Четвертичный период (антропоген) начался около 2,58 млн лет назад и продолжается до сих пор. Он характеризуется периодическими колебаниями климата с чередованием холодных (ледниковых, или гляциальных) и тёплых (межледниковых, или интергляциальных) эпох. Эти изменения были связаны с астрономическими факторами (колебания эксцентриситета орбиты Земли, наклона оси вращения, прецессии), а также с эндогенными и океаническими процессами.
Основные этапы похолоданий и потеплений
1. Эоплейстоцен (доледниковый плейстоцен, 1,8–0,8 млн лет назад). В раннем эоплейстоцене период климатических колебаний составлял около 40 тыс. лет, похолодания были не очень значительными и не приводили к широкому развитию покровных оледенений.
2. Неоплейстоцен (ледниковый плейстоцен, 0,8–0,01 млн лет назад). Около 1 млн лет назад период климатических колебаний увеличился до 100 тыс. лет, а их амплитуда значительно возросла. В средних широтах во время похолоданий среднегодовая температура была на 6–8 °C ниже, а во время потеплений — на 2–3 °C выше современной. В неоплейстоцене выделяют до 8 оледенений и межледниковьев.
Некоторые этапы похолоданий и потеплений в неоплейстоцене (для Восточно-Европейской равнины):
- Окское оледенение — похолодание.
- Беловежское потепление — потепление.
- Донское похолодание — похолодание.
- Ильинское потепление — потепление.
- Покровское похолодание — похолодание.
- Михайловское потепление — потепление.
- Морозовское похолодание — похолодание.
- Ногайское потепление — потепление.
- Жеваховское похолодание — похолодание.
- Бошерницкое потепление — потепление.
- Домашкинское похолодание — похолодание.
Также в неоплейстоцене выделяют такие крупные оледенения, как днепровское и валдайское (калининское и осташковское). Межледниковья включали, например, микулинское и брянское.
В Альпах традиционно выделяют четыре эпохи оледенения: гюнцскую, миндельскую, рисскую и вюрмскую. Эти названия легли в основу западноевропейской стратиграфической шкалы четвертичной системы.
3. Голоцен (начался около 11,7 тыс. лет назад и продолжается до сих пор). Межледниковая эпоха с относительно стабильным климатом. В голоцене также происходили колебания температуры:
- Ранний голоцен (11,7–8 тыс. лет назад) — быстрое потепление, осложнённое серией осцилляций. В это время широколиственные леса вытеснили берёзовые и сосново-берёзовые леса.
- Термический максимум голоцена (8–5,7 тыс. лет назад) — период без резких климатических изменений. В Центральной и Восточной Европе существовала единая зона широколиственных лесов.
- Направленное похолодание второй половины голоцена (с 5,7 тыс. лет назад до настоящего времени) — с наложенными на него квазигармоническими колебаниями температуры и осадков.
В голоцене также выделяют периоды, например:
- Атлантический оптимум (около 9–5 тыс. лет назад) — период значительного потепления в Восточной Европе.
- Малый ледниковый период (XIV–XVIII вв.) — похолодание.
Факторы климатических изменений
К причинам колебаний климата в четвертичном периоде относят:
- изменения эксцентриситета орбиты Земли (цикл около 100 тыс. лет);
- колебания наклона земной оси (цикл около 41 тыс. лет);
- прецессию равноденствий (цикл около 26 тыс. лет);
- эндогенные факторы (например, увеличение концентрации СО2);
- термическое состояние океанических вод;
- вулканическую активность и колебания прозрачности атмосферы из-за аэрозолей.
Эти факторы в комплексе приводили к периодическому чередованию ледниковых и межледниковых эпох, оказывая значительное влияние на ландшафты, биоразнообразие и развитие человечества.
Ледниковые эпохи оказали масштабное влияние на развитие человечества — от условий выживания до социальной организации и технологий.
