Большинство сознает, что все наше знание представляет только небольшую часть того, что нам неизвестно. Такие просвещенные люди не лишают себя свободы исследования и не подчиняются рабски преданиям и предписаниям авторитетов…
Древние произведения поэзии, искусства помогают геологам восстанавливать некоторые события прошлого. И все-таки геологи предпочитают иметь дело не с выдумками людей, а со следами былых событий: с морскими и речными осадками, валунами, отпечатками растений, костями животных.
Вот, скажем, камень округлый, будто облизанный леденец. Он увесист. Лежит на плоской террасе, невдалеке от реки. Значит, принесен он сюда и обточен по пути речными водами.
Вот еще камень. Массивный, угловатый, со шрамами. Пришелец издалека. Что ж, и его разгадать можно. Это — ледниковый валун.
А вот еще камень. Плоский, как ладонь. С одной стороны заостренный. На гранях ряды мелких выбоин. Какая геологическая сила придала ему такую форму?
Камень выглядит необычно. Словно он создан по заранее продуманному плану, с каким-то умыслом. Такие камни издавна называли «громовыми топорами», или «громовыми стрелами». Считалось, что связаны они с молниями. Как всякая редкостная вещь, эти находки были окружены туманом легенд и поверий.
Подобные камни в прежние времена не раз попадали в руки ученых, но оставались по-прежнему загадочными. Ведь ученые должны прежде всего исходить из известных, признанных в науке принципов. А до середины прошлого века не была доказана даже древность людей. Правда, некоторые племена «дикарей» Африки, Австралии, Южной Америки выделывали и использовали каменные ножи, наконечники стрел и копий.
Великие географические открытия XV–XVI веков (Колумб, Васко да Гама, Магеллан) широко раздвинули пределы мира, известного европейцам. Путешественники, отправляясь в неведомые страны, прежде всего хотели добыть побольше богатств: золота, драгоценных камней, плодородных земель, сильных рабов.
Позже пришла пора осваивать духовные богатства «первобытных» племен: легенды и мифы, поверья и обряды, трудовые навыки и искусство. Стали изучать и каменные орудия, которые использовали древние племена для обработки шкур, заклания жертвенных животных, перетирания зерен.
Было обращено внимание на явное сходство формы современных каменных изделий африканских племен и австралийских аборигенов с «громовыми топорами». Все чаще стали поговаривать о допотопном человеке — создателе «громовых топоров».
…Река изменила направление. Вода сошла, и обнажился облизанный ею булыжник.
…Ледник растаял, испарился, исчез. На месте его остались груды грубых исцарапанных валунов.
…А человек умер, стал землей и прахом. Сохранилось его создание, его труд: обработанные орудия.
Значит, появилась на земле новая геологическая сила, по-особому обкалывающая камни, по-особому переносящая их с места на место на многие километры. Однако если обработанных камней встречается немного, стало быть, геологическая сила человека еще слабовата.
В прошлом веке находки древних каменных орудий стали обычным делом. Датский археолог Томсен пытался привести в порядок собранные к тому времени орудия труда, утварь, оружие первобытного человека. Он установил, что наиболее древние орудия сделаны из камня. Позже появилась бронза (сплав меди с оловом), а еще позже — изделия из железа. По материалу, из которого изготавливались орудия людей, Томсен предложил выделить каменный, бронзовый и железный века.
Археологи кропотливо и тщательно вели раскопки, зарисовывая и записывая положение каждой найденной вещи. Обнажали слой за слоем, заглублялись на несколько метров. В каждом слое были свои особенные орудия. Слои земли накапливаются веками и тысячелетиями. Все это время тут жили люди.
Археологи научились по неприметным постороннему глазу признакам отличать каменные изделия разных времен: по размеру и форме, по качеству обработки, по характеру выбоин, по разнообразию орудий.
