Покровные ледники и мерзлота — порождения холодных эпох. Но поскольку пространственно эти явления не совпадали, режимы существования и разрушения, а также остаточные формы — геологические следы их — различны.
Взаимодействие ледников и мерзлоты может быть рассмотрено при сопоставлении данных об их современном распространении и материалов, полученных для прошлых геологических эпох.
Изучение ледников на Земле составляет предмет исследования одной из ведущих отраслей современной географии — гляциологии. Вечномерзлые породы и явления, связанные с «подземным оледенением», изучает мерзлотоведение. Области и объекты изучения этих двух направлений определены достаточно четко. Составлены каталоги, карты, атласы, показывающие современное распространение ледников и мерзлоты на всех континентах; учтены площади морских льдов северного и южного полушарий. Произведены подсчеты ежегодных сезонных проявлений холода: снежного и ледяного покрова, подсчитаны их объемы и площади.
Соотношение ледников и мерзлоты в настоящее время еще не вполне изучено, скорее всего нет единой теории на этот счет, и наука в основном находится на стадии описаний и сбора фактического материала. В основании крупнейшего покровного ледника Антарктиды нет, исключая его периферию, многолетней мерзлоты. Но выходы коренных пород и даже дно окружающих Антарктиду морей скованы многолетней мерзлотой.
Н. Н. Романовский приводит данные американских и канадских исследователей, показывающие, что в северо-западной части Гренландии и на севере Канадского арктического архипелага под ледниками сохраняются многолетнемерзлые породы с низкими отрицательными температурами. В северной Гренландии под льдами мощностью 1300 м температура многолетнемерзлых пород составляет минус 13° С; мерзлота также развита на многих участках по периферии ледника. Одним из интересных районов развития мерзлоты является территория Земли Пири на севере Гренландии, где по географическому положению и условиям мог бы существовать ледниковый покров, но он отсутствует.
На островах Северного Ледовитого океана, Шпицбергене, Новой Земле, Северной Земле, на Земле Франца-Иосифа мерзлые породы непосредственно перекрыты ледниками. Под так Называемыми холодными горными ледниками Северо-Востока СССР, Памира и Тянь-Шаня вечномерзлые породы не только сохраняются, но юс мощность может достигать нескольких сот метров. С другой стороны, большинство исследователей считают, что благодаря потокам тепла из глубин Земли под мощными ледниковыми покровами толщиной в несколько тысяч метров мерзлота либо отсутствует, либо температуры пород близки к 0°, хотя возможны и аномалии.
Заметим, что почти во всех перечисленных районах земного шара формы и явления, свойственные области развития мерзлоты, близко соседствуют с ледниками.
В палеогеографическом плане проблема взаиморасположения ледников и мерзлоты намного сложнее. В течение холодных эпох возникали гигантские покровные ледники. Области многолетней мерзлоты увеличивались по площади, мощности мерзлых пород возрастали. По периферии ледников расширялись или возникали обширные перигляциальные зоны, для которых также было характерно развитие мерзлоты.
Эти различные по режимам и динамике системы существенно отличались по времени возникновения, развития и разрушения. Последовательность или одновременность возникновения основных феноменов холодных эпох, их пространственное соотношение и другие вопросы в настоящее время не имеют однозначных и полных ответов. Это замечание распространяется не только на события древнейших и древних холодных эпох, но в значительной степени относится и к реконструкциям природной обстановки последней вюрмской (валдайской) ледниковой эпохи.
Попробуем представить условия, определявшие развитие ледников и мерзлоты одной холодной эпохи. В результате некоторого понижения средней годовой температуры происходило увеличение количества твердых осадков, которые начинали накапливаться и дали возможность сформироваться сначала небольшому горному, а затем все разрастающемуся леднику. После возникновения ледника продолжалось, во-первых, выхолаживание масс воздуха над ним, а во-вторых, с определенного момента ледник активно воздействовал на процессы накопления льда.
Для образования ледников нужна помимо понижения температуры значительная влажность, обилие твердых осадков: ледник прожорлив, снег должен уплотниться в несколько раз, чтобы стать фирном, испытать значительные давления, прежде чем он превратится в лед.
