Хэллем Э. Интерпретация фаций и стратиграфическая последовательность

Подождите немного. Документ загружается.

КЛИМАТЫ ФАНЕРОЗОЯ

191

распространены на гондванских континентах и встречаются

в Азии; по большей части они приурочены к палеоширотам,

более высоким, чем 40°. Палеомагнитиые определения показы-

вают, что угли Европы и востока Северной Америки накапли-

вались в экваториальной зоне, и это согласуется с практическим

отсутствием годовых колец в ископаемой древесине. И наоборот,

в пермских гондванских угленосных отложениях, которые часто

залегают непосредственно на ледниковых, древесина имеет ясно

выраженные годовые кольца, что согласуется с формированием

в умеренных широтах [55], Поскольку в современной эквато-

риальной зоне образование торфа затруднено, мы вынуждены

предполагать, что накоплению углей в Европе и Северной Аме-

рике способствовало или очень большое количество осадков,

или сочетание плохого дренажа и необычно хороших условий

захоронения. Как и следовало ожидать в свете изложенного

выше, каменноугольные эвапориты менее обильны, чем девон-

ские или пермские. Практически все пермские эвапориты, вклю-

чая широко известные отложения Техаса, Нью-Мексико, Северо-

Западной Европы (цехштейн) и Урала, подобно современным

эвапоритам, развиты в низких широтах, не выше 40°. Ориенти-

ровка дюнной слоистости в эоловых песчаниках европейской

перми говорит о преобладании восточных ветров и указывает

на существование пояса пассатов, что согласуется с палеомаг-

нитными определениями, дающими 10—30° с. ш.

[165].

Нижнекаменноугольные волсортские постройки Бельгии и

Британских островов (не являющиеся настоящими рифами),

так же как верхнекаменноугольные рифы Техаса и Юты, при-

урочены к низким широтам. Пермские рифы тоже ограничены

узким экваториальным поясом (рис. 7.5). Уотерхаус и Бонэм-

Картср [499] проанализировали степень разнообразия пермских

брахиопод для определения пермского экватора, положение ко-

торого было спорно

[450].

Сочетая различные статистические

методы, они выделили семь брахиоподовых ассоциаций с раз-

личной степенью разнообразия. Как и следовало ожидать, наи-

меньшим многообразием отличались области -с ледниковыми

отложениями, а наибольшее разнообразие наблюдалось в райо-

нах развития ругоз, фузулинид и рихтгофенид, т. е. групп, по

общему мнению обитавших в тропических условиях. Располо-

жение пермских палеомагнитных полюсов хорошо согласуется

с этими фаунистическими данными и с общепринятой рекон-

струкцией Гондваны.

Некоторые выделяемые в карбоне и перми флористические

провинции с глоссоптерисовой и ангарской флорами располага-

лись в полярных и приполярных областях [56]. Крупнолистный

облик флоры Glossopteris нелегко согласовать с необходимостью

полугодового перерыва в росте.

192

МИМЛТЫ ФЛНЕРОЗОЯ

РИС.

7.5. Палеогеография и индикаторы климата в пермн ([141], с упроще-

ниями). / — рифы; 2—эвапориты; 3 — угли.

ТРИАС И ЮРА

Лейтмотив мезозойских климатов — их равномерность и рас-

пространение жарких условий далеко за их современные широт-

ные пределы. Отсутствие достоверных свидетельств ледниковых

отложений на полюсах заставляет предполагать, что полярных

ледяных шапок не было. Распределение эвапоритов в широтном

направлении указывает, что для большей части триаса и юры

был характерен засушливый климат. Как Мейерхофф

[323],

так и Гордон [168] на графиках распространенности эвапори-

тов в фанерозое главный пик показывают в триасе. Крайняя

засушливость была характерна для двух поясов между 5 и 40°

широты. Так как современные эвапориты образуются в зонах

между 15 и 35°, по-видимому, надо предполагать смещение зон

воздушной циркуляции к полюсам по крайней мере на 5°. Юр-

КЛИМАТЫ ФАПЕРОЗОЯ

J93

ские эвапориты не так широко распространены. Хотя они и

достигают широты 45° к северу и югу от экватора, преобладаю-

щая их часть концентрируется на более низких широтах. Они

были особенно распространены в поздней юре: верхнеюрские

эвапориты извсстнЛ па юге СССР, па Среднем Востоке, на за-

паде центральной части США и на западе Южной Америки.

В противоположность этому раннеюрскпе эвапориты в основном

ограничены солен осной формацией Арго на шотландском

шельфе. Если песчаники Навахо на Западе США действительно

имеют эоловое происхождение, то можно утверждать, что и

здесь была ранпеюрская пустыня, однако существуют некоторые

сомнения в такой интерпретации (см. гл. 2).

