Миф об
уровне моря
Большинство современных антропологов
совершенно уверены в справедливости высказанной в первой половине прошлого
столетия гипотезы о существовании 15-25 ТЛН (ТЛН = тысяч лет назад) на
месте нынешнего Берингова пролива соединявшего Азию и Америку сухопутного
«моста», получившего название Берингия.
Довод в пользу Берингии был очень прост и, на первый взгляд, вполне
убедителен – во время последнего ледникового периода, имевшего место в период 115-10
ТЛН, значительная часть воды мирового океана оказалась перенесенной в ледники,
что вызвало соответственное понижение уровня моря. Согласно данным, полученным
измерениями на коралловых рифах островов Барбадос и Новая Гвинея, на пике
оледенения, т.е. 20-18 ТЛН, уровень моря был примерно на 130-150 м ниже
современного и, значит, часть нынешнего морского дна должна была стать сушей. О
представительности результатов измерений на о. Новая Гвинея говорило сравнение
с данными по изменению содержания тяжелого изотопа
кислорода в скелетах глубоководных морских животных (тяжёлого изотопа тем больше,
чем больше воды, запасённой в ледниках).
Если предположить, что земная
кора за последние 20 тысяч лет
·
не претерпела значительных деформаций;
·
не перемещалась как целое относительно центра масс
Земли,
то расположение осушенных участков дна
легко определить – это была вся часть мирового океана, на которой теперь глубина
меньше 140 м. Далее следует очевидный вывод – в нынешнем Беринговом проливе
наибольшая глубина меньше 140 м и, значит, на его месте был перешеек Берингия.
Однако, как мы сможем далее убедиться, оба сделанных предположения
несправедливы.
Определяет ли уровень моря количество воды
в океане?
Ещё в XVIII веке этот вопрос казался совершенно тривиальным –
мировой океан является примером системы сообщающихся сосудов, а, как знает каждый
школьник, вода в таких сосудах устанавливается на одном и том же уровне. Отсюда
следует, что океан можно использовать как мензурку или мерный стакан – чтобы
найти изменение объёма воды во всём океане достаточно определить величину
изменения уровня моря в любом месте побережья и умножить её на площадь
поверхности океана (361 100 000 км2).
Однако к середине XVIII столетия выяснилось, что дело обстоит несколько
сложнее – оказалось, что не все места на побережье одинаково пригодны в
качестве мензурки. Так, скандинавские натуралисты уже на протяжении столетий
отмечали, что их полуостров постепенно поднимается из моря, бывшие отмели
превращаются в острова, а проходы для судов закрываются вновь появившимися
мелями. В 1743 году Андерс Цельсиус (Anders Celsius) – известный изобретатель термометра и
носящей его имя температурной шкалы – вычислил скорость поднятия суши (или
опускания уровня моря) на шведском побережье Ботнического залива (Bothnia Gulf),
которая оказалась равной 1,2 см/год. Примерно та же скорость изменения уровня
моря наблюдается в этих местах и сейчас. Означает ли это соответствующее
уменьшение объёма воды во всём мировом океане?
В том, что это не так, по-видимому, никто
не сомневался с самого начала, а уже к середине XIХ столетия швейцарским учёным Луи Агасси было
найдено и объяснение Скандинавского феномена. Будучи профессором естественной
истории в университете Невшателя (Neuchâtel), Агасси заинтересовался
проблемами оледенения, которые разрабатывали в то время Венец (Venetz) и Шарпантье (Charpentier). В результате изучения литературы и
полевых исследований, проведенных им в Швейцарских Альпах совместно с
Шарпантье, Агасси убедился, что ледники образовались в течение достаточно
длительного перида похолодания, затронувшего значительную часть земного шара, и
были распространены в большей части Сибири и Центральной Европы. Это давало
основание предположить, что в Скандинавии, как и в других местах, где было
массивное оледенение, произошло опускание земной коры под давлением льда во
время ледникового периода и позднейшее поднятие, когда ледники стали исчезать.
Исследования, проведенные во второй половине XIХ века, позволили оценить и абсолютную величину
поднятия Скандинавии со времени максимального оледенения. Так Де Геер (De Geer)
определил контуры области, в которой бывшая береговая линия находится на 213 м
выше нынешнего уровня моря [Emery and Aubrey] или, другими словами, уровень моря был 20 ТЛН на 213 м выше нынешнего.