При раскопках была обнаружена общая закономерность: с глубиной каменные орудия становятся все более грубыми, неаккуратно оббитыми. Это и понятно: не сразу человек научился каменному делу.
То далекое время, когда люди пользовались каменными орудиями, назвали палеолитом («палео» — «древний», «литос» — «камень»), то есть древним каменным веком. Его разделили на две части: ранний (нижний) палеолит, в котором каменные изделия сравнительно однообразны и грубы. И поздний (верхний) палеолит, где созданные людьми орудия становятся многочисленными и хорошо обработанными.
И уж вовсе многообразны и искусны были поздние каменные изделия. Их отнесли к неолиту — новому каменному времени (между палеолитом и неолитом выделяют мезолит — средний каменный век).
Труднее было познакомиться с теми, кто изготавливал все эти каменные орудия. Впрочем, остатки людей неолитического времени — не редкость. Неолитические люди от нас ничем не отличаются.
Люди, оббивавшие камни в позднем палеолите, тоже, как показали раскопки, имели наш облик. Они относятся к виду «человек разумный», как и мы.
С середины прошлого века стали изучать остатки людей конца раннего палеолита — неандертальцев. По сравнению с более поздними людьми (их назвали кроманьонами, по названию грота Кро-Маньон, где найдены были их кости) неандертальцы выглядели более грубыми, «неотесанными»: большие головы, низкие лбы, сутулость, длинные руки, толстые кости.
Еще более древние люди, судя по их остаткам, еще больше походят на обезьян. А изделия их еще более грубы и «неотесанны».
Часто на стоянках древних людей встречаются кости животных: и мамонтов, и шерстистых носорогов, и диких лошадей, и пещерных медведей, и северных оленей, и многих других спутников ледниковой эпохи. Все эти животные за долгий четвертичный период почти не изменились. А вот изделия рук человеческих и сами мастера изменялись очень быстро.
Четвертичная геология — наука историческая. Сведения о последнем геологическом периоде в истории Земли остаются разрозненными и во многом непонятными, если не удается выстроить их в определенном порядке. Поэтому ученые стараются узнать время тех или иных геологических событий (например, наступления ледников).
Мы привыкли отсчитывать время по часам. А как быть с определением «геологического времени», когда требуется отсчитывать не минуты и часы, а тысячелетия и миллионы лет?
Геологи научились узнавать возраст ископаемых остатков, горных пород и прочих древностей с помощью своеобразных «геологических часов». В четвертичной геологии применяется несколько их видов.
Самые простые — «стратиграфические часы», определяющие возраст по залеганию слоев («статум» — «слой»). Обычно чем глубже слой, тем глубже в прошлое уходит его история; нижний слой древнее верхнего. Только при этом не выяснить, давно ли образовались слои и насколько один из них древнее другого.
Очень распространены в геологии «палеонтологические часы», определяющие время по появлению и вымиранию отдельных групп растений и животных. Если, скажем, в слое встречены кости мамонта, то слой относится к четвертичному времени (мамонты жили только тогда). И для других существ были свои периоды жизни. Палеонтологи выяснили последовательность появления и вымирания организмов, остатки которых помогают определять «геологическое время». Но и в этом случае никак не узнаешь, сколько лет назад жили вымершие существа.
Древние изделия людей — это «археологические часы». По ним специалист с большой точностью определяет археологическую эпоху, к которой они относятся. Недостаток «археологических часов» в том, что они показывают относительный возраст: моложе или древнее слой, но не отвечают на вопрос: каков же абсолютный возраст слоев (то есть возраст, выраженный в годах)?
Существуют «литологические часы», определяющие геологический возраст по особенностям накопления осадков. Морены определенно указывают на ледниковый период. А количество морен, залегающих одна над другой, указывает на число оледенений.
И тут свои трудности и неточности. Особенно когда речь идет о моренах; нередко донная морена одного и того же ледника расслаивается на два или три горизонта, которые легко принять за отложения разного возраста.
