Какими бы ни были приливы колебаний солнечной радиации, их реальный масштаб можно определить уже сейчас. За последние годы удалось точно оценить изменения средних температур воздуха и воды в различных частях земного шара. Чрезвычайно интересные данные принесло изучение морской фауны, содержащейся в донных отложениях, а также планктонных фораминифер. Эти организмы очень чутко реагируют на изменения экологических условий.
Недавно стал применяться метод изучения концентраций изотопов кислорода (О16/О18), позволяющий достаточно точно определить температуру океанических вод. С помощью радиологических и палеомагнитных методов устанавливают возраст морских слоев. Таким образом, применяя комплексные методы исследования, ученые смогли получить палеотемпературные кривые и по ним узнать размеры колебаний климата в плейстоцене. Колебания эти были весьма значительными; даже в тропических широтах, в периоды похолоданий; океанические воды охлаждались более чем на 10 °C.
Столь резкие похолодания климата сопровождались образованием в высоких широтах обоих полушарий горных и покровных оледенений. Схема последовательных плейстоценовых оледенений впервые была разработана в районе Альп. В конце прошлого — начале нынешнего столетия здесь проводили свои исследования немецкие географы А. Пенк и Э. Брюкнер{39}. Они изучали главным образом строение террас в долинах рек, стекавших с Альп. Ученые пришли к выводу, что галечники, залегавшие в основании аллювия террас, образовались одновременно с моренами оледенений. Проследив распространение основных террасовых уровней, Пенк и Брюкнер выделили четыре ледниковых комплекса (обозначенных ими по названиям небольших рек в Баварских Альпах): оледенение нижней террасы — вюрм; верхней террасы — рисе; молодых галечников — миндель; древних галечников — гюнц.
Подробные исследования, проведенные в 20-х годах немецким геологом Б. Эберлем{40}, позволили значительно уточнить схему Пенка и Брюкнера. Были выделены отдельные фазы оледенений, а также установлены два более древних ледниковых цикла, названных дунай и бибер.
Чехословацкие исследователи{41} выявили, что накопление галечников происходило в основном в течение потеплений, но общая корреляция циклов образования террас с оледенениями подтвердилась.
Основная масса льдов, покрывавших Европу в течение холодных промежутков плейстоцена, зарождалась на Скандинавских горах и на Новой Земле. Сравнение петрографического состава валунов дало возможность ученым довольно точно установить, как двигались потоки льда. В эпохи максимальных похолоданий ледники занимали большую часть Британских островов, Голландию, часть Дании, север ФРГ, ГДР, Польши, Белоруссии, опускались языками далеко на юг по долинам Днепра и Дона. Границы оледенений и их фаз восстанавливаются на основании картирования полос конечных морен, глинистых и песчаных холмов, образовавшихся у края ледника.
История плейстоценовых оледенений восстановлена в большой мере благодаря бурению ледниковых отложений, В скважинах, пробуренных в древних долинах, видно, как чередуются моренные суглинки, образовавшиеся в течение оледенений, с озерными, болотными и речными отложениями, накопившимися во время потеплений климата. Эти отложения особенно ценны для палеогеографов. Они часто содержат многочисленные остатки животных и растений, в ряде случаев их можно точно датировать при помощи радиологических методов. Интенсивные исследования плейстоценовых отложений в ледниковой зоне подтвердили правильность первоначальных схем. В Европе выделено шесть основных ледниковых циклов, они состояли из нескольких фаз потеплений и похолоданий. Отдельные похолодания имели характер самостоятельных оледенений.
С оледенениями связано очень важное явление, названное гляциоизостазией. Дело в том, что ледяной купол мощностью несколько сот метров (в некоторых районах Антарктиды толщина льда достигает 3 км), сдавливая своей огромной тяжестью земную кору, вызывает ее прогибание. В межледниковые периоды, когда ледниковая нагрузка исчезает, земная кора начинает выпрямляться. Сейчас некоторые районы Скандинавии поднимаются со скоростью 9—10 мм/год. Гляциоизостатические движения приводили к значительным изменениям в очертаниях и глубинах окраинных морей на севере Европы..
Не менее важным последствием оледенений были колебания уровня моря. Во время оледенений огромные массы воды переходят в твердое состояние и занимают громадные территории суши в виде льда и спрессованного снега. Поскольку общее количество воды в природе не изменяется, происходит уменьшение объема воды в океане. Уровень воды в океанах и морях понижается[2]. Исследованиями установлено, что в течение последнего оледенения, 20–18 тыс. лет назад, уровень моря был ниже теперешнего на 100–120 м. Это приводило к осушению шельфа (на шельфах северных морей развивались оледенения) и возникновению «мостов» между континентами (Африкой и Европой, Азией и Африкой, Азией и Австралией). Это обстоятельство играло важную роль в расселении древнего человека.
В межледниковые периоды уровень моря был выше современного. Следы уровней зафиксированы в виде лестниц террас, тянущихся вдоль берегов океанов и морей (рис. 9). Единственным крупным исключением из сказанного является Каспийское море. Этот бассейн на протяжении всего плейстоцена был изолирован от Мирового океана. В периоды оледенений Каспий вбирал в себя воду из бассейнов рек, северное течение которых преграждал ледник. Воды не имели выхода, и уровень Каспия повышался, в межледниковья понижался.
Рис. 9. Изменение уровня Средиземного моря в плиоцене-плейстоцене
С развитием оледенений связано видоизменение рек и озер. Течение реки и процессы, происходящие в речной долине, в большой мере определяются положением точки впадения реки в море, так называемым оазисом эрозии. Как мы видели, в связанных с океаном морях во время оледенений уровень резко понижался. Соответственно в большинстве долин рек в начальную фазу оледенений происходит врез русел и углубление долин. Заполнение русел аллювиальными отложениями идет в течение стабилизации или подъема базиса эрозии, т. е. в конце оледенения и в межледниковом периоде.
Эвстатическое понижение уровня океана в сочетании с гляциоизостатическим прогибанием земной коры привело к пере углублению в нижнем плейстоцене речных долин; на Русской равнине древний аллювий залегает на глубинах до 300 м.
Из этого правила есть исключения. Они касаются прежде всего рек Каспийского бассейна; в ледниковое время уровень Каспия повышался. У края ледника в ряде случаев появлялись цепочки подпруженных озер. По долинам рек они проникали далеко на юг. Многие высокие террасы равнинных рек сформировались в результате отложения наносов из подпруженных ледником водоемов{42}.
К югу от края ледника возникла своеобразная зона, названная перигляциальной. Одной из особенностей этой зоны было то, что в ее пределах в условиях холодного и засушливого климата происходило накопление мощных толщ лёссов — мелких пылеватых глинистых частиц. Сейчас установлено, что лёсс образуется за счет ветрового переноса и осаждения пылеватых частиц в специфических условиях приледниковой — перигляциальной зоны.
В периоды межледниковий накопление лёссов прекращается, на них нарастают почвы. В течение следующего оледенения эти почвы покрываются новыми формациями лёссов. Изучение стратиграфии лёссов имеет большое значение для расчленения плейстоценовых отложений. Значительная часть палеолитических местонахождений Европы связана с лёссами и погребенными почвами.