Прямые экологические и географические последствия
- Изменение уровня Мирового океана. Во время пиков оледенений уровень моря падал на 100–120 м из‑за «запирания» воды в ледниках. Это:
- создавало сухопутные «мосты» между континентами (Берингия между Азией и Америкой, связь между Британскими островами и Европой, Сунда между островами Юго‑Восточной Азии);
- позволяло людям мигрировать в новые регионы — например, заселять Америку около 15–20 тыс. лет назад через Берингию.
- Трансформация ландшафтов и местообитаний:
- формирование перигляциальных степей и тундростепей у края ледников — богатых пастбищ для крупных травоядных (мамонтов, шерстистых носорогов, бизонов, северных оленей);
- смещение природных зон к югу: леса отступали, уступая место открытым пространствам;
- возникновение приледниковых озёр и изменение речной сети.
- Ограничение ареалов и изоляция популяций. Ледники и холодные пустыни отрезали одни группы людей от других, способствуя:
- генетической дифференциации;
- формированию локальных культурных традиций.
Влияние на образ жизни и технологии
- Специализация охоты. Обилие крупных травоядных у края ледников сделало эффективной коллективную загонную охоту. Это требовало:
- сложной координации действий;
- развития коммуникативных навыков и языка;
- совершенствования оружия (наконечники, метательные копья).
- Адаптация к холоду:
- использование шкур животных для одежды и жилищ;
- строительство утеплённых жилищ (в т. ч. из костей мамонта);
- освоение огня и его постоянное поддержание;
- развитие технологий обработки кости и рога.
- Консервация пищи и мобильность. Суровые условия стимулировали:
- методы сушки, вяления, замораживания мяса;
- создание лёгких переносных жилищ и транспорта;
- минимизацию имущества — только самое необходимое.
- Искусство и символика. В Европе эпохи верхнего палеолита (на фоне последнего оледенения) расцветает пещерное искусство (Альтамира, Ласко), появляются украшения, ритуальные предметы — возможно, как способ передачи знаний и сплочения групп.
Долгосрочные эволюционные и социальные эффекты
- Отбор по когнитивным и социальным признакам. Выживание в экстремальных условиях требовало:
- планирования (заготовка пищи, топлива);
- передачи опыта через поколения (обучение охоте, изготовлению орудий);
- взаимопомощи внутри группы.
- Рост плотности населения в «рефугиумах». В периоды максимальных похолоданий люди концентрировались в относительно тёплых убежищах (юг Европы, Кавказ, Ближний Восток). Это:
- усиливало конкуренцию;
- стимулировало инновации;
- ускоряло культурный обмен.
- Подготовка к неолитической революции. В конце плейстоцена — начале голоцена (с окончанием последнего оледенения):
- вымирание мегафауны заставило искать новые источники пищи;
- в благоприятных рефугиумах (Левант, Загрос) началось экспериментирование с растениями;
- это привело к зарождению земледелия и скотоводства.
Негативные последствия
- Вымирание мегафауны. Около 11–12 тыс. лет назад исчезли мамонты, шерстистые носороги и др. Причины:
- изменение климата и сокращение пастбищ;
- охотничье давление людей.
- Кризис охотничьего хозяйства. Исчезновение крупных животных потребовало:
- перехода к добыче мелкой дичи и рыболовству;
- расширения собирательства;
- более интенсивного использования растительных ресурсов.
- Миграционные волны. Таяние ледников и подъём уровня моря:
- затопили прибрежные стоянки и сухопутные мосты;
- вынудили людей переселяться вглубь континентов;
- обострили конкуренцию за ресурсы.
Краткий итог
Ледниковые эпохи:
- стали катализатором человеческой экспансии на новые континенты;
- сформировали навыки выживания в экстремальных условиях;
- способствовали развитию социальных структур, технологий и символической культуры;
- создали предпосылки для перехода к производящему хозяйству после их окончания.