В конце прошлого века шведский геолог Де-Геер обнаружил слои четвертичных пород, чередующиеся последовательно, как листки календаря. Эти слои откладывались в приледниковых озерах.
Весной в паводок реки несут в озера грубые осадки — песок, гравий. Сила потоков постепенно слабеет, и осадки становятся все более тонкими: пыль, супесь. После летнего расцвета жизни осенью откладываются органические остатки. А зимой медленно осаждается тончайшая муть, образуя слой глины.
Так повторяется из года в год. Получается слоеный пирог, где один определенный слой — один год. Подсчитаешь количество таких слоев, узнаешь, как давно они образовались. Можно упростить подсчет. Если имеется слоистая толща мощностью пять метров, а в каждом сантиметре разреза насчитывается в среднем два годовых слоя, то во всей толще: два помножить на пятьсот — тысяча годовых слоев.
Таким способом Де-Геер пересчитал слоёчки глин в котлованах послеледниковых озер. Получилось двенадцать тысяч слоев. Значит, озера образовались двенадцать тысяч лет назад: тогда эта местность (юг Швеции) освободилась ото льда.
Подобные «литологические часы» словно секундная стрелка наших обычных часов. Они отмеряют крохотные интервалы геологического времени (годы!).
Конечно, можно использовать в «литологических часах» слои, отмечающие более крупные отрезки времени: например, отложения донных морен. Но в таком случае мы сразу же теряем возможность определять возраст в годах. Грубая слоистость донной морены не связана с определенными интервалами времени. Нередко тоненький слой морены накапливается тысячи лет, а более мощный слой — в несколько раз быстрее.
Имеются и «геоморфологические часы». Это уже знакомые нам речные и морские террасы. Нередко они располагаются в строгом порядке и прослеживаются на сотни километров. Однако они показывают только относительный возраст.
Сравнительно недавно получили геологи «радиоактивные часы», которые по продуктам радиоактивного распада или по соотношению изотопов позволяют определять возраст слоев в годах (об этих часах пойдет у нас речь позже).
Казалось бы, если объединить вместе показания разных часов, история четырехликого периода необычайно прояснится.
Попробовали все сопоставить и… ничего не получилось.
Показания «геологических часов» оказались совершенно разными.
Появление и вымирание холодолюбивых животных доказывает как будто, что была одна мощная волна холода, породившая ледники.
Развитие древних людей и орудий труда происходило несколькими ступенями и, кажется, нисколько не соответствовало нарастанию волны холода и сопровождающим ее изменениям в живом мире.
Количество террас на реках или морских побережьях неодинаково. Можно сказать, у каждой реки свои «террасовые часы». Иногда показания их сходятся, но чаще — нет.
А «часы слоев»? В них исправно действует только «секундная стрелка» — годовая тонкая слоистость. Так можно отсчитать сотни, тысячи лет. А далее слои пропадают и начинается чередование ледниковых пород… Одним словом, очень неудобно пользоваться часами с одной лишь секундной стрелкой.
Как будто природа специально приберегает до поры до времени ответы на некоторые нелегкие свои загадки! И как только ученые доказали былое оледенение, обосновали ледниковую теорию и собирались уже отдохнуть от затянувшихся споров, выяснилось нечто такое, что заставило вновь изумляться, искать, спорить и сомневаться.
Как мы уже знаем, во второй половине прошлого века были опубликованы три работы, обосновавшие идею ледникового периода.
Джон Гейки в своем труде использовал преимущественно геологические данные. Он изучил слои моренных глин и подстилающих их песков. Оказалось, что в некоторых районах обнаруживаются два слоя донной морены. А между ними — слои песка, глины и торфа.
Получился как бы бутерброд: сверху и снизу — донные морены, создания льда, а в середине — торфяники, продукт жизни.