Вывод о переходе от аридного климата к гумидному на гра-

нице триаса и юры на западе Европы можно сделать, исходя

из осадков. Кейперская фация верхнего триаса состоит из гипсо-

соленосных красноцветов с характерным набором магнезиаль-

ных глинистых минералов, указывающих на условия повышен-

ной солености; при этом каолинит отсутствует

[246].

Обильный

каолинит, указывающий па выветривание в жарких и влажных

условиях, появляется в отложениях «рэтая- или терминального

триаса и сохраняется в юрских осадках [179, 504]. Кроме того,

рэтско-геттангские отложения, там, где они развиты в парали-

ческих и прибрежно-морских фациях, содержат угли, а в свя-

занных с ними песчаниках много фрагментов наземных расте-

ний.

Если формирование оолитовых железняков требует предва-

рительной концентрации железа на суше при латеритиом вывет-

ривании (см. гл. 5), то мы имеем еще одно указание на влаж-

ность климата, потому что па западе Европы железняки чаще

всего приурочены к нижней юре и нижним горизонтам средней

юры.

Распространение угленосных отложений ограничено главным

образом восточными частями Лавразии и Гондвапы, в то время

как эвапориты концентрировались в западных частях этих супер-

контипентов. Из этого вытекает существование аридного пояса

на западе и двух влажных поясов на востоке, на более высоких

широтах (рис. 7.6).

Робинсон

[384],

анализируя триасовые климаты и учитывая

современную роль Евразийской суши в создании муссонных

условий па юге, считал, что такую же роль могли играть Лав-

разия и Гондвана. В их восточных частях летние ветры в низ-

ких и умеренных широтах вызывали муссонные дожди, в то

время как на зиму, когда ветры дули от берега, приходился

сухой и жаркий сезон. В центральных и западных частях этих

суперконтинентов существовала тенденция к заметно менее

влажному климату, так как преобладающие восточные ветры

могли достичь их, только преодолев значительные расстояния

13 Заказ Ns 389

194

КЛИМАТЫ ФАНЕРОЗОЯ

РИС.

7.6. Палеогеография и индикаторы климата в ранней и средней горе.

£ — бокситы; С — угли, G — гипс или ангидрит, H — галнт, / — железняки.

Точечным крапом показана главная зона карбонатонакапления

[187].

над сушей. Если же ветры дули к экватору, To

не встречаясь

с горами, они не могли сразу освободиться от влаги. В восточ-

ных полуостровных частях суперконтинентов на средних и вы-

соких широтах формировались угли. Температура здесь была

умеренней, дожди в течение года выпадали равномерней и были

обусловлены западными и северо-восточными (в южном полу-

шарии юго-восточными) ветрами.

В поздней юре распространение угленосных отложений резко

сокращается; в значительной степени они ограничены неболь-

шими по площади районами Центральной и Восточной Азии.

Более широкое распространение эвапоритов как к югу, так и

к северу от океана Тетис в полосе от Молдавии до Узбекистана

также, скорее всего, указывает на увеличивающуюся в течение

юры аридность климата. Может быть показательным и то, что

как площадь распространения, так и объем оолитовых железня-

ков уменьшаются от нижней и средней юры к верхней.

Как уже указывалось, латериты и бокситы обычно считаются

хорошими индикаторами влажности климата, так как для их

формирования необходимо интенсивное химическое выветрива-

ние. Однако на юге Израиля в эвапоритсодержащих верхне-

КЛИМАТЫ ФАНЕРОЗОЯ

195

триасовых и нижнеюрских отложениях есть относящийся к ос-

нованию юры горизонт перемытых латеритов, включающий

иизолитовые конгломераты. Эти так называемые огнеупорные

глины (flint clays) образовались при химическом выветривании

в зоне аэрации; этому предшествовала регрессия с осушением

насыщенных солью илистых отмелей и формирование карстовой

поверхности

[167].

Болотные условия могли существовать ло-

кально, H

по-видимому, нет необходимости предполагать какое-

либо радикальное региональное увеличение влажности и вслед

за этим новую аридизацию. Другие ннжнеюрские бокситы, ко-

торые, по общему мнению, считаются связанными с интервалами

трансгрессий и с выветриванием в жарком и сезомновлажном

климате, распространены в зоне, протягивающейся из Югосла-

вии па Средний Восток и в Узбекистан.

