Происхождение этих загадочных пород объясняли выпаданием космической пыли, выбросами вулканического пепла, чуть ли не «всемирными» потопами, почвообразовательными процессами, деятельностью ветра и другими факторами. Из этих объяснений наиболее обоснована эоловая (ветровая) теория В. А. Обручева и П. А. Тутковского, которые установили, что большая часть лессовых пород произошла из пыли, вынесенной из современных и древних (приледниковых) пустынь. Но почему эти породы свойственны лишь четвертичному периоду? Почему содержание глинистых частиц закономерно уменьшается от нижних ярусов к верхним? На эти и ряд других вопросов не может ответить даже эоловая теория в ее современном виде. Видимо, и здесь не учтено все многообразие процессов, влиявших на образование лессовых пород.
Сопоставим проблему оледенений и проблему лессов. Оледенения и образование лессовых пород протекали в одно и то же время. Оба процесса имели планетарный масштаб и развивались на одной и той же поверхности Земли. Но ведь на поверхности Земли, которая состоит из суши, океанов и атмосферы и которая геофизиками именуется системой «земная поверхность — атмосфера», все процессы взаимно связаны и взаимно обусловлены. Тогда почему при рассмотрении оледенений не объясняли образование лессов и наоборот? А раз эта взаимосвязь не учитывалась, если их искусственно разъединяли для объяснения по отдельности, то не могло быть правильного решения этих проблем.
Попробуем выявить физическую суть этой взаимосвязи, выведенной пока лишь дедуктивно. Когда частицы пыли, глины и песка, из которых состоят лессовые породы, переносились ветрами, то наиболее легкие (пылеватые и глинистые) частички должны были надолго оставаться в атмосфере и запылять ее. Ио известно, что запыленная атмосфера задерживает приток солнечной радиации и ведет к похолоданию земной поверхности. Похолодание не могло быть равномерным: наклонно падающие солнечные лучи высоких широт отражались и ослаблялись сильнее, нежели круто падающие лучи низких широт. В соответствии с неравномерностью прихода солнечного тепла усиливался контраст температур (или, иначе, градиенты температур) между высокими и низкими широтами.
Возрастание температурных градиентов усиливало циклоническую циркуляцию атмосферы, интенсивность испарения и облачности. Но как известно, испарение происходит с затратами энергии и сопровождается понижением температуры тела (вспомним холодильники, основанные на данном принципе), а облачность хорошо отражает солнечные лучи и также приводит к похолоданию земной поверхности.
Таким образом, запыление атмосферы, вызывая неравномерное похолодание и усиление атмосферной циркуляции, приводило к дальнейшему автоматическому наращиванию похолодания. Такова одна из связей процессов в системе «земная поверхность — атмосфера». Взаимосвязью этих и ряда других процессов системы, о которых будет сказано дальше, можно объяснить ледниковые циклы, образование ярусов лессовых пород и многие другие события четвертичного периода.
Здесь возникает вопрос: как начался процесс запыления и похолодания и почему именно в четвертичном периоде? Вспомним, что перед четвертичным периодом суша поднималась и ее размеры увеличивались, климат становился все более континентальным, области пустынь и полупустынь расширились. Теплый режим всей земли обусловливал длительное и знойное лето в пустынях не только субтропических, но и средних широт. Из-за пильного нагревания над ними почти весь год господствовали восходящие вихревые движения атмосферы, так называемые циклоны. Восходящие токи воздуха циклонов поднимали пыль до нижнего слоя стратосферы, а горизонтальные движения воздуха в атмосфере быстро распределяли пыль над всей земной поверхностью.
Можно сказать, что циклоны пустынь явились теми грандиозными «вулканами» земной поверхности, которые, работая из месяца в месяц, из года в год, из столетия в столетие, приводили к накоплению пыли в атмосфере и похолоданию земли. Заметим, что циклоны современных пустынь умеренных широт (центральноазиатских, североамериканских и др.) функционируют лишь три-четыре месяца года. Поэтому в настоящее время накопления пыли в атмосфере не происходит.
Но вернемся к уже начавшемуся первому похолоданию, которое успешно развивалось благодаря взаимосвязи между неравномерностью похолодания и интенсивностью атмосферной циркуляции, испарения и облачности.
С началом похолодания концентрация паров воды и углекислого газа в воздухе уменьшается: над более холодной водой меньше паров Н2О; холодная вода лучше растворяет углекислый газ. Известно, что пары Н2О и СО2 хорошо поглощают лучистую энергию, утепляя таким образом атмосферу и земную поверхность. Подобное явление происходит в обычных застекленных теплицах, вот почему его называют тепличным эффектом. Уменьшение паров Н2О и СО2 в атмосфере высоких широт, которые охлаждались в первую очередь, уменьшало там тепличный эффект. Следовательно, этот добавившийся процесс усиливал неравномерное охлаждение земли. Тем самым он усиливал атмосферную циркуляцию, энергию циклонов и интенсивность влагооборота, который представляет собой совокупность процессов испарения, образования облаков и выпадения осадков. В результате охлаждение земной поверхности усиливалось, концентрация паров Н2О и СО2 в атмосфере и оказываемый ими тепличный эффект уменьшались, неравномерность похолодания и энергия атмосферной циркуляции возрастали. Здесь проявляется уже положительная обратная связь процессов, благодаря которой автоматически наращивалась их интенсивность.
На некотором этапе похолодания в приподнятых областях северных окраин Евразии и Америки зародились ледниковые покровы. Ледниковые покровы были могучей силой дальнейшего охлаждения как суши, так и океанов. На это еще в прошлом веке указывал крупнейший русский климатолог и географ А. И. Воейков, это же подтверждено новейшими исследованиями Антарктики.
Ледниковые покровы отражают большую часть солнечной радиации. Кроме того, лед, как и любое другое тело, непрерывно посылает наружу тепловые лучи, при этом его поверхность охлаждается. Из-за хорошей теплопроводности льда низкая температура его поверхности быстро распространяется на всю толщину льда. Этого не случается с пористыми грунтами и почвами, которые обладают плохой теплопроводностью и промерзают до небольшой глубины. Иное дело если поры грунтов заполнены водой, в таком случае они подобно ледникам промерзают до большой глубины, образуя толщу вечной мерзлоты. Следовательно, благодаря отражению солнечных лучей и тепловому излучению поверхность ледниковых покровов сильно охлаждается, и это охлаждение передается всей его толще. Таким путем ледниковый покров приобретает более низкую температуру, чем окружающие пространства. Он непрерывно распространяет свой холод на эти пространства, завоевывая все новые и новые области. Не меньше холода несли ледниковые покровы и океанам, посылая в них армады айсбергов.
Появление ледниковых покровов резко увеличило температурные градиенты в атмосфере, интенсивность атмосферной циркуляции и влагооборота. Этим они подхлестнули похолодание (из-за увеличения испарения и облачности) и дальнейший рост ледников. Кроме того, в соответствии с усилением похолодания концентрация паров Н2О и СО2 в атмосфере, тепличный эффект и температура земной поверхности понизились. Здесь опять выступает самоусиливающееся развитие процессов с положительной обратной связью.
Теперь посмотрим, как происходило запыление атмосферы, когда появились ледниковые покровы. Длительность летнего периода над пустынями постепенно сокращалась и стала короче современной. Запыление атмосферы также уменьшалось, и когда похолодание и оледенение зашло достаточно далеко, то вместо циклонов над пустынями почти круглый год господствовали антициклоны с нисходящими движениями воздушных масс. Запыление атмосферы прекратилось, с оседанием пыли она просветлялась и приобрела идеальную прозрачность для солнечных лучей.
