Палеоклиматология

Палеоклиматология (далее П) (от палео... и климатология), наука о климатах прошлого и климатической истории Земли. Древние климаты реконструируются по различным косвенным признакам — вещественному составу и текстурным особенностям осадочных горных пород, по ископаемым остаткам организмов и др. Восстанавливая климаты прошлого, П является важной частью палеогеографии; она тесно связана со стратиграфией и палеонтологией, геоморфологией и учением о полезных ископаемых. Анализ и обобщение сведений, полученных по геологическим данным, проводятся на основе теоретических положений климатологии, метеорологии, географии, геофизики и астрономии.

Первые попытки палеоклиматического толкования ископаемых органических остатков принадлежат английскому физику и математику Р. Гуку, установившему в 1686, что когда-то на Земле климат был более теплым, и объяснившему этот факт изменением положения земной оси. Толчком к развитию П послужило открытие и исследование в Европе следов четвертичного оледенения, которые стали главными объектами изучения П Однако научная П ведет начало лишь с 80-х гг. 19 в., когда в качестве показателей древних климатов начали использовать наряду с палеонтологическими данными литологические, которые в значительной степени зависят от климатических факторов и служат весьма ценными климатическими индикаторами: соль (аридный климат), бокситы и бобовая руда (чередование влажного и сухого теплого климата), торф и каменный каолин (влажный климат), известняк (теплый климат), ледниковые морены (холодный климат). Появляются монографии по истории древних климатов (французский ученый Э. Даке, 1915; немецкие — В. Кеппен и А. Вегенер, 1924; американский — К. Брукс, 1926; немецкий — М. Шварцбах, 1950), в которых развитие климата ставилось в зависимость от какого-либо одного фактора. Так, Брукс объяснял изменение климата палеогеографическими условиями, Кеппен и Вегенер — перемещением полюсов и дрейфом материков и т.п.

Методы палеоклиматологии. Почти все методы П опираются на изучение различных признаков климата (литологический, палеонтологический и др.) и в зависимости от последних применяются те, которые используются той или иной наукой. В середине 20 в. широкое распространение получили различные геохимические и геофизические методы. Оценка температуры вод древних морских бассейнов осуществляется с помощью количественных соотношений изотопов ¹⁸ и ¹⁶ в раковин ископаемых беспозвоночных (белемнитов, пелеципод), а также соотношений : и : в карбонатных осадках и скелетах ископаемых организмов. Существенное значение также приобрел палеомагнитный метод (см. Палеомагнетизм), позволяющий вычислить положение древних широт с использованием остаточной намагниченности некоторых вулканических и осадочных пород, содержащих ферромагнитные минералы (магнетит, гематит, приобретенной под влиянием поля Земли, существовавшего во время формирования этих пород.

Показатели древних климатов. Среди геологических индикаторов древнего климата выделяются три основные группы: литологические, палеоботанические и палеозоологические.

Литологические показатели распространены почти повсеместно; они отражают климатические условия прошлого через характер и интенсивность процесса выветривания, степень осадочной дифференциации и масштабы аутигенного минералообразования. В климатах жарких и влажных выветривание исходных пород протекало интенсивно, круглогодично и выражалось преимущественно в изменениях их минерального вещества. Для этих климатов характерны литогенетические (климатические) формации осадков (см. Формации в геологии), крайне пестрые по составу, обладающие предельно выраженной осадочной дифференциацией, содержащие много минеральных новообразований (чистые кварцевые пески, каолиновые глины, породы, известняки, осадки и др.). В умеренном климате, где процессы выветривания были ослаблены и протекали сезонно, формировались осадки, сложенные в основном кварцево-полевошпатовыми и граувакковыми песчаниками при малом участии гидрослюдистых и монтмориллонитовых глин; они отличаются наименьшей зрелостью выветривания и минимальной степенью осадочной дифференциации его продуктов. Карбонатные осадки здесь полностью отсутствуют, масштабы аутигенного минералообразования незначительны. Для территории с аридным климатом, в прошлом целиком располагавшейся в тропическом поясе, характерны формации: карбонатных красноцветов (в континентальных бассейнах седиментации), карбонатно-сульфатная (зоны морского мелководья и лагун) и экстракарбонатная (в условиях открытого моря). Показателями аридного климата являются обильная карбонатоносность и соленосность осадков и широкое распространение в них малогидратированных и совершенно безводных соединений (гематит, ангидрит, бемит).

Палеоботанические показатели — ископаемые остатки растений, отражающие влияние климата, времени и места своего произрастания в родовом и видовом составе, экологических особенностях, в жизненных формах и их морфологии, а также в дифференциации древней растительности на зональные и провинциальные типы. Например, жарко-влажный климат реконструируется по формации тропических лесов, жарко-сухой климат — по распространению формации саванн и ксерофильного редколесья, индикатором умеренного климата служит формация листопадных лесов. Палеоботаническими индикаторами являются также отпечатки годичных колец древесных растений, изучением которых занимается дендроклиматология.

