Четвертичная система и период — обнимают в жизни Земли промежуток времени от конца третичного периода до переживаемого нами момента. Большинство ученых делит Ч. период на две эпохи: древнейшую — ледниковую, делювиальную, плейстоцен или постплиоцен, и новейшую, куда относят современные отложения (см.). Ни по своей продолжительности, ни по самостоятельности флоры и фауны, Ч. период не может быть сопоставлен с более древними геологическими периодами. Переход от третичного периода к Ч. произошел в высшей степени постепенно и незаметно, без резких климатических, фаунистических и физико-географических изменений. К началу Ч. периода климат, распределение материков и морей и морская фауна весьма мало отличались от современного их состояния; более значительные изменения произошли с тех пор только в составе наземной фауны. В продолжение Ч. периода вымерли многие гигантские травоядные, каковы мамонт, сибирский носорог, мастодонт, гигантский олень и др.; многие как из высших, так и из низших организмов изменили ныне области своего местообитания, но наиболее характерную черту Ч. периода представляет появление на земле человека, присутствие которого, по остаткам его костяков и культуры, обнаружено и твердо доказано уже в сравнительно древних межледниковых отложениях ледниковой эпохи. Хотя Ч. период и начался при климатических условиях, близких к современным, но в течение его происходили крупные климатические и физико-географические изменения. В ледниковую эпоху, например, большая часть России (до Полтавской и Харьковской губерний) и средней Европы, а также и Северной Америки были одеты сплошным ледниковым покровом, напоминая современную Гренландию. Несмотря на сравнительно незначительный, с геологической точки зрения, промежуток времени, отделяющий нас от начала Ч. периода, изучение его представляет большие затруднения. Трудности заключаются в том, что нормальный, наиболее распространенный тип более древних образований — морские осадки Ч. периода — совсем недоступен нашему наблюдению. Образования эти и по настоящее время составляют дно моря и только кое-где, в побережьях, обнаруживаются незначительными полосками. Доступны изучению только материковые образования Ч. системы, в виде рыхлых наносов прикрывающие на значительной площади земной поверхности более древние коренные породы. Наносы эти по большей части бедны остатками флоры и фауны и разнообразны по своему литологическому характеру в различных пунктах их развития. Ни палеонтологический, ни стратиграфический методы исследования не дают, поэтому, в применении к этим отложениям благонадежных результатов, и восстановить вполне историю Ч. периода жизни Земли до сих пор не оказалось возможным. Достоверно известно, что климат, по крайней мере в Европе, в начале третичного периода более равномерный и теплый, субтропический,становился с течением времени все более умеренным и к концу того же периода мало отличался от современного. В начале Ч. периода средняя температура земной поверхности продолжала понижаться, хотя неравномерно, в виде целого ряда колебаний. Под влиянием этого понижения значительная часть северного полушария, а именно Скандинавия, часть России, Германия, Англия и часть Северной Америки покрылись на долгое время ледяным покровом. Значительные ледники спускались в это время и с горных хребтов, расположенных к югу от области сплошного оледенения, как-то: с Альпийских гор, Кавказа, Пиренеев и даже с лежащих еще южнее, под тропиками, африканских и азиатских горных массивов. Более обширные размеры имели в это время и ледники южного полушария, как о том свидетельствуют наблюдения в Австралии, Новой Зеландии и Южной Америке. Вне области занятой ледниками поверхность Земли носила в это время лесной, но чаще степной или тундровый характер. Благодаря колебаниям температуры, ледниковый покров в продолжение этого периода не оставался неизменным. С повышением температуры ледники отступали ближе к полюсам, а степи и тундры покрывали освободившиеся ото льда площади; с понижением температуры ледники снова надвигались в умеренные широты, отодвигая ближе к тропикам области обитания животных и растений того времени. Такие колебания происходили в Ч. период неоднократно, и в некоторых пунктах земной поверхности различают до шести и даже более последовательных периодов оледенения, разобщенных между собой промежутками с более умеренным климатом, что выражается чередованием ледниковых отложений, с