Было ясно также, что Скандинавия ни в коей мере не является исключением
– уже в 1865 году Джемисон (Jamieson) отметил поднятие Шотландии после
таяния ледников, а Г.К. Гилберт в самом конце ХIX века
наблюдал то же явление в районе Великих Американских озёр. С другой стороны,
отмечались области, где берег постоянно опускается. Так остров Смита в
Чесапиксом заливе (Chesapeake Bay), когда первые английские колонисты поселились
там, представлял собой идеальное пастбище для скота, а его берега изобиловали
рыбой и всякой морской живностью. Однако в дальнейшем вследствие опускания суши
площадь острова сократилась в несколько раз, а бывшие пастбища превратились в
болото [Cronin].
Имея в виду все эти факты, уже в самом начале ХХ века австрийский учёный
Зюсс (Sűss) указал на необходимость различать эвстатические (eustatic) изменения уровня моря, т.е. относящиеся
ко всему земному шару и позволяющие определить изменение количества воды в
океане, и чисто локальные изменения, связанные с поднятием или опусканием суши.
Это предложение не вызвало никаких возражений и оставалось только понять, как
можно отличить «правильные» эвстатические изменения уровня моря от
«неправильных» локальных?
Где можно найти
эвстатические изменения уровня моря?
В ХX столетии почти вся береговая линия Мирового океана
покрылась сотнями мареографов – устройств для измерения колебаний уровня моря.
Показания этих приборов тщательно записывались и подвергались всесторонней
статистической обработке – находились значения уровня моря, осреднённые за год,
и сезонные изменения, осреднённые по годам; определялись коффициенты регрессионных
уравнений и т.д. и т.п.
Обработка полученных на мареографах данных показала [Emery and Aubrey], что:
- размах
ежесуточных приливно-отливных изменений меняется от нескольких сантиметров во внутренних морях до 18 м в заливе Фанди (Bay of Fundy) на Атлантическом побережьи Канады;
- размах
осреднённых по годам сезонных изменений меняется от нескольких сантиметров в некоторых местах Атлантического
побережья Северной Америки до 2,4 м на
севере Бенгальского залива (Bay of Bengal);
- осреднённые
за год скорости поднятия уровня суши (или, что то же самое, опускания уровня моря) меняются от +12,6 мм/год в Juneu (Аляска) до
-19,4 мм/год в Мессине (о.
Сицилия).
Тщательное изучение всего объёма
информации позволило Эмери и Обрею [Emery and Aubrey] сделать вывод:
Our analysis shows that the signal of a possible eustatic rise of sea level is obscured by "noise" caused mainly by movement of the
land beneath tide gauges; thus, study of the "noise" is a potential source of information about modern
movements of the Earth's crust – especially of plate tectonics. These
data support concepts from geological and geophysical observations of sinking or rising land levels related to crustal movements associated with glaciation, subduction, rifting,
sediment loading, volcanism, and general faulting and folding associated with the properties and history of crustal plates and especially their movements during sea-floor spreading. This conclusion should
be no surprise to geologists, but it may be unexpected by those climatologists and laymen who have been biased too
strongly by the public's perception of the greenhouse effect on the
environment. At present, we cannot discover a
statistically reliable rate for eustatic rise of sea
level alone, but it may not matter to the sea-front property owner whether his
house becomes flooded because of a rising sea or a sinking coast.
// Наш анализ показывает, что сигнал возможного эвстатического повышения уровня моря затемняется «шумом», порождённым преимущественно движениями суши под мареографами; таким образом, изучение этого шума является потенциальным источником информации о перемещениях земной коры и, в особенности, о плитной тектонике. Эти данные подтвержают концепцию, следующую из геологических и геофизических наблюдений понижения или повышения уровня суши, соответствующих перемещениям коры, связанным с оледенениями, субдукцией («подныриванием» одной
тектонической плиты под другую), образованием отмелей, отложением наносов, вулканизмом и общим разломо- и складкообразованием, ассоциирующихся со свойствами и историей тектонических плит и, в особенности, их движением в процессе увеличения площади океанского дна. Это заключение не покажется удивительным геологам, но может быть неожиданным для тех климатологов и неспециалистов, которые чересчур доверяют широко распространённым представлениям о влиянии парникового эффекта на окружающую среду. В настоящее время мы не можем статистически достоверно определить скорость именно эвстатического повышения уровня моря, но для собственника
имущества на побережье совершенно не важно, затопляется его дом вследствие повышения уровня моря или вследствие опускания его берега//.