Многие снежные тучи должны были непрерывно пополнять запасы снега, тяжелые клубы снежной пеленой застилали солнце. Ледники высасывали влагу из атмосферы, даже уровень океана понижался — такова потребность покровных ледников.
В результате из влагооборота исключалось огромное количество влаги, и она в виде снега и льда концентрировалась в ледниковых толщах. Древние ледниковые щиты формировались в Евразии не в районах наиболее низких температур, а там, куда поступала влага, а следовательно, и осадки, питающие ледники, — по западной окраине Евразийского материка и, возможно, на северо-западе (Урал, Таймыр).
Однако мы не располагаем данными о том, двигался ли ледник по скованной мерзлотой поверхности земли или мерзлота возникала и формировалась только за пределами древних ледников. Большинство исследователей считают, что под ледниками мерзлоты не было. Перед фронтом ледника должна была существовать полоса, где для формирования мерзлоты условия также были неблагоприятными. В этой полосе образовывались озерные бассейны, происходило подпруживание рек, скапливались участки мертвого льда и т. д.
За пределами этой полосы по мере удаления от края ледника властвовал иной холод. Это был «сухой» холод, при котором прежде всего происходило выхолаживание открытой или малозаснеженной поверхности земли, а затем холод проникал вглубь, промораживая и преобразуя грунты.
На площадях в тысячи квадратных километров должен был устанавливаться режим выхолаживания, повторявшийся из года в год на протяжении тысячелетий, и мерзлота проникала все глубже и глубже на десятки и сотни метров, обходя только долины больших рек и котловины озер. Безоблачные антициклоны устанавливались над огромными территориями суши. Перигляциальная зона со свойственными ей процессами и явлениями выделяется всеми исследователями древних ледников, но смысл, вкладываемый в это понятие, несколько различен. Однако большинство считает, что главными характеристиками были низкие отрицательные температуры, сильные ветры и малое количество осадков. Близкие условия существуют в районах нынешних высоких гор, по перифериям ледников, в Арктике и Антарктике.
Считается, что в современных обстановках полных аналогов древним покровным ледникам нет. Это замечание, которое приводит и Д. Боуэн, справедливо, когда мы пытаемся реконструировать условия древних обширных перегляциальных зон, располагавшихся к югу от ледниковых покровов в умеренных широтах Европы и Северной Америки. Основное отличие заключено в том, что на таких широтах никогда не было чередований полярного дня и полярной ночи с низким стоянием Солнца над горизонтом. Близкие условия с существованием мерзлоты и формированием мерзлотных структур существуют в периферических районах Антарктиды.
Для ледниковых покровов, вернее их языков, критической была широта, которой они достигли: в Европе — 48° с. ш. в максимальное днепровское оледенение и до 38° с. ш. в Северной Америке в эпоху последнего (большого ледникового максимума». Перигляциальные зоны распростанялись на 500—300 км южнее, достигая скорее всего совсем уж теплых широт — 40—35° с. ш. В приводимых нами реконструкциях несколько преувеличены по сравнению с общепринятыми площади распространения перигляциальных условий. Но мы исходим из понятия о перигляциале как «термической тени» ледников, учитывая при этом, что общеклиматическое влияние ледниковых покровов было еще значительнее. Можно считать, что для перигляциальных зон «критическая» широта находилась на несколько градусов южнее, чем для ледниковых покровов.
Палеогеографические аспекты проблемы соотношения ледников, перигляциальных зон, роста области древней мерзлоты и ледового покрова морей рассматривались ведущими советскими палеогеографами и анализируются в трудах К. К. Маркова, совместной монографии К. К. Маркова и А. А. Величко и последующих работах А. А. Величко. Мы не будем приводить пересказ всех положений из этих фундаментальных работ, касающихся данной проблемы, тем более что в значительной степени пользуемся ими в наших построениях. Отметим особо, что А. А. Величко был обоснован и выделен криогенный этап в истории Земли, относящийся ко второй половине валдайской (вюрмской) холодной эпохи. В течение криогенного этапа наибольшее развитие получила в Евразии область многолетнемерзлых пород при сравнительно меньших площадях, занятых ледниковым покровом. На основании анализа многочисленных материалов А. А. Величко делает заключение, что это был наиболее холодный, суровый и резко континентальный период не только валдайской эпохи, но и всего плейстоцена. Максимальное похолодание относится ко времени около 20 тыс. лет назад.