Органические остатки определенно указывают на ровный

климат. Папоротники—-это особенно показательная группа, так

как их ныне жинушпе близкие роды не могут переносить моро-

зов.

Нанеся на карту распространение таких относительно кос-

мополитичных триасовых и юрских папоротников* как

Dictyo-

phyllum,

Барнард [21] показал, что климатические условия,

характерные для современной субтропической зоны, простира-

лась тогда до 60° к северу и югу от экватора. Данные по юрским

цикадофитам, приведенные Вахрамсевым

[475],

показывают,

что широтный температурный градиент в Евразии был сущест-

венно ниже современного, а зимние температуры в Сибири ни-

когда не опускались ниже пуля. Сезонность климата в этом

регионе устанавливается по годовым кольцам хвойных деревьев.

Для океана также установлен слабый широтный температур-

ный градиент. Может быть, наиболее ярко это проявляется

в том, что одни и те же эндемичные виды двустворок, например

из рода

Monotis

в норийском ярусе или

Weyta

в нижней юре,

встречаются на всем протяжении от Аляски до Чили. Есть много

других примеров распространения видов в столь же большом

диапазоне шпрот, и это резко контрастирует с современным

широтным распределением видов. Более того, верхнеюрские

рпфостроящие кораллы встречены па Сахалине вблизи палео-

широты 70°, а в Западной Европе — севернее палеошироты 50°.

Более северное их распространение в Восточной Азии, возможно,

связано с отклонением теплого тихоокеанского экваториального

течения под влиянием материка и силы Кориолпса. Главная же

зона коралловых рифовых известняков, как триасовых, так и

юрских, приурочена к океану Тетис и не распространяется за

пределы 35° с. ш. С тетическим низкоширотным поясом связаны

и другие группы, указывающие па тропические условия; прежде

всего это крупные толстостворчатые двустворки мегалодонтиды

позднего триаса и их юрские потомки — рудисты.

13*

196

КЛИМАТЫ ФЛНЕРОЗОЯ

Юрские белемниты — древнейшие из окаменелостей, по ко-

торым были сделаны изотопные палеотемпературные определе-

ния.

В дальнейшем по юрским окаменелостям, главным образом

по белемнитам, было сделано много определений, но, вообще

говоря, результаты первоначально были столь противоречивы,

неправдоподобны или явно ошибочны, что для палеоклимато-

логии они имели небольшую ценность. Качество анализа и вы-

бор подходящего материала за последние годы значительно

улучшились, но сохранились сомнения в том, может ли этот род

анализа расширить наши знания, полученные из других источ-

ников

[187],

МЕЛ

Как Гордон

[168],

так и Мейерхофф [323] указывают на

сокращение распространения эвапоритов от юры к мелу. В За-

падном В [!утреннем бассейне США переход от засушливого

климата к влажному ясно отражен в смене средне- и верхне-

юрских эвапоритов нпжнемеловыми угленосными толщами. Тем

не менее общин диапазон широтного распределения эвапоритов

остается значительным, и граница между эвапоритовыми и угле-

носными отложениями обычно проходит между 45 и 55°. Пу-

стыни вдоль западного побережья выявляются по эвапоритам

на западе Южной Америки, а нижнемеловые соленосные бас-

сейны восточной Бразилии и Анголы указывают на аридную

зону в том регионе, где впоследствии возникла Южная Атлан-

тика.

Широкое распространение бокситообразования в середине

мела па юге Европы можно было бы воспринять как указание

на влажный климат, но с теми же оговорками, как и для ба-

зальных юрских бокситов Израиля, о которых уже говорилось.

Возможно, лучшим доказательством изменения условий от арид-

ных к гумидным на границе юры и мела в обширном регионе,

включающем Западную и Южную Европу, является смена кар-

бонатного и эвапоритсодержащего «пурбека» на грубообломоч-

ные терр

генные паралические или аллювиально-дельтовые

«вельдские» фации, местами содержащие маломощные пласты

углей. Наряду с данными по Западному Внутреннему бассейну

США эти факты, по-видимому, противоречат утверждению

Фрейкса [141 ] о продолжении позднеюрской глобальной тен-

денции к аридизации в мелу. Возможно, однако, что мы имеем

дело с региональным исключением, связанным с возникнове-

нием в поздней юре постепенно расширявшегося океана между

Северной Америкой, с одной стороны, и Африкой и Южной Аме-

рикой, с другой, и с образованием постоянной морской связи

западной части океана Тетис с Тихим океаном.

