Ģeologi pret pašlaik valdošajām kaislībām ap globālo sasilšanu izturas visrezervētāk. Un tas nav tāpēc, ka šīs sasilšanas nebūtu vai ka cilvēka loma tajā būtu nemanāma. Nē! Vienkārši ģeoloģiskās liecības rāda, ka klimats uz Zemes visos laikos ir bijis mainīgs un brīžiem bijis pat krietni siltāks nekā tagad. Bet jauns leduslaikmets droši vien būs.

3

Kopumā leduslaikmetu un siltāku laikposmu mija Zemei raksturīga pēdējos divus miljonus gadu, un šo laiku dēvē par kvartāra periodu. Labāk izpētīti ir pēdējie 700-800 tūkstoši gadu, kuros ietilpst astoņi apledojumu un starpleduslaikmetu cikli. Visi apledojumi gan nav bijuši ar vienlīdz plašu ledāju izplatību, turklāt senāko apledojumu ģeoloģiskās liecības parasti ir iznīcinājuši jaunāki apledojumi. Tāpēc kā Eiropā, tā arī Ziemeļamerikā tradicionāli pēta pēdējo apledojumu atstātās liecības – gan ledāja nogulumu slāņus, gan reljefa formas.

Kas pārvietoja akmeņus – plūdi vai ledāji?

Eiropas ģeologu aprindās leduslaikmetu pastāvēšanu sāka atzīt, pateicoties Šveices Dabas pētnieku biedrības vadītāja Luija Agasī (Louis Agassiz) aizrautībai un autoritātei. 19. gadsimta sākumā dominēja ideja par lielajiem plūdiem jeb «driftu», ar kuru tika saistīta gan akmeņaino nogulumu slāņu veidošanās, gan lielo laukakmeņu pārvietošanās simtiem kilometru lielos attālumos. L. Agasī priekšlasījums 1837. gada konferencē zinātniekos izraisīja pārsteigumu, neizpratni un pat sašutumu, jo viņš stāstīja par Juras kalnu, kuru augstākā virsotne ir 1724 m, apledojumu, demonstrēja ledāja sašvīkotu kaļķakmens atlūzu attēlus un izvirzīja ideju par leduslaikmeta pastāvēšanu. Šis priekšlasījums bija apledojumu teorijas atzīšanas sākums, kaut citu, mazāk prominentu pētnieku darbi, kas jau kopš 18. gadsimta beigām bija izplatījuši līdzīgas idejas, palika neievēroti.

Pieņemot, ka bijuši periodi ar lieliem apledojumiem, nācās atzīt, ka klimats senatnē ir bijis krietni bargāks un laika gaitā ievērojami mainījies, bet – kāpēc? Radās daudz hipotēžu: vulkānu izvirdumi, zemes virsmas svārstības, kosmisko putekļu mākoņi u.c. Daļa hipotēžu balstījās uz pieņēmumu, ka apledojums ir spējīgs pats sevi uzturēt (atdzesē gaisu, atstaro saules gaismu), tam nepieciešams tikai sākotnējais impulss, kas varētu būt arī nejauša apstākļu sakritība. Saskaņā ar kādas katastrofiskas ledāju izcelsmes teorijas autoru domām, pietiktu ar dažām neparasti sniegainām ziemām un vēsām vasarām mērenajos platuma grādos, lai tur jau sāktu veidoties ledāji. Šo hipotēžu vājā vieta bija nespēja izskaidrot, kā leduslaikmets varētu beigties.

Interesanti, ka attiecībā uz Latvijas teritoriju Tartu universitātes profesors K. Grēvings (K. Grewingk) vēl 1861. gadā jaunāko (kvartāra) nogulumu izcelsmi saistīja ar lielo plūdu («drifta») teoriju, bet 1879. gadā jau par pareizāku atzina apledojumu teoriju.

Orbitālie faktori, kas veicina ledāju veidošanos

Ļoti labilo, nestabilā līdzsvarā esošo sistēmu ledājs–ūdens uz vienu vai otru pusi var pabīdīt diezgan nelielas klimata izmaiņas, ko, savukārt, var izraisīt periodiskas Zemes orbītas un rotācijas izmaiņas, kas izriet no Zemes rotācijas un orbitālās kustības mehānikas likumībām.

Zemes riņķošanai ap Sauli un Zemes rotācijai ap savu asi piemīt vairāki parametri.

  1. Orbītas ekscentricitāte, kas mainās aptuveni 100 000 gadu periodā. Patlaban Zemes orbītas forma ir vistuvāk koncentriskai, un Zeme janvārī ir par 3% tuvāk Saulei un saņem par 6% vairāk starojuma nekā jūlijā. Savukārt pēc 50 000 gadu pienāks brīdis, kad attālumu starpība pusgada laikā būs aptuveni 10%, bet no Saules saņemtā siltuma daudzums atšķirsies par 20%, kas, protams, ir ļoti prāvs lielums.

