Исследователи создали много теорий, чтобы объяснить тайны, окружающие мамонтов, но вопросы о причине Ледникового периода также породили множество идей. 

Теории ледникового периода можно разделить на две общие группы. Первая группа —  внеземная (что-то произошло в нашей Солнечной системе или в галактике Млечный Путь, или даже на Солнце). 

Вторая — земная. Они предполагают, что нечто в климате Земли изменилось, и начался Ледниковый период.

Внеземные теории

Только в середине 1800-х годов научный мир окончательно признал, что Ледниковый период действительно имел место. В то время причина Ледникового периода была впервые приписана потере солнечного света. 

Температура Земли зависит от количества солнечного света, который достигает ее поверхности. Различия в солнечном свете являются причиной холодных полярных и теплых тропических регионов. Различия в температуре питают ветровую систему Земли и штормовые движения. Теория гласит, что если бы мощность Солнца можно было каким-то образом уменьшить, температура в более высоких широтах упала бы и привела к Ледниковому периоду.

Однако никто не знает, изменялось ли количество солнечного света в прошлом. Никто не был там, чтобы наблюдать такое изменение, и не были проведены наблюдения, необходимые для того, чтобы идея была проверена как научная теория. Это правда, что интенсивность Солнца меняется немного, в зависимости от количества солнечных пятен, но изменение это очень мало. Насколько известно, Солнце поддерживало почти постоянную интенсивность на протяжении всей истории Земли. На метеорологическом языке предполагаемая надежность солнечной энергии называется солнечной постоянной.

Даже если бы в прошлом было меньше солнечного света, это обстоятельство не обязательно привело бы к Ледниковому периоду. Более холодные температуры менее способны удерживать водяной пар. Поэтому количество дождя или снега будет уменьшено, а не увеличено.

Другие ученые предположили, что Солнечная система двигалась через пылевое облако, что вызвало Ледниковый период. Они предполагают, что, возможно, это пылевое облако было грязным рукавом галактики Млечный Путь. Пыль между Солнцем и Землей будет блокировать некоторые солнечные лучи и приведет к накоплению льда. К сожалению, эта теория также страдает от недостатка доказательств, а также не предусматривает обильного количества снега, необходимого для начала Ледникового периода.

Земные теории

Многие ученые сегодня обеспокоены накоплением углекислого газа в атмосфере, так как больше углекислого газа являются причиной парникового эффекта. Повышенный уровень углекислого газа в атмосфере поглощает больше инфракрасного излучения от Земли, нагревая нижнюю атмосферу. И наоборот, если бы в прошлом было меньше углекислого газа, климат стал бы более прохладным. 

Ученые считают, что во время Ледникового периода было примерно на 30 процентов меньше углекислого газа, чем в начале промышленной революции. Это основано на измерениях углекислого газа, захваченного в небольших воздушных пузырьках в ледяных щитах Гренландии и Антарктиды.

Другие парниковые газы, такие как метан, увеличились значительно больше, чем углекислый газ, но они оказывают более слабое влияние на парниковое потепление. Другие парниковые газы удобно рассматривать с точки зрения углекислого газа, поэтому ученые перенесли эти другие газы в эквиваленты углекислого газа. 

Чистый эффект других парниковых газов аналогичен увеличению самого углекислого газа еще на 30 процентов. Таким образом, «парниковые» газы увеличились на 60 процентов с момента промышленной революции. Однако это привело в лучшем случае только к повышению глобальной температуры на 0,6°C. Вполне вероятно, что часть этого потепления была вызвана не увеличением парниковых газов, а другими причинами¹, но давайте предположим, что так оно и было. Сокращение углекислого газа на 30% во время Ледникового периода, вероятно, приведет к снижению температуры менее чем на один градус — определенно недостаточно, чтобы начать Ледниковый период.

Горообразование может быть использовано для объяснения холодного климата местности. Не исключено, что оно могло спровоцировать ледяной покров. Хорошо известно, что по мере подъема в горы температура понижается. Также хорошо известно, что горы получают гораздо больше дождя и снега, чем соседние долины. Итак, как гласит теория, если бы Земля была выше, температура была бы холоднее, а снегопад больше.

Однако, хотя горные районы Северной Америки, Европы и Азии сегодня высоки, у них очень мало ледников и совсем нет ледяного покрова. Другая проблема заключается в том, что ледяной покров в Северной Америке развился над низкими районами северо-восточной Канады. 