7. КЛИМАТЫ ФАНЕРОЗОЯ

197

РИС. 7.7. Перемещение границы между Индо-Европейской н Сибирской па-

леоботаническими провинциями в Евразии. Положение границы: 1 — ранняя

юра; 2— средняя юра; 3—поздняя юра; ранний мел; 5 — конец раннего

мела (апт-альб) ([475]. с упрощениями).

Рифовые известняки с обильными, часто гигантскими рудис-

тами развиты в Мексике, в Карибском регионе, в Южной Ев-

ропе и на Среднем Востоке; следовательно, можно считать, что

через эти регионы проходил тропический пояс.

Наземная флора также указывает на теплые и равномерные

климатические условия, как и в раннем мезозое, существовав-

шие до 60° северной и южной широт, хотя более высокоширот-

ные флоры, найденные па Аляске, должны были выдерживать

условия полярной ночи [21]. Особенно интересное исследование

евразийских флористических провинций было проведено Вахра-

месвым

[475].

Устанавливая смещение к северу границы между

Индо-Европейской и Сибирской провинциями, оп доказывает

постепенное глобальное потепление с ранней юры до середины

мела (рис. 7.7).

Красилов

[281],

изучая восточно-азиатские позднемеловые

флоры, установил, что в кампане был температурный оптимум,

и коньяке и Маастрихте — более холодные интервалы, а при

переходе от мела к третичному периоду — ухудшение климата

минимумом в позднем дании. Этот вывод основан на выясне-

198

7. КЛИМАТЫ ФЛНЕРОЗОЯ

нии процентного содержания покрытосеменных с цельиокрай-

ними листьями, платаноидных листьев и таких элементов, как

Gingkoites,

которые типичны для умеренных климатических

условий. Красплов ссылается также на указания о сходных из-

менениях, происходивших на Аляске и в Канаде.

Изотопные температуры, полученные главным образом по

рострам белемнитов, суммированы Стивенсом

[451].

Результаты

разных исследователей во многом различаются, что не удиви-

тельно, если учесть упомянутые ранее постседиментационные

нарушения первичного отношения

|б

О, но существует общее

мнение, что кампан и Маастрихт были временем похолодания.

Климатический оптимум в середине мела по 6

O подтвержда-

ется не столь четко и главным образом данными по территории

СССР.

Интересно сравнить эти результаты с данными определения

изотопных палеотемператур по бентосным и планктонным фора-

миниферам из скважин северо-западной части Тихого океана,

которые должны быть более надежными. Дуглас и Савин [107]

пришли к выводу о начавшемся в валанжине легком потепле-

нии,

оптимуме в альбе и последующем похолодании, особенно

заметном в кампане и Маастрихте и продолжавшемся в палео-

цене. Вертикальный температурный градиент не достигал и по-

ловины современного. Температура донных вод океанов вовремя

альбекого максимума поднималась приблизительно до 17 °С и

понизилась в конце мела примерно до 10 °С; соответствующие

цифры для поверхностных вод — 28 и 19 °С. Подобный же ана-

лиз по фораминиферам из глубоководных скважин Южной Ат-

лантики и Индийского океана показывает заметное похолодание

в позднем Маастрихте

[394].

В целом мел, за исключением его конца, был периодом,

когда тропический и субтропический климаты распространялись

по крайней мере до широт 45° от экватора, а умеренные (от

теплого до холодного) климаты достигали полюсов. Среднего-

довые температуры были на 10—15° выше, а широтный темпе-

ратурный градиент примерно вдвое меньше, чем сейчас

[141],

Существует общее мнение, что Маастрихт был временем похо-

лодания, и выделенная Красиловым теплая фаза в кампане

кажется аномальной и требует дальнейших исследований.

ТРЕТИЧНЫЙ ПЕРИОД

С началом третичного периода закладываются главные

черты современной географии, а организмы приобретают явное

сходство с теми, с которыми мы непосредственно знакомы. По-

этому палеоклиматическая интерпретация в значительной сте-

пени облегчается, и перед нами раскрывается замечательная

7 КЛИМАТЫ ФАННРОЗОЯ

199

история постепенного ухудшения климата и начала обширного

оледенения после 200 млн. лет равномерных климатических

условий. Основные черты этой истории долго выявлялись тради-

ционными методами, включающими сравнение найденных на

континентах третичных флор и фаун с ныне живущими род-

ственными организмами, по в последние годы интенсивное глу-

боководное бурение принесло огромную новую информацию,

которая привела к существенному уточнению наших предста-

влений.

Уместно сначала рассмотреть данные, полученные при изуче-

нии пород, развитых на континентах, и органических остатков,

содержащихся в этих породах.