Периоды похолодания и потепления на территории Уральских гор и Арктики тесно связаны с глобальными климатическими изменениями, включая астрономические циклы, изменения циркуляции атмосферы и океанические процессы. Эти колебания существенно влияли на ландшафт, оледенение и экосистемы регионов.
Уральские горы
Голоцен (последние 10 тыс. лет):
- Предбореальный период (9200–10 300 лет назад). Отмечались колебания климата: половецкое потепление (10 000–10 300 лет назад), сопровождавшееся пересыханием озёр на Среднем Урале, и переславское похолодание (9200–10 000 лет назад), при котором частично восстанавливался позднеледниковый растительный комплекс.
- Бореальный период. Северная половина Урала переживала значительное потепление, увлажнение и смягчение континентальности климата. Южная половина, напротив, оставалась относительно холодной, засушливой и континентальной.
- Атлантический период. Всеобщее потепление и изменение циркуляции атмосферы привели к расцвету растительного и животного мира Урала. Господствовал западный перенос влажных воздушных масс из Атлантики.
- Суббореальный и субатлантический периоды (последние 4500 лет). Около 4500 лет назад произошло резкое похолодание. В северных районах Урала возобновилось каровое оледенение, замедлились процессы торфонакопления, произошла деградация еловых лесов и продвижение ерниковой тундры на юг. Однако в это время фиксировался среднесуббореальный термический максимум (примерно II тысячелетие до н. э.), когда отмечалось увеличение роли широколиственных пород.
Новейшее время:
- В 1900-е и 1920-е годы наблюдалась благоприятная для развития ледников ситуация: усилилась зональная циркуляция с Атлантики, что привело к усилению снежности зим и аккумуляции ледников.
- В 1930–1940-е годы уменьшилась аккумуляция, стали преобладать отрицательные значения баланса массы — ледники начали отступать.
- После 1940-х годов увеличилась снежность зим, при этом ледниковая аккумуляция ненамного преобладала над абляцией, хотя отмечался рост последней.
- С конца XX века наблюдается сокращение ледников Полярного и Приполярного Урала. По данным на 2018 год, с 1953 года по 2000 год ледники потеряли 23,5% площади, а с 2000 года по 2018 год — ещё 37%. Главная причина — увеличение температуры воздуха, к которому в последнее десятилетие добавилось уменьшение количества осадков.
Арктика
Последние столетия:
- Период потепления с 1915 по 1949 год.
- Период похолодания с 1950 по 1970 год.
- Период потепления с 1971 года по настоящее время.
Современные тенденции (с конца XX века):
- Арктика испытывает ускоренное потепление. Десятилетие 2011–2020 годов стало самым тёплым в регионе за историю инструментальных наблюдений.
- Сокращается площадь морского льда. Из 18 минимальных значений ледового покрова за всю историю наблюдений 17 были зарегистрированы с 2006 по 2023 год.
- Потепление проявляется неравномерно: зимой и осенью оно значительно сильнее, чем летом.
Общие факторы изменений
- Астрономические циклы. Колебания эксцентриситета орбиты Земли, наклона оси вращения, прецессии влияют на поступление солнечной радиации.
- Циркуляция атмосферы. Изменения в переносе воздушных масс (например, усиление западного переноса в голоцене) воздействуют на климат регионов.
- Океанические процессы. Термохалинная циркуляция океана и вариации Атлантической мультидекадной осцилляции (АМО) влияют на климатические условия в Арктике.
- Антропогенные факторы. С конца XX века деятельность человека (выбросы парниковых газов) усиливает глобальное потепление, что особенно заметно в Арктике из-за эффекта арктического усиления.
Таким образом, климатические колебания на Урале и в Арктике отражают как естественные циклы, так и современные антропогенные изменения.
Климатические изменения оказывают значительное влияние на экосистемы Урала, затрагивая растительность, животный мир, водные объекты и ландшафтные структуры. Основные последствия связаны с потеплением, изменением режима осадков и таянием многолетней мерзлоты.