Достаточно сдержанное заключение Эмери и Обрея говорит об их желании
сохранить то, что сейчас называют «политической корректностью». Между тем,
человек менее вежливый мог бы выразиться более прямо – эвстатических изменений уровня моря нет нигде на всём побережьи
Мирового океана, т.к. нигде нет неподвижной суши.
А имеет ли, вообще, какой-либо реальный смысл само понятие
«эвстатические изменения»?
Что показывает мензурка с
подвижными стенками?
Как мы уже упоминали, ещё в XIX веке было установлено, что в
Скандинавии в разгар ледникового периода имело место опускание суши по
сравнению с нынешним уровнем на 213 м. Измерения на мареографах, проведенные в
ХХ веке, показали, что поднятие суши, связанное с таянием ледников, имеет место
на всём побережье Северного Ледовитого океана. В частности, на Оттавских
островах (Ottawa Islands) в Гудзоновом заливе (Hudson Bay)
имеет место картина, очень близкая к той, что уже давно наблюдалась в
Скандинавии. В некоторых местах Канадского Арктического побережья также
оказалось возможным прямо измерить величину поднятия за последние 20 тысяч лет: «...
in the northern coastal areas of
С другой стороны, данные
об изменении уровня моря на побережье Мексиканского залива говорят об опускании
уровня суши (или поднятия уровня моря) со скоростью около 1 см/год. Иначе
говоря, 20 ТЛН уровень моря в Мексиканском заливе должен был быть ниже нынешнего на величину порядка 200 м. Ту
же по порядку величины величину поднятия уровня моря за тот же период дают, как
мы видели, измерения на коралловых рифах островов Барбадос и Новая Гвинея.
Итак, за последние 20 тысяч лет оседание и подъём суши и морского дна
происходили не в отдельных изолированных местах, а затронули значительную часть
всего Мирового океана. Отсюда следует, что:
·
океан является системой сообщающихся «сосудов»,
причём одни из этих сосудов поднимаются, тогда как другие опускаются;
·
изменения уровня моря в отдельных «сосудах» может
быть связано с перетеканием воды из поднявшихся «сосудов» в опустившиеся и
ничего не говорит об изменении количества воды во всём океане;
Не менее важным является для нас сейчас и другой вывод:
- 20 ТЛН оледенение вызвало не понижение на 150 метров, а повышение на
210-300 метров уровня моря в разных местах Арктической зоны и, в частности, в непосредственной близости Берингового
пролива.
Но почему же всё-таки кривая изменения уровня моря на коралловых рифах в
Новой Гвинее так явно похожа на кривую изменения количества льда на земном
шаре, определяемую по изменению содержания тяжелого изотопа кислорода в
глубоководном бентосе? Чтобы ответить на этот вопрос нам придётся лучше
разобраться с внутренним устройством нашей планеты.
Как слоистая Земля
реагирует на перераспределение снеговой нагрузки
Проведенные в ХХ веке сейсмические исследования показали, что земной шар состоит
из ряда слоёв, существенно отличающихся по своим физическим свойствам: под твёрдой литосферой лежит почти жидкая астеносфера, под
астеносферой снова твёрдая нижняя мантия,
под нижней мантией – жидкое внешнее ядро,
а совсем внутри – снова твёрдое
внутреннее ядро.
(Нужен
рисунок)
Поскольку лежащие под литосферой слои слабо сопротивляются сдвигу
(астеносфера) или совсем не сопротивляются (внешнее ядро), одностороннее
изменение нагрузки на литосферу должно сместить её относительно центра масс
так, чтобы новое положение совпало с положением равновесия.
Сезонные изменения уровня моря в
Северном и Южном полушариях
С октября по апрель происходит увеличение толщины снежного покрова и
слоя льда в ледниках на суше в Северном полушарии и уменьшение – в Южном (в
основном, на Антарктиде). Изменение снеговой нагрузки в этот период приводит к
постепенному смещению всей литосферы в направлении с севера на юг, причём дно
северной части мирового океана становится ближе к центру масс земли, т.е.
«ниже», а южной – на такую же величину «выше» (один «сосуд» опустился, а другой
поднялся).
Изменение взаимного расположения сосудов приводит, естественно, к
перетеканию части воды из Южного полушария в Северное и, значит, к повышению
уровня моря относительно суши в Северном полушарии и понижению в Южном.
