Введение

Первая эпоха четвертичного периода

Плейстоцен (англ. Pleistocene, часто именуемый в разговорной речи как Ледниковый период) — геологическая эпоха, которая длилась примерно от 2,58 миллиона до 11 700 лет назад, охватывая наиболее недавний период повторных оледенений на Земле. До 2009 года, когда Международный союз геологических наук окончательно подтвердил изменение, граница между плейстоценом и предшествующим плиоценом определялась как 1,806 миллиона лет назад (BP). В публикациях более ранних лет может использоваться любое из этих определений периода. Конец плейстоцена соответствует концу последнего ледникового периода и концу палеолитической эпохи, используемой в археологии. Название образовано от древнегреческих слов πλεῖστος (плейстос), означающего «большинство», и καινός (кайнос) (латинизированное как cænus), означающего «новый». В конце предшествующего плиоцена ранее изолированные континенты Северной и Южной Америки соединились Панамским перешейком, что вызвало обмен фауной между двумя регионами и изменило океанические течения. Начало оледенения в Северном полушарии произошло около 2,7 миллиона лет назад. В раннем плейстоцене (2,58–0,8 млн лет назад) архаичные люди рода Homo возникли в Африке и распространились по всей Афро-Евразии. Конец раннего плейстоцена ознаменован переходом к среднему плейстоцену, когда цикличность ледниковых циклов изменилась с 41 000-летних циклов на асимметричные 100 000-летние циклы, что сделало климатические колебания более резкими. В позднем плейстоцене современные люди распространились за пределы Африки, а все остальные виды людей вымерли. Люди впервые достигли Австралии и Америки, что совпало с вымиранием большинства крупных животных в этих регионах. Тенденции к засушливости и похолоданию, начавшиеся в предыдущем неогене, продолжились в плейстоцене. Климат сильно менялся в зависимости от ледникового цикла, при этом уровень моря в период максимального оледенения опускался ниже современного, что позволило установить связь между Азией и Северной Америкой через Берингию и покрыть большую часть северной части Северной Америки ледниковым щитом Лаврентида.

Этимология

Чарльз Лайелл ввёл термин «плейстоцен» в 1839 году для описания слоёв на Сицилии, в которых по меньшей мере 70% их моллюсковой фауны до сих пор существуют. Это отличало его от более ранней эпохи плиоцена, которую Лайелл изначально считал самым молодым слоем ископаемых пород. Он образовал название «плейстоцен» («самый новый») из греческих слов πλεῖστος (pleīstos, «большинство») и καινός (kainós, латинизированный как cænus, «новый»). Это противопоставляется непосредственно предшествующему плиоцену («более новый», от πλείων (pleíōn, «больше») и kainós) и непосредственно следующему голоцену («совсем новый», от ὅλος (hólos, «целый») и kainós), эпохе, продолжающейся до настоящего времени.

Знакомства

Плейстоцен датируется от 2,580 млн (±0,005) до 11,650 лет назад, при этом дата окончания, выраженная в радиоуглеродных годах, составляет 10 000 лет 14C назад. Он охватывает большую часть последнего периода повторных оледенений, включая и холодный период Младшего Дриаса. Конец Младшего Дриаса датируется примерно 9640 годом до нашей эры (11 654 календарных лет назад). Конец Младшего Дриаса знаменует официальное начало современной эпохи голоцена. Хотя голоцен считается эпохой, он не сильно отличается от предыдущих межледниковых периодов в плейстоцене. В шкале ICS плейстоцен подразделяется на четыре возраста или стадии: геласианский, калабрийский, чибанский (ранее неофициальный "Средний плейстоцен") и верхний плейстоцен (неофициально "Тарентиан"). Помимо этих международных подразделений, часто используются различные региональные подразделения. В 2009 году Международный союз геологических наук (IUGS) подтвердил изменение временного диапазона плейстоцена, изменив дату начала с 1,806 до 2,588 млн лет назад и приняв основание геласиана в качестве основания плейстоцена, а именно основание ГССП Монте-Сан-Никола. Дата начала была округлена до 2,580 млн лет назад. Нижняя граница плейстоценовой серии формально определяется магнитостратиграфически как основание хронозоны Матуямы (C2r), изотопная стадия 103. Выше этой границы наблюдается заметное вымирание известковых нанофоссилий: Discoaster pentaradiatus и Discoaster surculus. Плейстоцен охватывает недавний период повторных оледенений. В прошлом термин "плио-плейстоцен" использовался для обозначения последнего ледникового периода. Ранее граница между двумя эпохами определялась моментом первого появления вида Hyalinea baltica в морском разрезе Ла Кастелла, Калабрия, Италия. Однако пересмотренное определение четвертичного периода, отодвинувшее дату начала плейстоцена до 2,58 млн лет назад, привело к включению всех недавних повторных оледенений в плейстоцен. Радиоуглеродное датирование считается неточным для периодов старше примерно 50 000 лет. Для приблизительного датирования часто используются морские изотопные стадии (MIS), основанные на изотопах кислорода.

