Плейстоцен ( / ˈ p l aɪ s t ə ˌ s iː n , - s t oʊ -/ PLY -stə-seen, -stoh- ; [ 5] [6] в разговорной речи именуемый Ледниковым периодом ) — геологическая эпоха , которая длилась примерно с 2,58 млн до 11 700 лет назад, охватывая последний период повторных оледенений Земли . До того, как изменение было окончательно подтверждено в 2009 году Международным союзом геологических наук , граница плейстоцена и предшествующего плиоцена считалась находящейся на 1,806 млн лет до настоящего времени (BP). Публикации более ранних лет могут использовать любое определение периода. Конец плейстоцена соответствует концу последнего ледникового периода , а также концу палеолита , используемого в археологии . Название представляет собой комбинацию древнегреческого πλεῖστος ( pleîstos ) «самый» и καινός ( kainós ; латинизировано как cænus ) «новый».
В конце предшествующего плиоцена ранее изолированные континенты Северной и Южной Америки были соединены Панамским перешейком , что привело к фаунистическому обмену между двумя регионами и изменению характера циркуляции океана , с началом оледенения в Северном полушарии, произошедшим около 2,7 млн лет назад. В раннем плейстоцене (2,58–0,8 млн лет назад) архаичные люди рода Homo возникли в Африке и распространились по всей Афроевразии . Конец раннего плейстоцена отмечен переходом в середине плейстоцена , при этом цикличность ледниковых циклов изменилась с 41 000-летних циклов на асимметричные 100 000-летние циклы, что сделало климатические колебания более экстремальными. Поздний плейстоцен стал свидетелем распространения современных людей за пределами Африки, а также вымирания всех других человеческих видов. Люди также впервые распространились на австралийском континенте и в Америке , что совпало с вымиранием большинства крупных животных в этих регионах.
Тенденции к засушливости и охлаждению предшествующего неогена продолжились в плейстоцене. Климат сильно менялся в зависимости от ледникового цикла, при этом уровень моря был на 120 метров (390 футов) ниже, чем в пик оледенения, что позволило Азии и Северной Америке соединиться через Берингию и покрыть большую часть северной части Северной Америки Лаврентийским ледниковым щитом .
Термин «плейстоцен» был введен Чарльзом Лайеллем в 1839 году для описания слоев в Сицилии , в которых по крайней мере 70% моллюсковой фауны сохранилось до наших дней. Это отличало его от более древней эпохи плиоцена , которую Лайелл изначально считал самым молодым слоем ископаемых пород. Он сконструировал название «плейстоцен» («самый новый» или «новейший») из греческого πλεῖστος ( pleīstos ) «наиболее» и καινός ( kainós ( латинизировано как cænus ) «новый»). [8] [9] [10] Это контрастирует с непосредственно предшествующей плиоценовой («более новой», от πλείων ( pleíōn , «более») и kainós ) и непосредственно следующей за ней голоценовой («совершенно новой» или «совершенно новой», от ὅλος ( hólos , «целый») и kainós ) эпохой , которая продолжается до настоящего времени.
Плейстоцен датируется от 2,580 миллионов (±0,005) до 11 700 лет до н. э. [11] с конечной датой, выраженной в радиоуглеродных годах как 10 000 лет углерода-14 до н. э. [12] Он охватывает большую часть последнего периода повторного оледенения , вплоть до похолодания позднего дриаса . Конец позднего дриаса датируется примерно 9700 годом до н. э. (11 700 календарных лет до н. э.). Конец позднего дриаса является официальным началом текущей эпохи голоцена . Хотя он считается эпохой, голоцен не сильно отличается от предыдущих межледниковых интервалов в пределах плейстоцена. [13] В шкале времени ICS плейстоцен делится на четыре этапа или эпохи : гелазийский , калабрийский , чибанский (ранее неофициально «средний плейстоцен») и верхний плейстоцен (неофициально «тарантийский»). [14] [15] [примечание 1] В дополнение к этим международным подразделениям часто используются различные региональные подразделения.