Изменения в растительности
Смещение границ растительных зон. Граница леса на Урале сдвигается выше в горы. На Южном Урале происходит активное продвижение древесной и кустарниковой растительности в горные тундры, что приводит к сокращению их площади. Например, на хребте Дальний Таганай, в национальном парке Зигальга и на Малом Иремеле горные тундры могут полностью исчезнуть в ближайшие 20–30 лет.
Исчезновение эндемичных видов. С продвижением леса в горы исчезают такие растения горных тундр, как голубика, золотой корень, можжевельник, шикша, арктоус арктический. Это снижает биоразнообразие региона.
Вертикальная миграция растений. В горной зоне появляются виды, ранее характерные для более низких высот. Например, на Сыростане (горная зона) появился ковыль — растение, типичное для степей.
Изменение сроков фенологических явлений. Потепление влияет на даты начала цветения растений. Исследования показывают линейную взаимосвязь между датами начала цветения черёмухи и периодами потеплений. В большинстве ландшафтных провинций Урала средние многолетние даты начала цветения черёмухи в периоды волн потеплений и похолодания отличаются в среднем на 3–4 суток.
Изменения в животном мире
Миграция видов. Многие виды насекомых, птиц и млекопитающих продвигаются к северу. Например, в ямальской тундре увеличивается число встреч с обыкновенной рыжей лисицей, которая обычно обитает в более южных лесостепных районах. На Среднем Урале за последние десять лет появился корсак (степная лисичка), ранее встречавшийся преимущественно в южных районах Челябинской и Курганской областей.
Увеличение активности некоторых видов. Потепление способствовало росту численности клещей на Урале. Также отмечается повышение активности южнорусского тарантула: ранее пассивный, сейчас паук стал более агрессивным, что связано с повышением уровня воды в реках.
Появление новых видов. На Южном Урале участились наблюдения тарантулов, которые ранее были нехарактерны для региона. Их появление связывают с глобальным потеплением, так как эти пауки мигрируют из сухих и жарких степей Казахстана.
Сокращение популяций некоторых видов. Наблюдается уменьшение численности белых медведей в Арктике, что косвенно связано с изменениями климата.
Изменения в водных экосистемах
Таяние ледников. За последние десятилетия значительно сократилась площадь ледников на Урале. Например, ледник Манарага растаял к 2006 году, а площадь ледника Малды уменьшилась в два раза, а Балбана — в 3,6 раза за последние полвека. Это влияет на режим рек и озёр, питание которых зависит от ледникового стока.
Изменение уровня водоёмов. Удлинение цикличности осадков (увеличение продолжительности засушливых и дождливых периодов) приводит к колебаниям уровня рек и озёр. Это влияет на гидробиологические сообщества и прибрежные экосистемы.
Изменения ландшафтов и почв
Таяние многолетней мерзлоты. Этот процесс ведёт к трансформации ландшафтов, эрозии почв и изменению гидрологического режима.
Упрощение экосистем. Учёные отмечают тенденцию к «постепенному упрощению» экосистем Урала: исчезают редкие виды, сокращаются площади девственных лесов, растёт фрагментация природных территорий.
Изменение почв. Трансформация растительности влияет на почвообразование. Например, продвижение леса в тундру может изменить характеристики тундрово-мерзлотных почв, бедных гумусом.
Дополнительные последствия
Увеличение числа лесных пожаров. Климатические изменения способствуют росту частоты и интенсивности пожаров, что дополнительно разрушает экосистемы.
Влияние на рекреацию и туризм. Зарастание горных вершин лесом может снизить привлекательность некоторых национальных парков для туристов.
Таким образом, климатические изменения на Урале приводят к комплексной трансформации экосистем, затрагивая все их компоненты — от микроорганизмов до крупных млекопитающих. Многие из этих изменений носят необратимый характер и требуют внимательного мониторинга и разработки мер адаптации.