    Pēdējie astoņi apledojumu cikli uz Zemes ir notikuši aptuveni 100 000 gadu intervālos, atbilstoši Zemes orbītas ekscentricitātes izmaiņām.

  2. Precesija jeb Zemes ass virziena izmaiņas, saglabājot slīpumu. Šo izmaiņu periods ir aptuveni 23 000 gadu. Precesijas ietekmē mainās virziens, kādā ir vērsta Zemes ass. Piemēram, Polārzvaizne jau pēc pāris tūkstošiem gadu atradīsies stipri atstatu no ziemeļu virziena, bet pēc 11 000 gadu ziemeļu virzienu iezīmēs Liras zvaigznāja spožākā zvaigzne Vega.

    Mijiedarbojoties ekscentricitātes un precesijas cikliem, mainās gadalaiks, kurā Zeme atrodas vistuvāk Saulei un vistālāk no tās, kas ir ļoti nozīmīgi ledāju attīstībai.

  3. Zemes ass slīpuma izmaiņas no 21,5 līdz 24,5 grādiem. Lielāks ass slīpums rada krasākas gadalaiku atšķirības. Tomēr polāro platumu klimats slīpākas ass gadījumā kopumā ir maigāks, nekā tas ir, ass slīpuma leņķim samazinoties. Patlaban Zemes ass atrodas 23,5 grādu slīpumā attiecībā pret orbītas plakni. Ass slīpuma izmaiņu periods ir 41 000 gadu. Okeānu nogulu pētījumi rāda, ka 41 000 gadu cikls ļoti izteikti izpaužas slāņos, kas senāki par vienu miljonu gadu.

Kā veidojas ledājs

Lai viss vasaras periodā uzsnigušais sniegs neizkustu, gada vidējai temperatūrai teritorijā ir jābūt negatīvai, kas dabā uzskatāmi izpaužas kā teritorijas atrašanās virs sniega līnijas. Ziemeļu puslodē pat polārajos platuma grādos nav vietu, kur sniega līnija varētu atrasties jūras līmenī, tāpēc ledāju veidošanās var notikt vienīgi reljefa pacēlumos. Gada vidējā temperatūra vietās, kas atrodas virs sniega līnijas, katrā konkrētajā vietā nosaka to, cik lielu biezumu ledājs ideālos apstākļos varētu sasniegt. Ledājs ir kā siltumizolācija starp auksto atmosfēru un zemes iekšējo siltumu.

Atklājumi Antarktīdā demonstrē, ka ledāja biezums pietiekama nokrišņu daudzuma apstākļos ir atkarīgs no vidējās gada temperatūras uz ledāja virsmas un zemledāja ģeotermiskās plūsmas. Platformas apstākļos ģeotermiskais gradients iežos ir salīdzinoši konstants lielums un tuvs 30°C uz vienu kilometru. Ledū tas var būt mazāks, un Antarktīdas centrālajā daļā, kur gada vidējā temperatūra ir -55°C, ledus biezums pārsniedz 4000 m. Jāatzīmē, ka lielā spiedienā esoša ledus kušana notiek jau pie -2°C un zemākā temperatūrā. Iznāk, ka ar katru kilometru ledāja dzīlēs temperatūra pieaug par 14-15°C. Lielākajā daļā Antarktīdas ledāju izolējošā ietekme ir pietiekama, un to pamatnē atrodas ar ūdeni piesātināti ieži, sazarotas gultnes (upes) un daudz zemledāja ezeru. Pastāvot līdzsvara stāvoklim, cik sniega ledāja virsmā uzkrājas, tikpat daudz ūdens no ledāja pamatnes tiek aizvadīts caur zemledāja gultnēm vai filtrējoties caur ūdeni caurlaidīgiem iežiem.

Leduslaikmetā, kad atbilstoši dažādām aplēsēm gada vidējā temperatūra mūsu platuma grādos varēja būt tuva 0°C, ledāju ilgstoša pastāvēšana bija iespējama vienīgi reljefa pacēlumos un pat zem 100-300 metru biezas ledus segas notika kušana.

Paleoģeogrāfiskās liecības rāda, ka jauna plaša apledojuma veidošanās sāktos, ja vidējās temperatūras būtu tikai par 3-10°C zemākas nekā tagad. Tad Skandināvijas sīkie ledāji (šobrīd tikai 3000 km² kopplatībā) sāktu pieaugt, saplūstu un ledus masa sāktu izplesties uz apkārtējām zemienēm.

Pastāv uzskats, ka, reiz izveidojies, ledājs pats sevi uztur, jo atdzesē gaisu, ar gaišo virsmu atstaro lielu daļu saules siltuma un tā veido anticiklonu. Zināma taisnība šādā viedoklī ir, tomēr tas vairāk attiecināms uz reģionāliem, bet ne visas planētas mērogiem.