В 2009 году Международный союз геологических наук (МСГН) подтвердил изменение временного периода для плейстоцена, изменив начальную дату с 1,806 до 2,588 миллионов лет назад, и принял основание гелазия в качестве основания плейстоцена, а именно основание Монте-Сан-Никола GSSP . [17] Начальная дата теперь округлена до 2,580 миллионов лет назад. [ 11] МСГН еще не утвердил типовой раздел , Глобальный стратотипический раздел и точку границы (GSSP), для верхней границы плейстоцена/голоцена ( т. е. верхней границы). Предлагаемый разрез представляет собой ледяной керн проекта North Greenland Ice Core Project 75° 06' с.ш. 42° 18' з.д. [18] Нижняя граница плейстоценовой серии формально определяется магнитостратиграфически как основание хронозоны Matuyama (C2r) , изотопная стадия 103. Выше этой точки наблюдаются заметные вымирания известковых наннопланктонных организмов : Discoaster pentaradiatus и Discoaster surculus . [19] [20] Плейстоцен охватывает недавний период повторных оледенений.
Название «плиоплейстоцен» в прошлом использовалось для обозначения последнего ледникового периода. Ранее граница между двумя эпохами проводилась в то время, когда вид фораминифер Hyalinea baltica впервые появился в морской части Ла-Кастелла, Калабрия, Италия. [21] Однако пересмотренное определение четвертичного периода , отодвигающее дату начала плейстоцена на 2,58 млн лет назад, приводит к включению всех недавних повторных оледенений в плейстоцен.
Радиоуглеродное датирование считается неточным для периода более 50 000 лет. Морские изотопные стадии (MIS), полученные из изотопов кислорода, часто используются для приблизительной датировки.
Плейстоценовые неморские отложения встречаются в основном в речных отложениях , озерных ложах, склоновых и лессовых отложениях, а также в больших количествах материала, перемещаемого ледниками. Менее распространены пещерные отложения, травертины и вулканические отложения (лавы, пепел). Плейстоценовые морские отложения встречаются в основном в мелководных морских бассейнах, в основном (но с важными исключениями) в районах в пределах нескольких десятков километров от современной береговой линии. В нескольких геологически активных районах, таких как побережье Южной Калифорнии , плейстоценовые морские отложения могут быть найдены на высоте нескольких сотен метров.
Современные континенты в основном находились на своих нынешних позициях во время плейстоцена, плиты , на которых они сидят, вероятно, сдвинулись не более чем на 100 км (62 мили) относительно друг друга с начала периода. В ледниковые периоды уровень моря опускался на 120 м (390 футов) ниже, чем сегодня [22] во время пикового оледенения, обнажая большие площади нынешнего континентального шельфа как сушу.
По мнению Марка Линаса (на основе собранных данных), общий климат плейстоцена можно охарактеризовать как непрерывное явление Эль-Ниньо с пассатами в южной части Тихого океана, ослабевающими или направляющимися на восток, теплым воздухом, поднимающимся около Перу , теплой водой, распространяющейся из западной части Тихого океана и Индийского океана в восточную часть Тихого океана, и другими маркерами Эль-Ниньо. [23]
Климат плейстоцена был отмечен повторяющимися ледниковыми циклами, в которых континентальные ледники в некоторых местах продвинулись до 40-й параллели . По оценкам, при максимальной ледниковой протяженности 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 в Евразии . Среднегодовая температура на краю льда составляла −6 °C (21 °F); на краю вечной мерзлоты 0 °C (32 °F).
Каждое наступление ледника связывало огромные объемы воды в континентальных ледяных щитах толщиной от 1500 до 3000 метров (4900–9800 футов), что приводило к временному падению уровня моря на 100 метров (300 футов) и более по всей поверхности Земли. В межледниковые периоды, такие как в настоящее время, затопленные береговые линии были обычным явлением, смягченным изостатическим или другим возникающим движением некоторых регионов.