Депозиты

Неморские осадочные породы плейстоцена в основном встречаются в речных отложениях, озёрных отложениях, отложениях склонов и лёссовых отложениях, а также в больших объемах материала, перенесённого ледниками. Реже встречаются пещерные отложения, травертины и вулканические отложения (лавы, пепел). Морские отложения плейстоцена преимущественно располагаются в мелководных морских бассейнах, главным образом (но с важными исключениями) в районах на расстоянии нескольких десятков километров от современной береговой линии. В отдельных геологически активных зонах, таких как побережье Южной Калифорнии, морские отложения плейстоцена могут быть обнаружены на высотах в несколько сотен метров.

Палеогеография и климат

Современные континенты по существу находились в их нынешнем положении в плейстоцене, и плиты, на которых они расположены, вероятно, переместились относительно друг друга не более чем на протяжении всего этого периода. В ледниковые эпохи уровень моря мог понижаться до уровня ниже современного во время максимального оледенения, обнажая обширные участки современного континентального шельфа как сушу. Согласно Марку Линэсу (на основе собранных данных), общий климат плейстоцена можно охарактеризовать как непрерывный Эль-Ниньо, с ослаблением или смещением пассатов в южной части Тихого океана на восток, подъемом теплого воздуха вблизи Перу, распространением теплой воды с западной части Тихого и Индийского океанов в восточную часть Тихого океана и другими признаками Эль-Ниньо.

Ледниковые особенности

Климат плейстоцена характеризовался повторяющимися ледниковыми циклами, в ходе которых континентальные ледники в некоторых местах достигали 40-й параллели. По оценкам, в период максимального оледенения 30% поверхности Земли было покрыто льдом. Кроме того, зона вечной мерзлоты простиралась к югу от края ледникового покрова на несколько сотен километров в Северной Америке и на несколько сотен километров в Евразии. Среднегодовая температура на краю льда составляла [значение]; на краю вечной мерзлоты – [значение]. Каждый ледниковый наступление заключало в себе огромные объемы воды в мощных континентальных ледяных щитах, что приводило к временному понижению уровня моря на или более по всей поверхности Земли. В межледниковые периоды, такие как нынешний, были распространены затопленные береговые линии, смягчаемые изостатическим или иным поднятием некоторых регионов. Последствия оледенения носили глобальный характер. Антарктида оставалась покрытой льдом на протяжении всего плейстоцена, а также предшествующего плиоцена. Анды на юге были покрыты Патагонским ледяным щитом. Ледники существовали в Новой Зеландии и Тасмании. Современные тающие ледники горы Кения, Килиманджаро и хребта Рувензори в Восточной и Центральной Африке были больше по размеру. Ледники существовали в горах Эфиопии и на западе – в горах Атлас. В Северном полушарии многие ледники слились в единые массивы. Кордильерский ледяной щит покрывал северо-запад Северной Америки, а восток – Лаврентидский. Фенно-скандийский ледяной покров располагался на севере Европы, включая большую часть Великобритании, а Альпийский – в Альпах. Разбросанные купола простирались по Сибири и Арктическому шельфу. Северные моря были покрыты льдом. К югу от ледяных щитов накапливались большие озера, поскольку отток был заблокирован, а более холодный воздух замедлял испарение. После отступления Лаврентийского ледяного щита вся центральная часть Северной Америки была покрыта озером Агассиз. Более стакотловин, ныне пересохших или почти пересохших, были заполнены водой на западе Северной Америки. Например, озеро Бонневилль располагалось там, где сейчас находится Большое Соленое озеро. В Евразии крупные озера образовались в результате стока тающих ледников. Реки были полноводнее, имели более обильный сток и были извилистыми. Африканские озера были полнее, вероятно, из-за снижения испарения. С другой стороны, пустыни были более сухими и обширными. Количество осадков уменьшилось из-за снижения океанического и иного испарения. По оценкам, в течение плейстоцена ледяной покров Восточной Антарктиды истончился как минимум на 500 метров, а истончение с момента последнего ледникового максимума составляет менее 50 метров и, вероятно, началось после 14 тыс. лет назад.