Daudz sniega ziemā

Ledāji veidojas no atmosfēras nokrišņiem, galvenokārt no sniega. Tāpēc plašu segledāju izveidei ir nepieciešami bagātīgi nokrišņi. Tikpat liela nozīme kā temperatūras pazeminājumam ledāju veidošanā ir ziemas nokrišņu daudzumam. Piemēram, pēdējā apledojuma laikā milzīgas Sibīrijas un Aļaskas teritorijas ledus nemaz nepārklāja, jo ziemās tur gandrīz nebija nokrišņu, kaut temperatūra sasniedza pat -100°C. Plašās pieledāja teritorijās bija sauss klimats. Par to liecina tā laika savdabīgās augu asociācijas, ko var saukt par arktiskām stepēm, kā arī vēja (eolo procesu) nogulsnētie putekļu (lesa) slāņi plašās Eirāzijas un Ziemeļamerikas kontinentu teritorijās.

Atšķirībā no ledāju izzušanas jeb deglaciācijas, segledāju izveidošanās un ledus uzkrāšanās noritēja ļoti lēnām un ilga tūkstošiem gadu.

Kur augstāks, tur aukstāks

Kā zināms, temperatūra pazeminās līdz ar augstuma virs jūras līmeņa palielināšanos. Ja paskatāmies seno Ziemeļu puslodes apledojumu kartēs, redzam, ka segledāju teritorijas ietver arī kalnu rajonus. Tā Skandināvijas segledāja sākums un arī pēdējo segledāja palieku patvērums bija tieši pussalas augstākie kalnu rajoni. Ledājs paaugstināja virsmu, līdz ar to pazeminot gada vidējo temperatūru šai vietā. Tā ledājiem radās iespēja izplatīties no kalniem uz blakus esošajām zemienēm un arī jūrām. Pēdējā apledojuma maksimumā Skandināvijas segledāja augstākais reģions atradās virs Botnijas līča.

Pagulošajam reljefam bija ļoti liela nozīme ledāja dinamikā – ledus masu kustības rakstura un virziena noteikšanā.

Siltuma pārnese

Siltuma pārnesi Zemes ietvaros lielā mērā veic okeānu straumes. To cirkulācija ir atkarīga no ūdens temperatūras un sāļuma pakāpes, kā arī valdošajiem vējiem, jūras lediem u.c. Straumju cirkulācijai iespējami dažādi stabili stāvokļi, bet pārejas no viena stāvokļa otrā var notikt pat nelielu okeāna vai atmosfēras parametru izmaiņu dēļ. Ziemeļu puslodes apledojumam nozīmīgākās ir Ziemeļatlantijas siltās straumes. Amerikas ģeoķīmiķa un okeānu pētnieka E. Boila (E. Boyle) darbi liecina, ka, beidzoties leduslaikmetam, notika krasa okeāna straumju raksta pārkārtošanās. Starpleduslaikmetos pastāv plaša siltu un sāļu okeāna ūdeņu zona, kas vidēji dziļi zem okeāna līmeņa pārvietojas ziemeļu virzienā. Tuvu Īslandes platuma grādiem spēcīgo ziemeļu vēju iespaidā siltie un sāļie ūdeņi paceļas līdz okeāna virsmai, kur atdod milzīgu enerģijas daudzumu gan iztvaikošanas, gan gaisa sasildīšanas veidā. Tā veidojas siltās Atlantijas gaisa masas, kas tālāk izplata siltumu plašās Ziemeļu puslodes teritorijās. Rezultātā okeāna ūdeņi krasi atdziest (no +10 līdz +2°C ), kļūst izteikti blīvāki un tālāk uz ziemeļiem nirst okeāna dziļumos, kas ir sākums aukstai dziļūdens straumei, tā dienvidu virzienā apliec Āfriku un tālāk Antarktīdu. Pētot okeānu nogulumus, E. Boils un citi zinātnieki konstatēja, ka leduslaikmetos aprakstītais siltuma «konveijers» nepastāvēja. Turklāt tā izzušana, tāpat kā atjaunošanās, notika salīdzinoši īsā laikā, kas mērāms simt vai nedaudzos simtos gadu.

Ledāja dinamika

Un visbeidzot: vislielākā nozīme ledāju pastāvēšanā ir paša ledāja dinamikai – ledāja akumulācijai, plūsmām, zemledāja kušanai un notecei. Aukstas pamatnes ledāji ir piesaluši pie pamatnes iežiem – tas raksturīgi lielai daļai Grenlandes segledāja. Savukārt siltas pamatnes ledāji pastāv kā dinamiskā līdzsvarā esošas sistēmas – tie kūst no apakšas, bet atjaunojas no augšas.