Эффекты оледенения были глобальными. Антарктида была скована льдом на протяжении всего плейстоцена, а также предшествующего плиоцена. Анды были покрыты на юге Патагонской ледяной шапкой. Ледники были в Новой Зеландии и Тасмании . Современные разрушающиеся ледники горы Кения , горы Килиманджаро и хребта Рувензори в восточной и центральной Африке были крупнее. Ледники существовали в горах Эфиопии и на западе в Атласских горах .
В северном полушарии многие ледники слились в один. Кордильерский ледниковый щит покрывал северо-запад Северной Америки; восток был покрыт Лаврентидой . Фенно -скандинавский ледниковый щит покоился на севере Европы , включая большую часть Великобритании; Альпийский ледниковый щит — на Альпах . Отдельные купола простирались по всей Сибири и арктическому шельфу. Северные моря были покрыты льдом.
К югу от ледниковых щитов образовались крупные озера, поскольку стоки были заблокированы, а более прохладный воздух замедлил испарение. Когда Лаврентийский ледниковый щит отступил, северо-центральная часть Северной Америки была полностью покрыта озером Агассис . Более сотни бассейнов, теперь сухих или почти сухих, были переполнены на североамериканском западе. Например, озеро Бонневиль располагалось там, где сейчас находится Большое Солёное озеро . В Евразии крупные озера образовались в результате стока с ледников. Реки были крупнее, имели более обильный поток и были разветвлёнными . Африканские озера были полнее, по-видимому, из-за уменьшения испарения. Пустыни, с другой стороны, были суше и обширнее. Количество осадков было меньше из-за уменьшения океанического и другого испарения.
Было подсчитано, что в плейстоцене Восточно-Антарктический ледниковый щит истончился по меньшей мере на 500 метров, а истончение после последнего ледникового максимума составило менее 50 метров и, вероятно, началось примерно после 14 тыс. лет назад. [24]
В течение 2,5 миллионов лет плейстоцена многочисленные холодные фазы, называемые ледниковыми периодами ( четвертичный ледниковый период ), или значительные наступления континентальных ледниковых щитов, в Европе и Северной Америке происходили с интервалами примерно от 40 000 до 100 000 лет. Длительные ледниковые периоды разделялись более умеренными и короткими межледниковьями , которые длились около 10 000–15 000 лет. Последний холодный эпизод последнего ледникового периода закончился около 10 000 лет назад. [25] Было выявлено более 11 крупных ледниковых событий, а также множество мелких ледниковых событий. [26] Крупное ледниковое событие — это общее ледниковое наступление, называемое «ледниковым». Ледниковые периоды разделены «межледниковыми периодами». Во время ледникового периода ледник испытывает незначительные наступления и отступления. Незначительное наступление — это «стадиал»; время между стадиалами — «межстадиалы».
Эти события определяются по-разному в разных регионах ледникового хребта, которые имеют свою собственную ледниковую историю в зависимости от широты, рельефа и климата. Существует общее соответствие между ледниками в разных регионах. Исследователи часто меняют названия, если ледниковая геология региона находится в процессе определения. Однако, как правило, неправильно применять название ледника в одном регионе к другому.
На протяжении большей части 20-го века было изучено лишь несколько регионов, и названий было относительно немного. Сегодня геологи разных стран проявляют все больший интерес к плейстоценовой гляциологии. Как следствие, число названий быстро растет и будет продолжать расти. Многие из авангардов и стадиалов остаются безымянными. Кроме того, наземные свидетельства для некоторых из них были стерты или скрыты более крупными, но свидетельства остались из изучения циклических изменений климата.
Ледниковые периоды в следующих таблицах показывают историческое использование, являются упрощением гораздо более сложного цикла изменений климата и рельефа и, как правило, больше не используются. Эти названия были оставлены в пользу числовых данных, поскольку многие из корреляций оказались неточными или неправильными, и более четырех основных ледниковых периодов были признаны с тех пор, как была установлена историческая терминология. [26] [27] [28]
Термины ледниковый и межледниковый используются в соответствии с терминами плювиальный и интерплювиальный (лат. pluvia , дождь). Плювиальный — это более теплый период с повышенным количеством осадков; интерплювиальный — с пониженным количеством осадков. Раньше считалось, что плювиальный соответствует ледниковому в регионах, не покрытых льдом, и в некоторых случаях это так. Осадки также цикличны. Плювиальные и интерплювиальные периоды широко распространены.