отложениями иного характера, соответствующими межледниковым эпохам. Эти последние представляют особый интерес в том отношении, что исключительно в них сосредоточиваются остатки флоры и фауны, позволяющие восстановить состав растительного и животного мира этой эпохи. Настоящие ледниковые отложения органических остатков почти совсем не содержат, что и понятно, так как области, покрытые льдами, не представляют условий, благоприятных для развития органической жизни. В Европе различают три центра, откуда распространялись оледенения: Альпы, Англо-Шотландские горы и Скандинавские возвышенности, откуда спускались ледяные массы, в периоды наибольшего распространения ледников покрывавшие значительную часть России и Северной Германии. В Альпах, где и в настоящее время существуют многочисленные ледники и где поэтому ближе знакомы с особенностями ледниковых отложений, прежде других мест был установлен факт нахождения ледниковых образований, в виде моренных отложений, эрратических валунов, исцарапанных и изборожденных скал в местностях, значительно удаленных от современных ледников, и совершенно правильно был истолкован большим распространением ледников, в эпоху, предшествовавшую современной. В это время в Альпахпо северному склону гор спускались в долины громадные ледники, не только выполнявшие эти долины, но даже достигавшие альпийских предгорий и там сливавшиеся в обширный ледяной покров, тогда как с южных склонов, под влиянием различий в климатических условиях, спускались в это время по главнейшим долинам лишь отдельные ледяные потоки. Ближайшее исследование показало, что в альпийской области в продолжение ледниковой эпохи существовал не один, а даже два или три периода оледенения, разделенных межледниковыми эпохами с умеренным климатом, во время которых ледники отступали почти до самых горных вершин, а их место занимали леса и степные пространства. Отложения ледниковой эпохи выражены в альпийской области не слоистыми моренными образованиями, состоящими из ледниковой щебенки или песчано-глинистых рыхлых наносов с валунами, тогда как межледниковые образования слагаются лёссом и слоистыми продуктами переработки водой моренных отложений; встречаются также местами прослойки сланцеватого угля, происшедшего из отлагавшегося в то время торфа. Другой центр оледенения находился в то время в Скандинавии, откуда спускался ледяной покров, занимавший более 6 млн. кв. км на площади Северной Европы, как о том свидетельствуют валуны скандинавских и финляндских горных пород, доныне тысячами встречающиеся на поверхности и в самой массе рыхлых ледниковых наносов русской равнины до Нижнего Новгорода, Полтавы и Киева, во всей Польше до подножия Карпат, в Саксонии, Северной Германии до Рейна и в Англии. Долго не допускали возможности существования сплошного ледникового покрова на этом громадном пространстве и старались объяснить присутствие здесь валунов нахождением в этой местности полярного моря, по которому ледяные горы, отрывавшиеся от скандинавских ледников, разносили вмерзшие в них валуны и отлагали их на дне моря при своем таянии. Эта гипотеза при более близком знакомстве с ледниковыми наносами России и Северной Германии оказалась, впрочем, совершенно не отвечающей действительности, так как с одной стороны ледниковые наносы России и Германии резко отличаются от морских отложений по своему характеру и заключенным в них органическим остаткам, а кроме того, во многих пунктах этих областей были найдены на коренных породах, подстилающих ледниковые насосы, несомненные следы движения по ним ледника, в виде округленных, отполированных поверхностей, часто покрытых шрамами и бороздами, указывающими направление движения ледника. Такие борозды можно видеть, например, и у нас в С.-Петербургской губернии, в ломках силурийского известняка, на поверхностях, только что вскрытых от вышележащих наносов. Найдены и конечные морены этого гигантского ледникового покрова, хорошо изученные в Германии и отчасти у нас в Полесье. В Олонецкой губернии и Финляндии большим распространением пользуются особой характерной формы холмы, известные под именем бараньих лбов, а также целые сглаженные каменистые хребты, вытянутые по направлению движения ледника и известные под названием сельг. К категории несомненно ледниковых образований относят также весьма распространенные в Швеции, Финляндии и северо-западной России длинные гряды или валы, напоминающие высокую железнодорожную насыпь и