Распространение эвалоритов в палеогене было относительно

ограниченным, а пустыни существовали только на отдельных

участках западного побережья Южной Америки. Широкое рас-

пространение лигнитов, латеритов и бокситов согласуется с пре-

обладанием гумидного климата. Рассмотрим обстановку в За-

падной Европе, где есть все эти отложения.

Палеогеновые лигпиты широко развиты в Северо-Западной

Европе, а латериты, озерные известняки и битуминозные

сланцы, иногда с обильной фауной насекомых, распространены

от северной части Ирландии до южной Франции. В то же время

в верхнем эоцене Парижского бассейна есть широко известные

эвапориты — гипсы Монмартр, а галит и калийные соли (силь-

вин) развиты в олигоцене Рейнского грабена в Эльзасе. Однако

эти эвапориты не могут указывать на всеобщую засушливость

как из-за существования уже указанных других типов отложе-

ний,

так и потому, что в эльзасских калийных солях содержатся

прослои глин с богатой фауной насекомых, характерной для

умеренно жарких, но не пустынных условий

[160].

Есть и па-

леоботанические индикаторы высокой влажности (см. ниже).

С другой стороны, как показали работы по Проекту глубоковод-

ного бурения в Красном и Средиземном морях, особенно в их

глубоководных бассейнах, есть мощные миоценовые эвапориты.

Эти отложения, которые будут рассмотрены в следующей главе,

действительно должны быть связаны с жаркими и засушливыми

условиями.

Однако

лейтмотивом

третичного времени являлось пониже-

ние температуры, которое отражалось как на неритических бес-

позвоночных, так и на наземных растениях. В Европе палео-

ценовые и эоценовые фораминиферы, моллюски и другие группы

указывают на тропические и субтропические условия, распро-

странявшиеся до 50° с. ш. Дарэм [117] выявил тенденцию к по-

холоданию от эоцена до настоящего времени по наблюдающе-

муся на западном побережье Северной Америки постепенному

смещению к югу провинций моллюсков, характерных для «тро-

200

КЛИМАТЫ ФАНЕР030Я

пических» условий с температурой воды на поверхности, превы-

шающей 20 °С, которые в эоцене распространялись до 45° с. ш.

Картина становится полнее при изучении более чувствитель-

ных к климату наземных растений. Климатическая интерпрета-

ция флоры из нижнеэоценовых лондонских глин Южной Англии»

ставшая классической благодаря монографии Рейда и Чандлера

[376],

основана главным образом на изучении плодов и семян.

Дэли [92] оспаривает использованное этими авторами сравне-

ние с тропическими дождевыми лесами Индонезийско-Малай-

зийского региона, указывая, что необходимый для этого климат

был невозможен на широте 40°, которая устанавливается палео-

магнитным методом. По мнению Дэли, на этой широте должны

были существовать заметные сезонные вариации климата.

Предположение Рида и Чандлера о том, что нетропические

растения, составляющие 11 % сообщества, произрастали на воз-

вышенностях того времени, ошибочно, так как нет палеогеогра-

фических доказательств существования таких возвышенностей.

Столь же маловероятно, что они являются реликтами более хо-

лодного палеоценового климата. Дэли считает, что отсутствие

морозов позволяло тропическим растениям продвигаться на се-

вер.

Большое количество атмосферных осадков, связанное с по-

степенным прогреванием поверхностных слоев океана, также

способствовало этому продвижению. Вдали от рек и озер могли

существовать растения, характерные для более умеренного

климата.

В Северной Америке весьма информативные результаты

были получены при изучении ископаемых листьев

[510].

Между

типом листового края и климатом существует прекрасная кор-

реляция, причем процент видов с цельнокрайними листьями,

т. е. листьями, лишенными выступов и зубцов, систематически

увеличивается с ростом температуры (рис. 7.8). В районах с вы-

сокой среднегодовой температурой и большим количеством

осадков среди листьев преобладают цельнокрайние, вечнозеле-

ные, крупные, с кожистой текстурой; среди них много листьев

с «капельницами» ("drip tips"), и наблюдается тенденция

к пальчатому жилкованию. Среднегодовую амплитуду темпера-

тур определить значительно сложнее, чем среднегодовую темпе-

ратуру, но в некоторых случаях это может быть сделано доста-

точно точно, например исходя из соотношения микрофильных и

потофильных листьев.

Вольф [510] применил все эти разнообразные критерии для

реконструкции третичных колебаний климата в северном полу-

шарии; наиболее представительные для такого анализа данные

получены в северо-западной части США (рис. 7.9). В палеоцене

и эоцене северная граница тропических дождевых лесов и изо-

терма

проходили здесь на 20—30° ближе к полюсу, чем