Основные события

В течение 2,5 миллионов лет плейстоцена происходили многочисленные холодные фазы, называемые ледниковыми периодами (четвертичный ледниковый период), или значительные продвижения континентальных ледяных щитов в Европе и Северной Америке, с интервалами примерно от 40 000 до 100 000 лет. Длинные ледниковые периоды разделялись более умеренными и короткими межледниковыми периодами, которые длились около 10 000–15 000 лет. Последний холодный эпизод последнего ледникового периода закончился около 10 000 лет назад. Было идентифицировано более 11 крупных ледниковых событий, а также множество незначительных ледниковых событий. Крупное ледниковое событие – это общая ледниковая экскурсия, называемая «ледником». Ледниковые периоды разделены межледниковыми периодами. Во время ледникового периода ледник испытывает незначительные продвижения и отступления. Небольшая экскурсия – «стадиал», а время между стадиалами – «межстадиал». Эти события определяются по-разному в различных регионах ледникового ареала, которые имеют свою собственную ледниковую историю, зависящую от широты, рельефа и климата. Существует общее соответствие между ледниковыми периодами в разных регионах. Исследователи часто взаимозаменяют названия, если ледниковая геология региона находится в процессе изучения. Однако, как правило, некорректно применять название ледникового периода одного региона к другому. На протяжении большей части XX века было изучено лишь несколько регионов, и количество названий было относительно небольшим. Сегодня геологи разных стран проявляют больший интерес к плейстоценовой гляциологии. В результате число названий быстро растет и продолжит расти. Многие продвижения и стадиалы остаются безымянными. Кроме того, наземные свидетельства некоторых из них были стерты или скрыты более крупными, но доказательства сохраняются благодаря изучению циклических изменений климата. Ледниковые периоды, представленные в следующих таблицах, отражают историческое использование, являются упрощением гораздо более сложного цикла изменений климата и рельефа и, как правило, больше не используются. Эти названия были заменены числовыми данными, поскольку многие корреляции оказались неточными или неверными, а с момента установления исторической терминологии было признано более четырех крупных ледниковых периодов. + Исторические названия «четырех крупных» ледниковых периодов в четырех регионах. Регион Ледниковый период 1 Ледниковый период 2 Ледниковый период 3 Ледниковый период 4 Альпы Гюнц Миндель Рисс Вюрм Северная Европа Эбуронийский Эльстерийский Саалийский Вайхселийский Британские острова Бестонийский Английский Вольстонийский Девенсийский Средний Запад США Небрасканский Кансанский Иллинойский Висконсинский + Исторические названия межледниковых периодов. Регион Межледниковый период 1 Межледниковый период 2 Межледниковый период 3 Альпы Гюнц Миндель Миндель Рисс Рисс Вюрм Северная Европа Ваальский Хольштейнский Эемский Британские острова Кромерианский Хокснианский Ипсуикский Средний Запад США Афтонийский Ярмутийский Сангамонийский Соответствуя терминам «ледниковый период» и «межледниковый период», используются термины «плювиальный» и «межплювиальный» (лат. pluvia – дождь). Плювиальный период – это более теплый период с увеличением количества осадков, а межплювиальный период – период с уменьшением количества осадков. Ранее считалось, что плювиальный период соответствует ледниковому периоду в регионах, не покрытых льдом, и в некоторых случаях это действительно так. Осадки также цикличны. Плювиальные и межплювиальные периоды широко распространены. Однако нет систематического соответствия между плювиальными и ледниковыми периодами. Более того, региональные плювиальные периоды не соответствуют друг другу в глобальном масштабе. Например, некоторые использовали термин «Riss плювиальный» в египетском контексте. Любое совпадение – случайность, обусловленная региональными факторами. Лишь для немногих плювиальных периодов в ограниченных регионах были установлены стратиграфические определения.

Палеоциклы

Сумма преходящих факторов, действующих на поверхности Земли, носит циклический характер: климат, океанические течения и другие перемещения, ветры, температура и т.д. Волнообразная реакция обусловлена глубинными циклическими движениями планеты, которые в конечном итоге приводят все преходящие факторы в соответствие с ними. Повторяющиеся оледенения плейстоцена были вызваны теми же факторами. Переход среднего плейстоцена, произошедший около миллиона лет назад, ознаменовался переходом от ледниковых циклов с низкой амплитудой и доминирующей периодичностью в 41 000 лет к асимметричным циклам с высокой амплитудой и доминирующей периодичностью в 100 000 лет. Однако исследование 2020 года показало, что окончание ледниковых периодов могло быть подвержено влиянию наклона оси вращения Земли с момента перехода к среднему плейстоцену, что приводило к более теплым летним сезонам в Северном полушарии.