Первой мыслью было: глыбы льда, текущие по равнинам, сдирали словно гигантской теркой торфяники, передвигали их на новые места и здесь оставляли, перемешав с моренами.
Но и слои ледникового и слои теплого времени залегали горизонтально. Строение торфяников показывало, что они не сминались ледником, не волочились и не сгруживались как попало. Они залегали ровными слоями среди таких же слоистых песков.
Для Гейки сомнений не оставалось: каждый слой морены соответствует самостоятельному оледенению. Два слоя морены — два оледенения. Торфяники между ними — доказательство теплого межледниковья.
Подобные «двухслойные» морены были вскоре обнаружены в Швейцарии, Германии, Америке и России.
В конце прошлого века известный русский геолог Александр Петрович Павлов, обнаружив в Приалатырском крае два горизонта морен, пришел к мнению, что это свидетельствует о двух былых оледенениях. То же подтвердил Криштофович, знаток древних животных и растений.
Южнее Калуги, на берегу реки Оки, возле Лихвина, был обнаружен под слоем морены торф. В нем оказалось много остатков растений. Изучение этих остатков, начатое в конце прошлого века, продолжается до настоящего времени.
В лихвинском разрезе выделяется шесть основных слоев. Снизу — пески с валунами, среди которых имеются пришельцы с Кольского полуострова. На песках лежат слои глины и суглинка: зеленовато-серые, черные, темно-серые, голубые. Они осаждались в озере. В этих слоях были найдены листья бука и древесина тиса, а также отпечатки пресноводных рыб.
Выше залегают глины с прослоями песка (здесь обнаружена чешуя окуня) и пылеватые, подобные спрессованной пудре, суглинки, в которых найдены кости мамонта и волосатого носорога. Эти слои сверху перекрывает донная морена, содержащая многочисленные валуны. А на морене залегают пески и пылеватые суглинки со следами древних почв.
Значит, было два оледенения?
До 1909 года был издан трехтомник Альбрехта Пенка и Эдуарда Брюкнера, посвященный древнему оледенению Альп. Эти ученые с удивительным искусством восстанавливали историю ледниковой эпохи в Альпах.
Прежде всего они исследовали террасы, оставленные в предгорьях былыми водными потоками. Основных террас оказалось четыре. Пенк и Брюкнер предположили, что каждой террасе соответствует свое оледенение. Они отыскали на террасах донные морены (или, по крайней мере, слои, очень похожие на донные морены).
Значит, было не одно и не два, а четыре оледенения! Ученые назвали их (от самого древнего к самому молодому): гюнц, миндель, рисс, вюрм (по названиям альпийских рек и озер). В книге Пенка и Брюкнера появилась первая схема расчленения ледникового периода на ледниковые и межледниковые эпохи. Эта схема позже не раз уточнялась и изменялась, но все-таки остается классической.
Ознакомившись с этой замечательной работой, геологи разных стран стали искать у себя на родине следы четырех ледниковых и межледниковых эпох.
Одни ученые утверждали, что им удалось подтвердить выводы Пенка и Брюкнера при исследованиях в Северной и Восточной Европе и в Северной Америке. И названия оледенений приняли «альпийские»: гюнц, миндель, рисс и вюрм.
Другие ученые считали подобные сообщения подгонкой под готовый ответ. Почему альпийскую схему надо распространять на всю территорию? Вовсе не обязательно. Надо для каждого района находить доказательства, сколько бы оледенений при этом ни оказалось.
И тут началась неразбериха. Из Скандинавии сообщили, что найдены достоверные следы одного или по крайней мере двух оледенений — не больше. В Америке еще раньше предполагалось существование трех больших оледенений. Позже некоторые геологи довели это число до одиннадцати. А на Русской равнине геологам удавалось выделить не только три, но и четыре, пять… да что там! Некоторые обнаружили здесь следы двенадцати оледенений.
Четвертичный период оказался очень коварным. Он перессорил специалистов, пытавшихся постичь его историю.