известные под названием озов. Хотя происхождение их и не разъяснено окончательно, но, вероятно, они представляют осадки внутриледниковых и подледниковых рек. Многие уголки Финляндии, Олонецкой, Новгородской и смежных с ними губерний представляют всхолмленную местность, впадины которой заполнены бесчисленными озерками, а поверхность почвы густо усеяна крупными валунами, что в общем до чрезвычайности напоминает альпийский моренный ландшафт. Подобно тому, как для Альп, также и для Северной Германии имеются доказательства, что в ледниковую эпоху в ней было не одно непрерывное оледенение, но 2 или даже 3, в Англии, вероятно, и более, разделенных периодами с более умеренным климатом, во время которых ледниковые отложения были перемыты, отчасти приобрели слоистый характер и заключают прослои торфа с остатками различных по большей части полярных растений, свидетельствующие о сильном в то время развитииторфяников. Относительно ледникового покрова, покрывавшего русскую равнину, нет ясных доказательств в пользу периодичности его существования; только для Польши, Полесья и некоторых южных пунктов развития ледниковых образований имеются факты, свидетельствующие о последовательном расширении и сокращении площади, занятой ледниковым покровом, и даже делаются попытки сравнения развитых здесь отложений с соответствующими ледниковыми и межледниковыми образованиями Западной Европы. Для пунктов, удаленных от окраинледяного поля, существование нескольких оледенений представляется маловероятным. На всей этой площади состав ледниковых наносов довольно однообразен. Наиболее постоянным членом их является красно-бурая, железистая валунная глина, изобилующая валунами северных горных пород, более крупными на северо-западных, более мелкими на южных и юго-восточных окраинах, и притом распределенными в них крайне неравномерно. Подстилается валунная глина нижними валунными песками, по большей части слоистыми, как полагают, представляющими вынос рек, выбегавших из-под наступающего ледника. Налегают на валунную глину также пески, но уже не слоистые, развитые островами; происхождение этих верхних валунных песков связывают обыкновенно со стаиванием отдельных ледяных полей, оставшихся после отступания ледника в конце ледниковой эпохи. В период наибольшего оледенения со Скандинавских гор ледники расходились во все стороны как бы лучами. На севере и северо-востоке через Финмаркен и Кольский полуостров они сползали в Северный Ледовитый океан, на востоке и юго-востоке, перейдя через Балтийское море, они далеко распространялись по русской равнине, на крайнем севере соединяясь с самостоятельными ледниками полярного Урала, а на юго-востоке, вдаваясь по бассейнам Волги и Днепра двумя языками, разделенными Среднерусской возвышенностью. На юге скандинавский ледяной покров распространялся до Гарца, Рудных гор и Судетов, преградивших его дальнейшее наступание. На юго-западе он переползал через мелководное Северное или Немецкое море и покрывал значительную часть Германии, Голландии и заходил даже в Англию, где он, сливаясь с ледяными потоками, спускавшимися с Шотландских гор, покрывал всю Англию к северу от реки Темзы. И другие, более южные горные возвышенности Европы служили в это время центрами образования ледников, спускавшихся по их склонам потоками, но не сливавшихся в сплошной ледяной покров. Следы таких ледников обнаружены в Пиренеях и Сьерра-Неваде, в Вогезах, Апеннинах, Карпатах и на Кавказе, а также и в наиболее возвышенных пунктах прилегающих частей Малой Азии. В местностях, не занятых ледниковым покровом, находят и другие образования ледниковой эпохи, как, например, речные террасы, сложенные из галечника и рыхлых песчаных и глинистых пород. В числе последних особым распространением пользуется нежный на ощупь, желтоватый суглинок, известный под именем лёсса (см.). Известны также торфяники, известковые туфы и др. породы. Все эти последние образования пользуются ограниченным местным распространением, но представляют интерес по содержащимся в них органическим остаткам, позволяющим составить представление о характере флоры и фауны ледниковой эпохи. Значительная часть Северной Америки, а именно вся площадь Канады и часть Североамериканских Соединенных Штатов к югу от Великих озер, до 36° северной широты, была, как и Европа, покрыта в ледниковую эпоху сплошным ледниковым покровом, южная граница которого до сих пор резко обозначается ясно выраженными конечными моренами, в