Еще одно затруднение заключается в том, что высота земли в Соединенных Штатах от Северной Дакоты до штата Мэн не очень большая. Таким образом, постулирование того, что горообразование в прошлом вызвало Ледниковый период, совсем не помогает. Кроме того, высокие горы все еще с нами, и нет никаких ледяных щитов, покрывающих Северную Америку, Европу и Азию.

Еще одна гениальная теория Ледникового периода заключается в том, что если бы морской лед растаял над Северным Ледовитым океаном, повышенное испарение обеспечило бы необходимую влагу на высоких широтах. Из-за скопления снега и льда климат будет охлаждаться, а Северный Ледовитый океан снова замерзнет и обратит вспять накопление льда. Цикл будет постоянно повторяться. Эта теория дает объяснение многим ледниковым периодам, которые, как утверждают ученые, имели место в последние 2,5 миллиона лет геологического времени.²

У теории есть заслуга в том, что она фокусируется на необходимой влаге, которой пренебрегает большинство теорий. Однако вполне вероятно, что добавленной влаги будет недостаточно для начала Ледникового периода. Это правда, что увеличение испарения из безледного Северного Ледовитого океана обеспечит больше снега в северной Канаде и Евразии. 

Тем не менее, тепло, передаваемое в атмосферу из воды в течение зимы, скорее всего, сохранит континенты слишком теплыми в течение лета, чтобы снег и лед могли накапливаться. 

Теория не в состоянии объяснить небывалое летнее охлаждение, необходимое для Ледникового периода. Кроме того, никто не упоминает, как лед Северного Ледовитого океана мог растаять, или есть ли какие-либо доказательства того, что это произошло в недавнем прошлом. По стандартному мнению, лед на Северном Ледовитом океане не таял, по крайней мере, в течение последних предполагаемых миллионов лет геологического времени.

Рисунок 1. Вулканическая пыль и аэрозоли отражают солнечный свет обратно в космос, охлаждая Землю.

Другие теории предполагают увеличение количества вулканической пыли, которая задерживается в верхних слоях атмосферы, блокируя часть солнечного света и, следовательно, вызывая более низкие температуры и Ледниковый период (рис.1). 

Эта теория также имеет свои достоинства, потому что вулканическая пыль и газы могут быть причиной более холодных температур. 

Проблема в том, что каждый ледниковый период должен длиться 100 000 лет. Вулканическая пыль и газы, с другой стороны, выпадают из стратосферы от одного года до нескольких лет. Для поддержания холодных летних температур в течение такого длительного ледникового периода потребуется чрезмерное количество вулканизма.

Одна отчаянная теория говорит о том, что Западно-Антарктический ледяной щит соскальзнул со своих подводных оснований и вышел в глубокий океан. Когда он плавал в Южном океане, больше солнечного света отражалось обратно в космос и охлаждало Землю. 

Однако смещение Западно-Антарктического ледяного щита с его нынешнего местоположения вряд ли могло сильно изменить количество солнечного света, уже отраженного обратно в космос. 

Более того, если снег и лед каким-то образом увеличатся в Южном полушарии с помощью этого механизма, это будет иметь мало влияния в Северном полушарии. Два полушария обычно действуют независимо друг от друга с небольшим обменом тепла или влаги между ними.

Теория, которая отказывается от большинства других мнений, состоит в том, что Ледниковый период просто вызван случайными колебаниями климата. Поскольку небольшие изменения климата происходят в коротких временных масштабах, предполагается, что большие изменения климата происходят в течение длительных периодов времени. Это утверждение подкрепляется сложной математикой. 

Правдоподобие этой теории, однако, находиться под серьезным вопросом. Согласно тому, что принято считать о ледниковых периодах, десять ледниковых периодов регулярно увеличивались и уменьшались каждые 100 000 лет. 

Это бросает вызов правилам случайности. Поскольку теория не может быть проверена, она не может считаться научной теорией.

Резюме

Ученые ненавидят теоретический вакуум. Было трудно найти несколько правдоподобную теорию, чтобы объяснить даже один ледниковый период. Вдобавок к этому геологи рано убедились, что существовало много ледниковых периодов. Таким образом, механизм, который может производить больше, чем один, будет одобрен. 