Наибольшие изменения уровня моря происходят при этом в высоких широтах
(соответственно в Северном Ледовитом океане и у побережья Антарктиды), тогда
как вблизи экватора они пренебрежимо малы. При этом, т.к. площадь, занимаемая
океаном, в Северном полушарии значительно меньше, чем в Южном, максимальное
изменение уровня моря на севере должно быть больше, чем на юге (как показывает расчёт, приблизительно
в отношении 2:1).
С апреля по октябрь все процессы происходят, естественно, в
противоположном направлении.
Описанная качественная картина полностью подтверждается всеми без
исключения данными,
полученными на мареографах, расположенных в высоких широтах. Более того,
насколько это позволяет точность измерений, согласуется и количественное
соотношение между изменениями уровня моря на севере и на юге. По данным восьми
мареографов, расположенных в высоких северных широтах, размах сезонных
изменений уровня моря составляет около 30 см. В Южном полушарии на Антарктиде
мареографов, к сожалению, нет, но имеющиеся данные по трём мареографам,
расположенным на несколько меньших широтах, дают размах изменений примерно в
два раза меньше, чем на севере.
Вообще, чем меньше широта, тем больше влияния на сезонные изменения
уровня моря оказывают изменение направлений ветров и вызываемых ими морских
течений.
Вес ледяного щита = более
чем тысячекратно усиленная снеговая нагрузка
Той же природы смещение литосферы, но примерно в 1000 раз большее,
наблюдалась во время ледникового
периода. Несмотря
на то, что значительная часть воды осела в ледниках и, соответственно,
уменьшилось общее количество воды в океане, опускание дна океана на севере и
переток воды с юга привели к тому, что низменные участки северного побережья
Европы (в частности, южная Англия и север Франции), долины Лены, Яны, Индигирки
в северной Сибири, а также наиболее низкая часть полуостровов Чукотка, Камчатка
и Аляска оказались затоплены морем, покрытым в то время сплошным слоем льда.
При последующем потеплении, когда давление льда на литосферу стало
уменьшаться, она стала двигаться в обратном направлении, поднимая дно океана и
заставляя море опускаться. На обнажившемся дне, естественно, не осталось следов
ледниковых наносов и ледниковой эрозии, поэтому на карте
максимального оледенения покрытые морем места показаны как лишенные
ледникового покрова. С другой строны, поскольку море было на пике оледенения
покрыто сплошным льдом и на его дне могли жить только бактерии, не оставившие
после себя никаких следов, на составленной Адамсом карте главных
природно-климатических зон (биомов) покрытые морем места показаны как «полярные
пустыни».
(LGM = Last Glacial Maximum = Максимум последнего оледенения)
Compiled by Jonathan Adams,
Environmental Sciences Division, Oak Ridge
National Laboratory, Oak Ridge ,
TN 37831 ,
USA
Trop.
RF (Tropical rainforest) – влажный тропический лес;
Decid. (Deciduous) – лиственный лес;
Mixed Decid.
(Mixed deciduous) – смешанный лес;
Conifer – хвойный лес;
Grassland – степь;
Scrub/Grass – кустарники/травы;
Ocean/Lakes – океан/озёра;
Semi-desert – полупустыня;
Desert – пустыня;
Ice – льды.
Более
подробные данные о том же периоде для Северной Америки показаны на карте
Адамса, Бодуэна и др.
Что же касается дна Берингова
пролива, то оно на максимуме оледенения не только не обнажилось, но ещё глубже
ушло под воду (на карте Адамса, Бодуэна и др. предполагаемая
Берингия тоже изображена как «полярная пустыня»).
В то же время вблизи экватора, где смещение литосферы не вызвало
изменения уровня дна океана, потери воды в океане сказались на его уровне в
полной мере. Поэтому показания
«естественных мареографов» – коралловых рифов на Новой Гвинее и Багамских
островах – дают картину, вполне соответствующую показаниям ледомеров,
основанных на измерении содержания тяжёлого изотопа кислорода.
За последние 1.6 миллионов лет (эпоха плейстоцена) имело место по
крайней мере 20 оледененений Северного полушария, каждое из которых
сопровождалось затоплением низменностей в наиболее высоких широтах – катастрофами,
впервые замеченными Жоржем Кювье.
Дата последнего обновления: 06.01.08