Даже исследователи Альп стали оспаривать классическую схему Пенка и Брюкнера. Что уж говорить о геологах, изучающих другие районы!
Среди жарких споров о количестве оледенений послышались сначала робкие, а затем все более уверенные и дружные голоса, вовсе отрицающие ледниковую эпоху.
Как же прийти к соглашению?
Не принять ли для каждой территории свое число оледенений? Да и что считать ледниковой эпохой, а что межледниковой? Не лучше ли говорить о наступлении и отступлении единого ледникового покрова? Почему были ледниковые эпохи? А если никаких великих ледников не было?..
Так уж случилось, что в нашем веке, когда ледниковая теория была доказана и общепризнана, когда она вобрала в себя сведения из многих наук, когда она, казалось, объяснила множество загадок прошлого, вдруг оказалось, что прекрасное здание этой теории вот-вот рухнет. И не потому, что ледниковая теория не могла объяснить какие-то факты, события прошлого, геологические явления. Напротив: она предлагала слишком много объяснений, из которых не удавалось выбрать одно, самое верное. Даже на такой принципиальный вопрос — сколько же было оледенений? — ответы предлагались разные. Что уж там говорить о продолжительности холодных и теплых эпох, о судьбе растительного и животного мира, о тех необычайных воздействиях, которые должны были оказывать великие ледяные щиты на жизнь всего земного шара…
График числа ледниковых гипотез. Каждая гипотеза — точка.
Всякая наука временами испытывает кризисы. В середине прошлого века математики усомнились в геометрии Евклида, после двухтысячелетнего ее господства. Обнаружились другие геометрии, другие миры. Они открыли новые области знания и подготовили расцвет теории относительности Эйнштейна.
Вслед за математикой к концу века пришел черед классической физике Галилея — Ньютона. Были открыты атомы и электроны, измерена скорость света, изучены электромагнитные волны — настала эра новой физики, проникающей в микромир элементарных частиц и в мегамир всей нашей Вселенной. Пришлось пересмотреть и прежнюю химию, и в знаменитой таблице Менделеева постичь новый, ранее неведомый смысл, и по-новому представлять взаимодействие атомов и молекул.
Так, волна за волной, начиная с математики, преображались старые науки, которым было уже не под силу справиться с новыми фактами.
С геологическими науками дело обстоит сложнее. Они опираются на достижения физики (геофизика), химии (геохимия), биологии (биогеохимия) и многих других областей знания. И когда эти области изменяются, в геологии начинается неразбериха.
В это смутное время идет «естественный отбор» научных теорий.
Вот и для ледниковой теории обстановка сложилась трудная. Чем больше набирали геологи сведений о жизни Земли в четвертичный период, чем внимательней прослеживали судьбу животных и человека, чем скрупулезней исследовали следы былых ледников, тем больше появлялось сомнений.
Чтобы как-нибудь объяснить новые факты с помощью старой теории, приходилось придумывать множество оговорок и гипотез. Подобно тому, как к зданию, не вмещающему растущее количество жильцов, приходится приделывать разные надстроечки, балкончики, флигелечки. От этого, конечно, здание лучше не выглядит, да и жить-то в нем неуютно.
Особенно заметно было такое «брожение умов» и полная неразбериха, когда речь заходила о причинах возникновения ледниковых эпох. Немецкий геолог Шварцбах построил очень наглядный график, где показал важнейшие гипотезы в науке о ледниковом периоде в порядке их появления до второй мировой войны.
На графике Шварцбаха отчетливо видно, что расцвет идей о ледниковом периоде приходится на начало нашего века. В то время было предложено много новых гипотез, из которых некоторые сохранились в науке до наших дней. Однако до сих пор не удается выявить «самую верную» из них. Возможно, такой гипотезы и не существует. Все чаще геологи говорят о многих причинах, сочетание которых вызывает ледниковые эпохи.