Одна конкретная теория из многих недавно стала популярной. С 1970-х гг. она называется астрономической или теорией Ледникового периода Миланковича. Она не нова; метеорологи ранее отвергали ее несколько раз (см. ниже Астрономическая теория ледниковых периодов).

Когда явление не может быть объяснено существующими данными, теории умножаются. В 1968 году в книге о причинах изменения климата Эрик Эрикссон насчитал более 60 теорий о причинах Ледникового периода. Хотя у многих из них есть достоинства, заслуживающие внимания, у каждой есть фатальные недостатки. 

Посвятив целую жизнь изучению Ледникового периода, Чарльзуорт прокомментировал состояние всех этих теорий, включая астрономическую:

«Феномены плейстоцена [Ледникового периода] породили абсолютное буйство теорий, варьирующихся “от отдаленно возможного до взаимно противоречивого и явно неадекватного”».³

Это не говорит много о теориях Ледникового периода; Чарльзуорт по существу признает, что все эти теории — гигантские неудачи. Двадцать два года спустя, в 1979 году, Брайан Джон, вспоминая слова Чарльзуорта, рассказывает, что ситуация не улучшилась. На самом деле, он говорит: 

«С тех пор все стало еще более запутанным…»⁴

Астрономическая теория ледниковых периодов

Многие люди считают, что Земля движется вокруг Солнца, и это никогда не меняется. Однако было обнаружено, что орбита Земли вокруг Солнца меняется немного. Ее путь превращается из круга в слегка уплощенный круг, называемый эллипсом, и обратно в круг. Это занимает 100 000 лет или около того для каждого цикла.

Ученые-эволюционисты экстраполировали эксцентриситет на миллионы лет назад (см. рис.2). Разность орбит Земли от окружности до эллипса называется эксцентриситетом. Эксцентриситет нуля — это окружность.

Сама орбита Земли вращается вокруг Солнца. Особенно это заметно, когда она представляет собой эллипс. Такой цикл трудно себе представить. Подумайте об этом как об эллиптическом пути вокруг Солнца, и что путь медленно вращается вокруг Солнца. 

Рисунок 2. Изменение эксцентриситета Земли в течение предполагаемых последних двух миллионов лет. Единицы находятся в тысячах лет.⁵Орбитальный путь будет совершать один оборот примерно каждые 22 000 лет и называется прецессией равноденствий. В нынешней орбите Земли Солнце ближе всего в январе и дальше в июле (рис. 3). Примерно 11 000 лет, Солнце будет ближе к Земле в июле и дальше в январе.

Многие учили, что 23,5-градусный наклон земной оси относительно земной орбитальной плоскости вокруг Солнца никогда не изменяется и вызывает времена года. Это правда, что этот наклон вызывает сезоны. Однако наклон также немного меняется со временем. Он колеблется взад и вперед от 22,1 градуса до 24,5 градуса и обратно до 22,1 градуса. 

Полный цикл занял бы 40 000 лет, если бы не было никаких других сил.

Небольшое гравитационное притяжение Луны и планет вызывает все эти циклические изменения орбиты Земли. Вариации небольшие, соответственно, небольшие изменения в количестве солнечного света вокруг земного шара (рис. 3). Изменение солнечной радиации, вызванное всеми тремя орбитальными переменными, показано на рис. 4. 

Ученые постулируют, что уменьшение солнечного света в более высоких широтах летом, вызванное изменениями в геометрии орбиты Земли, вызовет Ледниковый период. 

В качестве альтернативы, увеличение солнечного света летом приведет к таянию ледяного покрова. Поскольку вышеуказанные изменения солнечного света являются циклическими процессами, это должно способствовать регулярному повторению нескольких ледниковых периодов — привлекательная концепция.

Рисунок 3. Присутствует эксцентриситет орбиты Земли (уплощенный для иллюстрации явления). Времена года относятся к Северному полушарию.

Джеймс Кролл впервые предложил астрономическую теорию в конце 1800-х гг. Она помогла убедить ученых верить во многие ледниковые периоды, а не только в один. 

Согласно теории в конце 1880-х годов, последний ледниковый период закончился около 70 000 лет назад. Научные доказательства были собраны, чтобы «доказать», что это время окончания периода было истинным.

Но астрономическая теория не была хорошо развита до 1920-х и 1930-х годов, когда Милютин Миланкович, сербский метеоролог, разработал многие детали с большей точностью.