виде ряда холмов или высоких валов, образованных ледниковым наносом. В Америке встречаются и отложения, соответствующие межледниковым образованьям Европы, но существование нескольких последовательных оледенений для Северной Америки, как и для русской равнины, до сих пор не доказано. К югу от конечных морен великого ледника громадные площади занимает в Америке лёсс и слоистые отложения рек и громадных пресноводных бассейнов. В противоположность этому, в Азии, в частности в Сибири, несмотря на околополярное положение этой последней, не встречено никаких следов сплошного ледникового покрова, хотя и там замечалось несколько большее развитие ледников горных стран: Алтая, Саян, Северного Урала и некоторых возвышенностей Восточной Сибири; значительные же полярные ледники найдены пока только на Ново-Сибирских островах. В большей части страны отлагались в это время лёссовидные суглинки и слоистые, речные и озерные, вообще материковые образования, богатые остатками мамонта, сибирского носорога, северного оленя и других крупных травоядных, трупы которых иногда сохранились в вечно мерзлой почве и ледяных слоях Сибири в таком виде до настоящего времени, как будто они только что погребены. Объясняют отсутствие ледникового покрова в Сибири сухим и континентальным климатом Азии, не благоприятствующим образованию ледников. Также и в южном полушарии замечалось в ледниковую эпоху большое развитие ледников альпийского типа, но ввиду отсутствия там крупных околополярных материков не могло образоваться сплошного ледникового покрова, как в Европе и Северной Америке. На имеющихся участках суши отлагались в это время по преимуществу материковые слоистые образования со своеобразной, ныне исчезнувшей фауной млекопитающих и птиц.
Таблица ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СИСТЕМА.
1. Карта распространения ледников в Европе (по Неймару).
2. Карта распространения ледников в Америке (по Неймару).
Флора и фауна Ч. периода. К началу Ч. периода флора и фауна достигли уже значительной степени дифференциации, мало отличаясь в этом отношении от современных условий расселения органического мира. В это время уже ясно обозначились зоо— и фитогеографические области, представлявшие значительные несходства по характеру населения. Европа в это время, в местностях, свободных от ледникового покрова, изобиловала крупными млекопитающими, как травоядными, так и хищными. Из первых привлекает внимание несколько видов слонов, частью начавших существование еще в третичный период и вымерших уже в доледниковую стадию ледниковой эпохи (Elephas antiquus, meridionalis), частью появившихся впервые в Ч. период и угасших в конце ледниковой эпохи, каковы Eleph. trogontherii и особенно мамонт (Eleph. primigenius), остатки которого в ледниковых образованиях России пользуются громадным распространением, а в Сибири сохранились в виде свежих трупов, подобных только что вывезенному с реки Березовки принадлежащему академии наук превосходному экземпляру. В таком же прекрасном сохранении встречаются там и останки сибирского носорога, подобно мамонту, покрытого длинной шерстью и приспособленного к суровым климатическим условиям мест обитания. В Европе жили в то время и другие виды носорога, ныне исчезнувшие. Из других крупных млекопитающих следует упомянуть эласмотерия, близкого по организации к носорогу, но обладавшего хоботом, и вымершего исполинского бегемота, обитавшего в южной Европе в доледниковый век. Из оленей в Ч. отложениях встречаются останки гигантского оленя (Cervus megacerus), концы рогов которого отстояли один от другого иногда на 4 м; вместе с ним жили и некоторые современные формы оленей: благородный олень, северный олень и косуля, также антилопы и серны.Из быков в это время обиловал тур (Bos primigenius), доживший до времен исторических, и зубр (Bos latifrons), существующий и по настоящее время в Беловежской пуще и на Кавказе. В степных местностях жили многочисленные грызуны, отчасти из Европы ныне вытесненные, каковы: бобр, сурок, тушканчики, суслики, а также многие ныне полярные формы, каковы: полярный заяц, пеструшка и лемминг. Из хищников наиболее поразительны огромный пещерный лев, пещерная гиена и пещерный медведь, далеко превосходивший размерами современных медведей. Известны также остатки наземных и морских моллюсков, причем среди последних многие формы принадлежат полярным видам. Разумеется, не все эти разнообразные формы организмов жили в Европе