Палеозоологические показатели — ископаемые остатки древних организмов, которые отражают климат времени своего существования в составе сообществ и в ареалах их обитания. Морская фауна начиная с каменноугольного периода была дифференцирована на биогеографические пояса: тропический и бореальный с широкой переходной зоной между ними; в этих поясах нашел отражение слабо дифференцированный температурный режим прошлого. Периодические изменения структуры и положение границ биогеографических поясов свидетельствуют об исторических изменениях климата. Наземные позвоночные появились в девоне; последовавшие затем обновления родового состава экологических типов по времени совпадали со сменами аридных и гумидных климатов Земли. У позвоночных палеозоя и мезозоя уровень приспособлений к окружающей среде был ниже, а отсюда и их меньшее экологическое разнообразие. Млекопитающие кайнозоя обладали широким диапазоном климатической выносливости и соответственно большим разнообразием условий обитания; среди них устанавливаются фаунистические комплексы тропических лесов и саванн, листопадных лесов и степей умеренного климата.

Наиболее надежные результаты дают реконструкции, основанные на комплексном использовании всех групп индикаторов древнего климата — комплексном методе. Последний сопровождается составлением карт природной зональности соответствующего времени и позволяет давать не только качественные характеристики климатов прошлого (жаркий и влажный, жаркий и сухой и т.д.), но и грубые количественные оценки его основных элементов (температуры, атмосферных осадков) по отдельным природным зонам. Заключения о характере климатов прошлого основываются на сравнении климатических типов выветривания и осадконакопления, экологических и термических типов флоры и фауны с их современными аналогами, климатические условия существования которых хорошо известны.

Эволюция древних климатов. Древние климаты известны лишь в общих чертах и только начиная с палеозоя. Относительно климатов более раннего времени, в особенности архейского, четких представлений нет, поскольку проявлялись они в условиях более плотной атмосферы, содержавшей много паров воды, ₂, ₃₄, лишенной и при почти полном отсутствии суши. Климат раннего и среднего палеозоя был изотермичным. Широтная зональность с тропическими и бореальными (южными и северными) областями наметилась лишь во 2-й половине каменноугольного периода. В позднем палеозое, мезозое и палеогене климат оставался слабо дифференцированным; разница зимних температур высоких и низких широт не превышала 12—14° С. Изменения климата вплоть до конца палеогена были связаны главным образом с колебаниями влажности и проявлялись в чередовании аридных и гумидных фаз. Глобальные аридные фазы приходятся на ранний кембрий, поздний ордовик, конец силура — первую половину девона, позднюю пермь и значительную часть триаса, позднюю юру — ранний мел, конец мела — первую половину палеогена, средний миоцен. Крупнейшими гумидными фазами были раннесилурийская, раннекаменноугольная, раннеюрская и позднеолигоценовая.

Атмосфера Земли с каждой геологической эпохой изменяла свой состав — уменьшалось содержание паров воды и СО₂, повышалась относительная роль В связи с этим уменьшался ее "тепличный эффект", усиливались термические контрасты между полюсами и экватором, что способствовало развитию межширотной циркуляции атмосферы.

Со второй половины олигоцена наступает значительное похолодание, охватившее высокие широты обоих полушарий и сильнее всего проявившееся в приполярных областях, где складываются вначале умеренный, а затем и арктический типы климатов. С течением времени усиливались континентальность и сезонность климата, сокращалось общее количество атмосферных осадков и все более пестрым становилось их распространение. В антропогене похолодание усиливается. Неоднократные колебания температуры и влажности привели к чередованию ледниковых и межледниковых эпох в высоких широтах и плювиальных и ксеротермических климатов в низких широтах (см. Антропогеновая система (период)).

Причины изменений древних климатов Земли обусловлены множеством самых разнообразных факторов. Группа астрономических гипотез связывает изменения климата с колебаниями количества и состава солнечной радиации, с изменениями элементов земной орбиты. Группа геолого-географических гипотез признает в качестве основных следующие причины: непостоянный состав атмосферы (облачности, содержания углекислоты, наличия вулканического пепла), различный характер поверхности Земли (распределение суши и моря; высота суши над уровнем моря; горы) и солености океана, а также перемещение полюсов и континентальный дрейф. Современные геологические данные показывают, что ни одна из многочисленных гипотез не может до конца выяснить причины изменения климатов прошлого.

Значение П состоит в том, что, изучая историю климатического развития Земли, она расширяет представления о протекавших в прошлом процессах выветривания и осадконакопления и об образовании связанных с ними месторождений полезных ископаемых, показывает условия существования растительности и животного мира в минувшие геологические эпохи, позволяет прогнозировать изменения климата в будущем.

Лит.: Брукс К., Климаты прошлого, пер. с англ., М., 1952; Синицын В. М., Древние климаты Евразии, ч. 1—3, Л., 1965—70; его же, Введение в палеоклиматологию, Л., 1967; Страхов Н. М., Типы литогенеза и их эволюция в истории Земли, М., 1963; Проблемы палеоклиматологии, пер. с англ., М., 1968; Schwarzbach М., Das Klima der Vorzeit, 2 Aufl., Stuttg., 1961: Bowen R., Paleotemperature analysis, Amst.— L.— . ., 1966.

В. М. Синицын.

		Новости 23.12.2024 02:23:28

	Copyright © 1999-2024 Oval.ru, All Rights Reserved.