Согласно пересмотренной теории Миланковича, как часто называют астрономическую теорию, Ледниковый период достиг своего пика около 18 000 лет назад. Данные, в очередной раз, были изменены, чтобы «доказать» на этот раз максимум Ледникового периода.

 Вскоре после того, как Миланкович усовершенствовал теорию, она подверглась уничтожающему шквалу критики, главным образом со стороны метеорологов. Она была быстро отброшена в 1950-х и 1960-х годах.

В истории науки довольно часто случается, что отвергнутая теория возвращается.⁶ Это доказано теорией Миланковича. Новая технология, примененная к глубоким отложениям океанского дна, и настойчивость нескольких выдающихся ученых возродили эту теорию. 

Основываясь на свойствах донных отложений океана, океанографы пришли к выводу, что было более 30 различных ледниковых периодов, которые регулярно повторялись, каждый из которых полностью таял в течение так называемого межледникового периода. Некоторые даже считают тайну Ледникового периода разгаданной.⁷

Несмотря на энтузиазм большинства ученых по отношению к астрономической теории, она имеет ряд серьезных, скорее всего фатальных, недостатков. Изменения летнего солнечного света в высоких широтах, постулируемые теорией, слишком малы, чтобы породить Ледниковый период. Количество тепла в более высоких широтах зависит только частично от количества солнечного света. 

Северный перенос тепла атмосферой и океанскими течениями также важен, но в основном игнорируется сторонниками этой теории. Переход тепла уменьшил бы охлаждающее действие, причиненное уменьшенной солнечностью. Между переносом тепла и уже небольшим эффектом уменьшенного солнечного света охлаждение будет незначительным.

Метеорологи давно знают об этой слабости в теории. Это способствовало ее более ранней кончине. Известный астроном Фред Хойл выразил свое отношение к теории Миланковича, сказав:

«Если бы я утверждал, что ледниковое состояние может быть вызвано в комнате, щедро снабженной зимой заряженными ночными обогревателями, просто взяв в комнату кубик льда, это предположение было бы не более маловероятным, чем теория Миланковича».⁸

«Ночные нагреватели» — это другие процессы, которые поставляют тепло в более высокие широты, в то время как кубик льда представляет собой небольшое охлаждение из-за астрономической теории.

Рисунок 4. Чистое изменение солнечной радиации в лэнгли за сутки получило в верхней части атмосферы Северного полушария тепловое лето за предполагаемый промежуток времени от 160 000 лет в прошлом до 50 000 лет в будущем. Минусовая широта для Южного полушария. Единицы находятся в тысячах лет.⁹

Данные из океанических отложений предположительно показывают, что 100 000-летний цикл эксцентриситета является наиболее важным для повторяющихся ледниковых периодов. 

Этот конкретный цикл, однако, является самым маленьким из трех орбитальных вариаций на сегодняшний день. Он почти не вызывает изменения летнего солнечного света в более высоких широтах. Ученые сильно озадачены и ищут вторичный механизм, чтобы усилить свою теорию.

Другая серьезная проблема заключается в том, что циклы ледникового периода предположительно происходят в одно и то же время как в Южном, так и в Северном полушариях. Но уменьшение солнечного света, вызванное прецессией равноденствий, обычно чередуется между полушариями, как показано на рис. 4. 

Когда Северное полушарие имеет несколько более низкую интенсивность солнечного света в течение лета, Южное полушарие имеет повышенную интенсивность летнего солнечного света. 

Поскольку эти два полушария обычно разделены климатологически, никогда не было дано ответа на вопрос: почему предполагаемые ледниковые периоды и межледниковья будут циклически чередоваться?

Имея так много научных возражений против астрономической теории, можно спросить, почему она так популярна. Я считаю, что это потому, что очевидные статистические совпадения из глубоководных ядер поколебали большинство ученых. 

Однако существует много проблем, связанных со свойствами глубоководных ядер в астрономической теории. Точные даты необходимы, но не все методы датирования так точны. 

К сожалению, цифры, которые составляют статистику, по-видимому, имеют высокую степень интерпретации, смешанной с ними. Никто никогда не знает, сколько есть истолкования и сколько есть факта. 

Другая причина популярности теории заключается в том, что такое драматическое событие, как Ледниковый период недавнего прошлого, требует объяснения, и любое объяснение лучше, чем ничего — даже если это слабая астрономическая теория.