одновременно. Бегемот, южные слоны, пещерный лев обитали здесь только в доледниковый век и с наступанием ледника удалились к югу или вымерли, уступив место северным формам; в свою очередь, эти последние не раз покидали страну, уходя за отступавшим ледяным покровом, и сменялись обитателями лесов и степей умеренного пояса. Что касается растительности Ч. периода, то она не представляет каких-либо резко отличных от нынешних форм. Изучение ее важно с той стороны, что дает возможность объяснить происхождение и современное распределение европейских растений. Характер растительности Ч. периода строго подчинялся условиям климата. С наступанием ледников подвигались на юг полярные формы, с отступанием льда на север освободившиеся пространства зарастали формами умеренного пояса, смешивавшимися с полярными и постепенно их вытеснявшими. В Северной Америке органический мир ледниковой эпохи представляет и сходство, и существенные различия с европейским. Хотя здесь также встречались мамонт, зубр и пещерный лев, но преобладающим распространением пользуются местные формы: гигантский мастодонт, вымерший в Европе еще в третичное время, различные виды лошадей, пекари, еноты, тапиры и проч., а также изредка странные, чудовищные формы неполнозубых, характерные для южно-американских постплиоценовых отложений. В лёссе пампасов и костеносных пещерах Бразилии сохранились многочисленные скелеты этих животных, чуждых Старому Свету. Здесь встречаются остатки громадных ленивцев, мегатерия, милодона и мегалоникса, а также неуклюжий броненосец глитодонт, хламидотерий и др. Формы эти появились еще в конце третичного периода, но дожили и до Ч. Своеобразная фауна населяла в это время Австралию; как и теперь, в ней господствовали сумчатые и однопроходные, но некоторые из них достигали гигантских размеров. Таковы были дипротодонт, напоминающий носорога, нототерий и чудовищный тилаколео, долго причислявшийся к хищникам, что, однако, не подтвердилось. Наряду с этими формами млекопитающих, для Австралии, Новой Зеландии и Мадагаскара характерны исполинские бескрылые птицы, некоторые представители которых сохранились до настоящего времени, а другие вымерли в историческую эпоху. Выдаются по величине среди них эпиорнис и динорнис, достигавшие 4 м в высоту, яйца которых в 150 раз превосходили куриные величиной.
Климат и причины ледниковой эпохи. Характер отложений ледниковой эпохи и ее флора и фауна ясно свидетельствуют о более суровых климатических условиях этой эпохи по сравнению с современной, но наиболее характерную черту ее составляет обширное развитие ледников. Основываясь на значительном распространении этих последних, предполагали, что в ледниковую эпоху свирепствовали на Земле жесточайшие морозы, от которых значительная часть земного шара покрылась ледяной корой и органическая жизнь замерла на громадном пространстве. Для Европы теперь, однако, доказано со значительной степенью вероятности, что нет необходимости в значительном понижении температуры для объяснения характера ледниковой эпохи. Достаточно, чтобы снеговая линия опустилась на 1000 м, и ледники в сравнительно незначительный срок достигнут такого громадного развития, как в ледниковую эпоху. Вычислено, что для этого достаточно понижения средней годовой температуры Европы всего на 5° Ц., а если допустить несколько большее количество выпадавших в то время атмосферных осадков, то и того менее. Понижение температуры в ледниковой эпоху допускается всеми учеными, и давно уже делаются попытки выяснить причины этого явления, а тем самым и причины ледниковой эпохи. Одни из предложенных гипотез объясняют понижение температуры этого периода в Европе местными, земными причинами: существованием моря на месте нынешней Сахары, иным направлением Гольфстрима и проч. Но когда было доказано большее развитие ледников и, следовательно, понижение температуры на всей поверхности земного шара, пришлось искать каких-либо общих причин, могущих объяснить это явление. За последнее время и появился целый ряд астрономических гипотез, которые стремятся объяснить понижение температуры в ледниковую эпоху космическими причинами: ставят его в связь с перемещением полюсов, изменением наклона земной эклиптики и особенно эксцентриситетом земной орбиты; но не все наблюдаемые факты удовлетворительно объясняются этими гипотезами, а с другой стороны, не достает еще многих наблюдений, необходимых для того, чтобы подтвердить или опровергнуть этигипотезы.