07.05.2018

Климатические индикаторы карбонатных пород


Для геологов стало обычным неоспоримым правилом отождествлять карбонатные отложения прошлого с теплыми климатическими условиями. Например, ископаемые кораллы всегда представляли собой особенно заманчивые «климатические индикаторы». Однако, к сожалению, органические остатки, связанные с большинством докембрийских и палеозойских известняков, в действительности представлены водорослями и даже сами палеозойские кораллы таксономически весьма далеки от герматипных современных кораллов.

Поэтому легче всего просто игнорировать эти «индикаторы». Однако такой подход будет негативным и пораженческим. Лучше всего будет, если мы тщательно обобщим данные по каждому периоду и каждой таксономической группе начиная от наших дней и продвигаясь постепенно к все более древним периодам. Вплоть до настоящего момента большинство подобных работ были несистематическими, и поэтому желательно как-то координировать эти работы. В данном случае синтез имеющихся положений был бы наиболее приемлемым. В таких сложных проблемах часто возникает «сходимость доказательств», что может оказаться весьма полезным. Если физиков и химиков числовые неопределенности в аргументациях такого вида приводят в недоумение, то естественные науки с их неопределенностями во взаимно связанных открытых системах часто слишком сложны для простых «изящных» выводов. Если бы геологи в прошлом были слишком озабочены статистической точностью, то единое здание нашей науки никогда не было бы создано. К счастью, человеческий мозг способен сравнивать, сопоставлять и систематизировать отрывочные сведения, с которыми не справились бы даже самые усовершенствованные современные аналитические машины. Поэтому, несмотря на то что любой и каждый отдельно взятый систематизированный пункт доказательства может быть ничтожно слабым, сходимость доказательств может привести нас к вполне удовлетворительному выводу. Это не относится к недостаткам науки, поскольку при таком подходе выявляются тончайшие детали явлений и можно избежать того, чтобы рабочая гипотеза стала догмой.

Если вслед за Хьюттоном и Лайеллем мы принимаем настоящее как ключ к прошлому, то в качестве первого шага в выяснении распределения древних карбонатов следовало бы установить границы распространения современных различных карбонатных фаций. Однако при таком подходе допускается, что современная эпоха — геологически «нормальная», т. е. она была типична для длительных периодов геологической истории. Такое предположение меньше всего соответствует истине. В настоящее время Земля переживает голоценовую стадию, представляющую межледниковую стадию четвертичного периода в фазе убывания «ледниковой эпохи», которая весьма редко проявлялась в геологической истории. Современные средние температуры на 2—3° С ниже среднеголоценового максимума (около 6000 лет назад) и на 5—7° С выше последнего ледникового максимума. Поэтому климат на протяжении последнего миллиона лет характеризуется как исключительный и нетипичный по сравнению с климатами предшествовавших 200 млн. лет.

Каким же образом можно получить численный критерий для оценки геологически «нормального» климата? Очевидно, эта проблема трудно уловима, однако можно использовать ряд индикаторов, параметры которых хотя бы в течение самой поздней геологической истории, вероятно, не изменялись. В течение ранних периодов (например, в домезозойское время) почвенные образования редко сохранялись, хотя для позднетретичного и четвертичного времен мы имеем хорошо документированные примеры ископаемых почв. Например, в настоящее время латеритные и бокситовые почвы не всегда образуются за пределами 20° с. и ю. ш., тогда как третичные почвы этих типов простирались до 50° с. и ю. ш.

Ископаемые растения «живущих» родов (и даже видов) часто встречались в сходных климатических условиях древних периодов. Так как большинство животных более чувствительны к климатическим изменениям, чем растения, то длительное время вызывали удивление находки ископаемых млекопитающих характерных субтропических типов (Hippopotamus, Elephas, Rhinoceras и др.) в межледниковых и позднетретичных отложениях на 50° с. и ю. ш. Предполагают, что в Антарктиде вообще не было ледяного покрова до плиоцена или, возможно, до миоцена; не было льда и в Гренландии. Различными методами было установлено, что в раннетретичное время в средних широтах (40—50°) температура была на 10° С выше, чем в настоящее время. Точно так же среднеширотные климатические зоны третичного времени были гораздо шире современных, а главные границы зон находились тогда примерно на 3000 км ближе к полюсам. Такое распределение климатических зон нельзя было бы удовлетворительно объяснить ни континентальным дрифтом, ни расширением Земли, ни изменениями положения полюсов. Оно охватывало весь земной шар и определенно носило климатический характер.