Если рассматривать ледниковый покров и область многолетней мерзлоты, существовавшие на территории Евразии в позднем плейстоцене и достигшие максимума около 18—20 тыс. лет назад, то чисто формальное сопоставление окажется в пользу ледникового покрова. Действительно, Валдайский ледник скорее всего достигал мощности 3 км в области формирования щита и нескольких сот метров на значительных площадях ледникового покрова, в выводных ледниках, лопастях и т. д. Мерзлые толщи имели меньшие мощности (насколько это известно в настоящее время), они составляли первые сотни метров на территории Западной и Восточной Европы.
Но при сравнении площадей, занятых покровными ледниками и мерзлотой, в Евразии первое место уверенно держат многолетнемерзлые толщи. Их южная граница, судя по геологическим следам, достигала в европейской части СССР 48—45° с. ш., и область древней мерзлоты чуть ли не вдвое превосходила покровный ледник по площади. Однако на территории материка Северной Америки, согласно палеогеографическим реконструкциям, область многолетнемерзлых пород образовывала довольно узкую зону, протягивающуюся от побережья до побережья южнее покровного оледенения.
В Западной и Восточной Европе, районах наиболее изученных, распространение древних ледников и мерзлоты достаточно согласуется во времени и пространстве. На этих территориях интересы двух групп исследователей, занимающихся изучением ледников и мерзлоты, практически не входят в противоречия, и только в деталях или в отдельных конкретных пунктах имеются некоторые расхождения. Гораздо сложнее складывается ситуация в некоторых районах на северо-западе европейской территории СССР и в Западной Сибири.
На севере Западно-Сибирской равнины, по представлениям большой группы исследователей, существовал ледниковый покров. Имеются и следы древней мерзлоты, не говоря уже о том, что в настоящее время большая часть территории находится в пределах области многолетней мерзлоты.
Предположение, что мерзлота сформировалась после существования ледника, не выдерживает никакой критики, так как, во-первых, не было соответствующих условий на протяжении последних 8—9 тыс. лет, а, во-вторых, для возобновления мерзлоты и образования толщ мощностью 300—400 м, согласно расчетам, нужно значительно больше времени. Такие возражения выдвигаются В. В. Баулиным и группой специалистов, изучающих эти районы.
В отличие от покровных ледников, полностью исчезнувших с территорий Евразийского и Северо-Американского континентов, многолетняя мерзлота только сократилась, и не слишком уж радикально, «освободив» западную часть Евразии, в том числе территории Западной Европы и европейской части СССР. Начиная с Западной Сибири и далее на восток, мерзлота не только сохранилась, но и продолжает активно существовать.
В Евразии мощности мерзлых толщ в области их современного распространения возрастают как бы ступенчато к востоку и северу; в глубине континента находится, можно сказать, ядро области мерзлоты с максимальными мощностями и наиболее низкими отрицательными температурами.
На территории Северной Америки современная область мерзлоты занимает огромные пространства всего севера материка с максимальными мощностями на севере Аляски (до 400 м). Таким образом, по самым грубым подсчетам, область мерзлоты в настоящее время по сравнению с позднеплейстоценовой холодной эпохой сократилась. Граница ее на 1,5—2 тыс. км сместилась к северу.
Перед исследователями древнего холода возникло много нерешенных вопросов, в том числе определение границ максимального распространения мерзлоты и перигляциальных условий. Согласно представлениям А. А. Величко, максимальное продвижение границы вечной мерзлоты на территории Евразии и Северной Америки во время криогенного этапа «контролировалось» продвижением к югу границ морских льдов.
