брешь в наших знаниях быстро закрывается по мере того, как ученые находят новые изотопы, при помощи которых они могут вносить усовершенствования в часы, показывающие плейстоценовое время. Возможно, что доктор Л. С. Б. Лики и его сотрудники, которые занимаются раскопками костей первобытных людей (или человекообразных обезьян) в ущелье Олдовай (северная Танганьика), близки к тому, чтобы дать исчерпывающий ответ относительно возраста плейстоцена. Остатки человекоподобных найдены вместе с костями других животных и орудиями, которыми (мы можем почти с уверенностью сказать) пользовались эти первобытные «люди». Доктор Лики сделал заключение, что эти редкие человекоподобные существа Zinjanthropus boisei (зинджантропы) жили в эпоху раннего плейстоцена. К счастью, некоторые костеносные слои являются отложениями вулканического пепла. Хронологическое определение, произведенное при помощи углекислого калия 40, содержащегося в полевом шпате, взятом из пепла, установило возраст породы в 1 750 000 лет. При определении возраста подстилающего потока лавы (геологически более старого, чем кости), произведенного в другой лаборатории, ученые получили цифру в 1 300 000 лет. Таким образом, сейчас имеется расхождение, но очевидно, что мы располагаем материалом (остатками человека и сопутствующими им вулканическими породами), при помощи которого можно определить возраст плейстоцена. После того как эти отложения будут сопоставлены с другими известными отложениями плейстоцена и после дополнительных анализов, мы, возможно, получим надежный ответ. Независимо от того, исчисляется ли возраст плейстоцена почти двумя миллионами лет, как считает Лики, или одним миллионом лет, как предполагает большинство ученых, вполне вероятно, что на заре этой эпохи уже был человек.
В 1964 г. Л. Лики опубликовал сообщение о находке в Олдовайском ущелье остатков «человека умелого» (Homo habilis), жившего около 2 млн. лет назад.