Однако систематического соответствия между плювиалами и ледниковыми нет. Более того, региональные плювиалы не соответствуют друг другу в глобальном масштабе. Например, некоторые использовали термин «Riss pluvial» в египетском контексте. Любое совпадение является случайностью региональных факторов. Только несколько названий плювиалов в ограниченных регионах были стратиграфически определены.
Сумма временных факторов, действующих на поверхности Земли, циклична: климат, океанические течения и другие движения, ветровые потоки, температура и т. д. Реакция волновой формы происходит от базовых циклических движений планеты, которые в конечном итоге приводят все временные факторы в гармонию с собой. Повторные оледенения плейстоцена были вызваны теми же факторами.
Переход к среднему плейстоцену , примерно миллион лет назад, ознаменовался сменой низкоамплитудных ледниковых циклов с преобладающей периодичностью в 41 000 лет на асимметричные высокоамплитудные циклы с преобладающей периодичностью в 100 000 лет. [29]
Однако исследование 2020 года пришло к выводу, что на окончание ледникового периода могло повлиять наклонение земной оси после перехода в середине плейстоцена, что привело к более сильным летним температурам в Северном полушарии . [30]
Оледенение в плейстоцене представляло собой серию ледниковых и межледниковых периодов, стадиальных и интерстадиальных периодов, отражающих периодические изменения климата. Сейчас считается, что основным фактором, влияющим на цикличность климата, являются циклы Миланковича . Это периодические изменения в региональной и планетарной солнечной радиации, достигающей Земли, вызванные несколькими повторяющимися изменениями в движении Земли. Эффекты циклов Миланковича были усилены различными положительными обратными связями, связанными с увеличением концентрации углекислого газа в атмосфере и альбедо Земли. [31]
Циклы Миланковича не могут быть единственным фактором, ответственным за изменения климата, поскольку они не объясняют ни долгосрочную тенденцию к охлаждению в плио-плейстоцене, ни тысячелетние изменения в ледяных кернах Гренландии, известные как события Дансгаарда-Эшгера и события Хайнриха. Цикл Миланковича, по-видимому, лучше всего объясняет события оледенения с периодичностью в 100 000, 40 000 и 20 000 лет. Такая закономерность, по-видимому, соответствует информации об изменении климата, обнаруженной в кислородных изотопных кернах.
При анализе соотношения изотопов кислорода изменения в соотношении18
О к16
O (два изотопа кислорода ) по массе (измеренной масс-спектрометром ), присутствующий в кальците океанических образцов керна , используется в качестве диагностики древнего изменения температуры океана и, следовательно, изменения климата. Холодные океаны богаче18
O , который включен в тесты микроорганизмов ( фораминифер ), вносящих вклад в кальцит.
Более поздняя версия процесса отбора проб использует современные ледниковые керны. Хотя они и менее богаты18
Кроме морской воды, снег, который выпадал на леднике из года в год, тем не менее содержал18
О и16
O в соотношении, которое зависело от среднегодовой температуры.
Температура и изменение климата цикличны, если их нанести на график температуры в зависимости от времени. Координаты температуры даны в виде отклонения от сегодняшней среднегодовой температуры, принятой за ноль. Этот вид графика основан на другом соотношении изотопов в зависимости от времени. Соотношения преобразуются в процентную разницу от соотношения, обнаруженного в стандартной средней океанской воде (SMOW).
График в любой форме выглядит как волновая форма с обертонами . Половина периода — это морская изотопная стадия (MIS). Она указывает на ледниковый (ниже нуля) или межледниковый (выше нуля) период. Обертоны — это стадиалы или интерстадиалы.
Согласно этим данным, Земля пережила 102 стадии MIS, начиная примерно с 2,588 млн лет назад в раннем плейстоцене Гелазиан . Ранние стадии плейстоцена были неглубокими и частыми. Последние были самыми интенсивными и наиболее широко разнесенными.