Циклы Миланковича

Ледниковые периоды плейстоцена представляли собой череду ледниковых и межледниковых эпох, стадиалов и интерстадиалов, отражающих периодические изменения климата. В настоящее время считается, что ключевым фактором, определяющим цикличность климата, являются циклы Миланковича. Это периодические колебания регионального и планетарного солнечного излучения, достигающего Земли, вызванные несколькими повторяющимися изменениями в движении Земли. Влияние циклов Миланковича усиливалось различными положительными обратными связями, связанными с ростом концентрации углекислого газа в атмосфере и изменением альбедо Земли. Циклы Миланковича не могут быть единственной причиной изменений климата, поскольку они не объясняют долгосрочную тенденцию к охлаждению на протяжении плио-плейстоценового периода, а также тысячелетние колебания, зафиксированные в ледяных кернах Гренландии, известные как события Дансгора-Эшгера и события Хенриха. Циклическое влияние Миланковича, по-видимому, наиболее точно объясняет ледниковые события с периодичностью в 100 000, 40 000 и 20 000 лет. Такая закономерность хорошо согласуется с данными об изменении климата, полученными из кернов изотопов кислорода.

Циклы соотношения изотопов кислорода

В анализе соотношения изотопов кислорода, изменения в соотношении ¹⁸O/¹⁶O (двух изотопов кислорода) по массе (измеряемые с помощью масс-спектрометра), присутствующих в кальците образцов океанических кернов, используются в качестве индикатора древних изменений температуры океана и, следовательно, изменений климата. Холодные океаны богаче ¹⁸O, который включается в раковины микроорганизмов (foraminifera), формирующих кальцит. Более поздняя версия методики отбора проб использует современные ледниковые керны. Хотя снег, выпадавший на ледник из года в год, менее богат ¹⁸O, чем морская вода, он всё же содержал ¹⁸O и ¹⁶O в соотношении, зависящем от среднегодовой температуры. Температура и изменения климата цикличны при графическом изображении зависимости температуры от времени. Температурные координаты указываются в виде отклонения от современной среднегодовой температуры, принимаемой за ноль. Такой график основан на другом изотопном соотношении, представленном во времени. Соотношения преобразуются в процентное отличие от соотношения, обнаруженного в стандартной средней океанской воде (SMOW). График в любой форме выглядит как волновая форма с обертонами. Одна половина периода – это морская изотопная стадия (МИС). Она указывает на ледниковый период (ниже нуля) или межледниковый период (выше нуля). Обертоны соответствуют стадиалам или интерстадиалам. Согласно этим данным, Земля пережила 102 стадии МИС, начиная примерно с 2,588 млн лет назад в раннем плейстоцене (геласий). Ранние стадии плейстоцена были неглубокими и частыми. Последние были наиболее интенсивными и наиболее разнесенными во времени. По соглашению, стадии нумеруются от голоцена, который является MIS1. Ледниковые периоды получают четные номера, а межледниковые – нечетные. Первым крупным ледниковым периодом был MIS2–4 примерно 85–11 тыс. лет назад. Наиболее крупными ледниками были 2, 6, 12 и 16. Наиболее теплыми межледниковыми периодами были 1, 5, 9 и 11. Для сопоставления номеров МИС с названиями стадий см. соответствующие статьи.

Люди

Эволюция анатомически современных людей происходила в плейстоцене. В начале плейстоцена все еще существовали виды *Paranthropus*, а также ранние предки человека, но в нижнем палеолите они исчезли, и на протяжении большей части плейстоцена единственным видом гомининов, обнаруженным в ископаемых останках, является *Homo erectus*. Ачеулская каменная культура появляется вместе с *Homo erectus* примерно 1,8 миллиона лет назад, заменяя более примитивную олдувайскую культуру, использовавшуюся *A. garhi* и самыми ранними видами *Homo*. Средний палеолит характеризуется большим разнообразием видов в роде *Homo*, включая появление *Homo sapiens* около 300 000 лет назад. Согласно методам датировки по митохондриальной ДНК, современные люди мигрировали из Африки после рисского оледенения в среднем палеолите, в эмианский период, распространяясь по всему миру, освобожденному ото льда, в конце плейстоцена. Исследование 2005 года предполагает, что участники этой миграции скрещивались с архаичными формами людей, уже находившимися за пределами Африки к концу плейстоцена, в результате чего архаичный человеческий генетический материал был включен в генофонд современного человека.