Попробуем несколько отклониться от общепринятых построений. Сделать это позволяют нам некоторые особенности, присущие древней, перигляциальной области, чрезвычайно широко развивавшейся в холодные эпохи.
Поразительным оказалось не столько нахождение следов мерзлоты, сколько то, что их распространение не вполне соответствует, можно сказать, «не подчиняется» закономерностям, выявленным в области современного существования многолетнемерзлых пород. В пределах последней, даже в районах Восточной Сибири, там, где мерзлотные процессы проявляются с максимальной интенсивностью, полигональные формы приурочены к определенным типам грунтов и могут формироваться на определенных геоморфологических уровнях. Древние полигональные системы во многих случаях возникали почти на всех геоморфологических уровнях — в долинах, на склонах, на вершинных поверхностях и развивались практически на всех типах грунтов: моренных суглинках, лёссах, песках, торфе, гравелистых отложениях, даже на коренных породах типа известняков.
Для такого распространения древних полигональных систем нужно предполагать наличие малого количества осадков, возникновение низких температур и, самое главное, их резкие понижения. В целом это были условия, отвечающие еще более континентальному климату, чем тот, который существует в центральных частях Восточной Сибири.
В районах длительного существования мерзлых пород могут формироваться сингенетические полигонально-жильные льды. Они считаются бесспорными свидетельствами одновременности существования мерзлоты и накопления осадков. Например, мощности таких отложений и соответственно высота ледяных жил на севере Восточной Сибири достигают 40 м. Однако для территорий Восточной и Западной Европы, Англии и Северо-Американского континента отмечаются многочисленные следы скорее всего кратковременных волн сильных похолоданий; большинство форм последней волны холода свидетельствует о быстрых и резких падениях температур.
При позднеплейстоценовом похолодании на материке Северной Америки сравнительно с площадями, занятыми ледниковым покровом, перигляциальная зона протягивалась лишь узкой полосой. На территории Евразии область мерзлоты и собственно перигляциальная зона могли смыкаться или накладываться, образуя обширную суммарную область. Древняя область мерзлоты с наиболее суровыми режимами расширялась, и, как нам представляется, ее граница проходила значительно западнее Урала и Поволжья. Формировался далеко выходящий (от современного положения) массив мерзлых толщ, мощность которых уменьшалась к периферии. В пределах Европы при такой гипотетической рисовке южная граница древней области мерзлоты, возможно, достигала 46—48° с. ш.
На огромных пространствах за периферией ледникового покрова существовали обширные зоны преимущественно перигляциального характера. Для них также было характерно промерзание грунтов, формирование разнообразных трещинных форм и т. д. Чтобы представить один из возможных вариантов их максимального распространения, можно обратиться к карте криогенных областей Земли, составленной И. Я. Барановым. Современные зоны систематического сезонного промерзания почвы, изображенные на карте, занимают обширные области в Евразии, Северной и Южной Америке, отмечаются даже по северной кромке Африканского континента и юго-восточной, гористой части Австралии. Сейчас это зоны систематического сезонного промерзания. Но может быть, в холодные эпохи при общем понижении температур на этих территориях существовала многолетняя мерзлота с сезонным протаиванием? Многие из пунктов, в которых обнаружены следы древней мерзлоты, «ложатся» в пределах указанных зон. В Европе почти до 40° с. ш., в Северной Америке южнее (выступом до 35° с. ш.), даже на Японских островах обнаружены клиновидные формы, или системы, полигонов.
В целом можно предположить, что «принципиальная схема», распространения современного холода на земном шаре приблизительно соответствует древней. С поверхности Европы и Северной Америки ледниковые покровы исчезли. Ушла и их «тень» — перигляциальные зоны. На этих территориях сохранилось в настоящее время сезонное промерзание, а в толщах отложений обнаружены многоярусные следы древних мерзлотных процессов. Области многолетнемерзлых пород Евразии и Северной Америки сократились, но и в настоящее время мощности мерзлых толщ составляют сотни метров. Одной из многих загадок многолетней мерзлоты является вопрос: почему это порождение холода оказалось таким устойчивым? Современная мерзлота не современница, это наследие древних холодных эпох.