По соглашению, стадии нумеруются от голоцена, который является MIS1. Ледниковые периоды получают четный номер, а межледниковые — нечетный. Первым крупным ледниковым периодом был MIS2-4 примерно 85–11 тыс. лет назад. Крупнейшими ледниковыми периодами были 2, 6, 12 и 16. Самыми теплыми межледниковыми периодами были 1, 5, 9 и 11. Сопоставление номеров MIS с названными стадиями см. в статьях с этими названиями.
Как морская, так и континентальная фауна были по сути современными, но с большим количеством крупных наземных млекопитающих, таких как мамонты , мастодонты , дипротодоны , смилодоны , тигры , львы , туры , короткомордые медведи , гигантские ленивцы , виды в пределах Gigantopithecus и другие. Изолированные участки суши, такие как Австралия , Мадагаскар , Новая Зеландия и острова в Тихом океане, стали свидетелями эволюции крупных птиц и даже рептилий, таких как слоновая птица , моа , орел Хааста , Quinkana , Megalania и Meiolania .
Сильные климатические изменения во время ледникового периода оказали серьезное влияние на фауну и флору. С каждым наступлением льда большие территории континентов обезлюдели, а растения и животные, отступающие на юг перед наступающим ледником, столкнулись с огромным стрессом. Самый сильный стресс был вызван резкими климатическими изменениями, сокращением жизненного пространства и сокращением поставок пищи. Крупное вымирание крупных млекопитающих ( мегафауны ), включавшее мамонтов , мастодонтов , саблезубых кошек , глиптодонов , шерстистых носорогов , различных жирафов , таких как сиватерий ; наземных ленивцев , ирландских лосей , пещерных львов , пещерных медведей , гомфотериев , американских львов , ужасных волков и короткомордых медведей , началось в конце плейстоцена и продолжалось в голоцене. Неандертальцы также вымерли в этот период. В конце последнего ледникового периода хладнокровные животные, более мелкие млекопитающие, такие как лесные мыши , перелетные птицы и более быстрые животные, такие как белохвостый олень, заменили мегафауну и мигрировали на север. Толсторогие бараны позднего плейстоцена были более стройными и имели более длинные ноги, чем их современные потомки. Ученые полагают, что изменение фауны хищников после вымирания позднего плейстоцена привело к изменению формы тела, поскольку вид адаптировался к увеличению мощности, а не скорости. [32]
Вымирание почти не затронуло Африку, но было особенно серьезным в Северной Америке , где были уничтожены местные лошади и верблюды .
В июле 2018 года группа российских ученых в сотрудничестве с Принстонским университетом объявила, что им удалось вернуть к жизни двух самок нематод, замороженных в вечной мерзлоте , возрастом около 42 000 лет. На тот момент эти две нематоды были старейшими подтвержденными живыми животными на планете. [33] [34]
Эволюция анатомически современных людей произошла в плейстоцене. [35] [36] В начале плейстоцена виды Paranthropus все еще присутствовали, как и ранние предки человека, но в течение нижнего палеолита они исчезли, и единственный вид гомининов , обнаруженный в ископаемых записях, - это Homo erectus для большей части плейстоцена. Ашельские литики появляются вместе с Homo erectus , около 1,8 миллиона лет назад, заменяя более примитивную олдувайскую индустрию, используемую A. garhi и самыми ранними видами Homo . Средний палеолит видел более разнообразное видообразование внутри Homo , включая появление Homo sapiens около 300 000 лет назад. [37] Артефакты, связанные с современным поведением человека, однозначно засвидетельствованы, начиная с 40 000–50 000 лет назад. [38]
Согласно методам митохондриального хронометража, современные люди мигрировали из Африки после оледенения Рисс в среднем палеолите во время эемского яруса , распространившись по всему миру, свободному ото льда, в конце плейстоцена. [39] [40] [41] Исследование 2005 года утверждает, что люди в этой миграции скрещивались с архаичными человеческими формами, уже за пределами Африки к концу плейстоцена, включив архаичный человеческий генетический материал в современный человеческий генофонд. [42]