Действительно, среднегодовая температура в третичное время в высоких средних широтах, например на северо-западном Тихоокеанском побережье Британской Колумбии, на побережье Аляски или в Японии, была лишь на несколько градусов выше, чем сейчас; однако смягчающие климат прибрежные течения и умеренность самого климата в таких приморских районах, вероятно, способствовали сохранению постоянной температуры, не зависящей от всемирных осцилляций. Этот факт не получил должного освещения в указанных работах.
В отношении тропического океана Эмилиани опубликовал превосходные данные по определению отношения 18О/16О в пелагических фораминиферах. Эти данные наводят на мысль, что в течение четвертичного периода средняя температура воды в океане изменялась в пределах 7° С (фиг. 1), а современная температура на 5° выше температуры ледниковой и примерно на 2° ниже температуры межледниковой стадии. Данные различных исследований (палинологические работы и др.) позволяют утверждать, что даже в течение голоцена (последние 10 000 лет) максимальная послеледниковая температура (в сравнении с межледниковой) в средних широтах была на 2,5—3° С выше, чем в настоящее время.

Эмилиани провел изучение изотопного состава кислорода крупных бентосных фораминифер в глубоководных частях океана. Эти данные показали, что температура глубоких придонных вод в среднетретичное время составляла по меньшей мере 8° С, тогда как сейчас почти повсюду она равна 1—2° С (табл. 1).
На графике широтного смещения температурных зон в период между ледниковыми и межледниковыми стадиями (фиг. 2) видно, что в экваториальной зоне колебание температуры минимальное (2—4° С), тогда как выше Северного Полярного круга это колебание достигает исключительно больших пределов (20—40°). На Южном полюсе сохранялись очень низкие температуры из-за наличия высокогорного ледяного покрова. Слабый перепад температур от экватора к полюсам в неледниковые периоды по существу контролировался механизмами выравнивания температур, которые в течение экстенсивных оледенений большей частью становились непродуктивными. В течение теплых эпох, обусловленных увеличением эффективной солнечной радиации в тропиках, усиливались испарение и облачность. Поэтому облачность частично задерживала солнечную радиацию и предотвращала чрезмерное увеличение температуры на земной поверхности. Пониженное испарение с поверхности океанов в течение холодных эпох приводило к осушению субтропических земель и широкому развитию пустынь. Поэтому развитие пустынь в низких и средних широтах связано обратной зависимостью с общей величиной солнечной радиации; парадоксально, что площади пустынь сокращаются в более жаркие периоды.
В течение ледниковых периодов в высоких широтах были развиты снежные покровы или плавающие льды. Следовательно, так как источники испарения отсутствовали, эти районы представляли собой аридные «белые пустыни». Однако в течение неледниковых или межледниковых периодов открытые воды испарялись нормально (хотя в значительно меньшей степени, чем в средних и низких широтах), а суша зарастала холоднолюбивой флорой. Эти представления противоречат остроумной гипотезе Симпсона — Юинга — Донна. Симпсон утверждает, что при любом повышении эффективной солнечной радиации, достигавшей Земли благодаря планетарным движениям или другим факторам, обычно возрастало испарение, а следовательно, и атмосферная влажность. В высоких широтах это было связано с выпадением снега, ростом ледников и поэтому ледниковая эпоха аномально связана с увеличением инсоляции. Юинг и Донн считают, что испарение вод Арктического океана прекращалось, как только они покрывались льдом, так что ледниковая эпоха могла продолжаться только до тех пор, пока арктические воды были достаточно теплыми, чтобы оставаться открытыми. В этих представлениях содержится несколько неточностей: промерзание Арктики не относится к делу, так как влага, питающая снеговые покровы Канады, Гренландии, Скандинавии и Центральной Азии, поступает в основном из теплых широт северной части Атлантического океана; Арктический океан всегда холодный и обычно не повышает влажность воздуха ни при каких других условиях. Основное положение Симпсона было ошибочным, как это было показано в результате гляциологических исследований Альманна и его учеников, так как ледники преимущественно тают в течение теплых и длинных летних сезонов и наращиваются в течение холодных и коротких летних сезонов, а снеговые осадки составляют довольно ничтожную часть общего ледяного покрова. Ледниковые и межледниковые условия очень хорошо совпадают с расчетами Миланковича по небесной механике и результирующим колебаниям солнечной радиации (фиг. 1). Определение абсолютного возраста по радиоактивному углероду 14C и изотопам урана дает точные представления о том, что раньше казалось просто привлекательной гипотезой. Небольшие случайные колебания солнечной радиации очень сильно влияют на Землю, в полярных областях которой возвышаются горы, но без таких «погребенных участков» они очень слабо влияют на нее в смысле роста снеговых покровов и континентальных ледников.

Подводя итог рассмотрению геологически «нормального» палеоклимата, можно сделать следующие обобщения: в средних широтах температура воды в океане и воздухе была выше на 10° С, в экваториальных широтах — на 3—5° С, а в полярных областях — на 20° С, чем в настоящее время; в условиях «нормального» климата не было крупных континентальных ледников. Природные воды океана были очень часто на 8—10° С теплее, чем сейчас.





Яндекс.Метрика