Siltas pamatnes ledājiem ir raksturīgi ledāja sērdži jeb pulsācijas, kad ledus masa uz kušanas ūdeņu spilvena var strauji pārvietoties lielos attālumos vai izplūst plašā teritorijā. Īpaši liela nozīme ledāja sērdžiem bija apledojumu noslēgumā (deglaciācijā), kad strauji samazinājās ledus biezums un dažu gadu desmitu vai simtu laikā varēja atkust plašas teritorijas. Ledāja sērdži īpaši raksturīgi segledāja malas zonai, un Latvija ir viena no to izpausmes raksturīgākajām teritorijām.

Segledāji ziemeļu un dienvidu puslodē bija krasi atšķirīgi. Antarktīdas kontinents atrodas visapkārt dienvidu polam. Līdz ar to neatkarīgi no klimata svārstībām lielākā daļa šā kontinenta paliek zem bieza segledāja. Savukārt ledāju būtisku paplašināšanos nepieļauj visaptverošais okeāns.

Ziemeļu puslodē ap polu atrodas Ziemeļu Ledus okeāns, un segledāju pastāvēšana iespējama vienīgi salīdzinoši zemākos platuma grādos. Līdz ar to ziemeļu puslodes apledojums ir ļoti jutīgs pat pret nelielām klimata svārstībām.

Pēdējā apledojuma maksimumā ledājos, salīdzinot ar mūsdienām, tika saistīti vēl 43 miljoni km³ ledus, kas Pasaules okeāna līmeni pazemināja par 120 m. Lielākais segledājs bija Labrenča (Laurentide) ledus sega ar centru virs Hudzona līča, kas pēc ledus apjoma pārsniedza mūsdienu Antarktīdas ledājus, bet pēc platības bija aptuveni četras reizes lielāka par Skandināvijas ledus cepuri.

Izostāze

Divu lielo Ziemeļu puslodes segledāju centrālajā daļā ledus vidējais biezums, līdzīgi tagadējai Antarktīdai, bija aptuveni 3 km. Savukārt perifērijas zonā, galvenokārt segledāju dienvidu malā, kur ledus akumulācija nenotika, maksimālās uzvirzīšanās laikā ledus biezums, visticamāk, nepārsniedza 300–500 m. Latvija atrodas Skandināvijas segledāja perifērijā, un ledus biezumi šeit ir bijuši nelieli.

Robežu starp segledāja centrālo daļu un perifēriju iespējams aptuveni noteikt pēc Zemes garozas izostatisko kustību amplitūdas un intensitātes.

Par izostatiskajām kustībām sauc Zemes garozas iegrimšanu ledāja sloga ietekmē un pacelšanos pēc tā noņemšanas. Apledojuma laikā ledājs ar savu svaru cieto un vieglo Zemes garozu iespieda Zemes mantijas astenosfēras slānī, kas, salīdzinot ar Zemes garozu, ir blīvāks un plastiskāks. Pēc ledus izkušanas Zemes garoza kā korķis atkal ceļas augšup.

Lai arī kopš ledus galvenās masas nokušanas ir pagājuši jau vairāk nekā 10 tūkstoši gadu, Zemes garozas celšanās kādreizējā segledāja centrālajā daļā turpinās joprojām. Botnijas līča ziemeļu galā Zemes garozas kustību ātrums ir aptuveni 7 mm gadā, bet pacelšanās amplitūda pārsniedz 200 m (1. att.).

Izostāzei nebija lielas nozīmes ledāju izveidē, tomēr tā veicināja ievērojami lielāku ledus apjomu uzkrāšanos, kā arī būtiski izmainīja teritorijas attīstību pēc ledāja nokušanas.

Saules aktivitāte

Ir liecības, ka leduslaikmetu gaitu ietekmē arī Saules aktivitātes cikli. Tomēr Saules aktivitātes ciklus parasti saista ar krietni īslaicīgākām klimata pārmaiņām – piemēram, mazo leduslaikmetu, kas ilga no mūsu ēras 16. gadsimta beigām līdz 19. gadsimta vidum.

shema

1. attēls. Zemes garozas izostatiskās kustības mūsdienās, mm gadā. Aktīvākā celšanās notiek reģionā, kur atradās Skandināvijas segledāja kupola centrālā daļa. Avots: Siegenthaler et al 2005. Stable Carbon Cycle–Climate Relationship During the Late Pleistocene. Science, vol. 310, pp. 1313-1317.

M. Sc. Dainis Ozols,
Dabas aizsardzības pārvaldes vecākais eksperts, ģeologs

Publicēts 2011.gada janvārī.

Atbildēt

Jūsu e-pasta adrese netiks publicēta. Obligātie lauki ir atzīmēti kā *