Хэллем Э. Интерпретация фаций и стратиграфическая последовательность

Подождите немного. Документ загружается.

7. КЛИМ

МЫ

ФАИЕРОЗОЯ

201

"As,

100 80 0

40 20

Число видов

цельнокройными

листьями,

РИС

7.8.

Корреляция среднегодовой температуры

количества деревьев

с цельнокрайними листьями

современных лесах влажной

умеренно влаж-

ной зоны

на

востоке Азии

[510].

IQDr-

от

7/7

•а

fsc

го

3D^

с:

го

Ч/О

ч^

50 ±0 30 20 W

Палеоцен Эоцен

Олигоцен Миоцен

flnuo

цен

Палеоген

Неоген

РИС.

7.9.

Третичное понижение температуры, определенное

по

ископаемым

наземным растениям

на

северо-западе

США

([51O]

упрощениями).

202

КЛИМАТЫ ФАНЕРОЗОЯ

в настоящее время. При этом, согласно общему мнению, запад-

ная часть Северной Америки в третичное время смещалась

к югу, так что, вероятно, здесь проходили палеошироты выше

современных. В олигоцене и неогене в средних и умеренно вы-

соких широтах северного полушария вечнозеленые широколист-

венные леса сменились широколиственными лесами умеренной

зоны.

На границе эоцена и олигоцена произошло резкое пони-

жение среднегодовой температуры, достигавшее на Аляске и

в штате Вашингтон 12—13

C Среднегодовая амплитуда тем-

ператур увеличилась от 3—5

C в середине эоцена до 21—25

в олигоцене. В неогене как в Европе, так и на северо-западном

побережье Америки широколиственные листопадные леса сме-

нились хвойными лесами в соответствии с уменьшением как

среднегодовых температур, так и среднегодовых температурных

колебаний.

Увеличение широтного температурного градиента должно

было вызвать активизацию субтропических зон высокого давле-

ния,

что в свою очередь должно было обусловить усиление лет-

ней засухи на западных побережьях. Все это находит полное

отражение в развитии растительности на западе Северной Аме-

рики [58],

В южном пол у

арии наиболее изучена в

а леокл им этиче-

ском отношении Австрало-Азиатская область. Палинологиче-

ский анализ, проведенный Кемпом

[261],

показал, что в эоцене

Австралия была покрыта дождевым лесом, состоящим из смеси

«тропических» и умеренно холодолюбивых растений. Комплекс

отложений здесь сравним с комплексом лондонских глин и,

вероятно, связан с сезонными колебаниями климата в высоких

широтах. Разнообразие папоротников, типы деревьев и развитие

эпифитных грибов неопровержимо доказывают высокую влаж-

ность.

Прибрежная растительность существовала даже в Ан-

тарктиде, так что ледники того времени могли быть только гор-

ными.

В Австралии дождевые леса сохранились до миоцена.

Изучение южноавстралийских и новозеландских фаун мелко-

водных беспозвоночных выявляет климатический оптимум

в олигоцене и раннем миоцене — явление, аномальное по срав-

нению с остальным миром [134, 161]. Это подтверждается,

по-видимому, и кислородно-изотопным анализом ископаемых

раковин

[104].

Такая аномалия может быть следствием пере-

мещения Австралии и, возможно, Новой Зеландии к северу

после отделен пя от Антарктиды в эоцене.

Наши знания о третичной истории климата расширились

в результате глубоководного бурения. Это произошло благодаря

изучению осадков, содержащихся в них ископаемых организмов

и кислородно-изотопному анализу карбонатных раковин фора-

минифер.

7. КЛИМАТЫ ФЛПЕРОЗОЯ

203

Яомера

шсжич ?№г?8

ЩА.взг:

ss$ №Ы8 з?5 тль

РИС.

7.10. Распределение во времени и пространстве диатомовых осадков и

принесенных льдом обломков в Южном океане

(268].

/ — диатомовые осадки;

2— положение наиболее ранних из принесенных льдом обломков в скважи-

нах рейсов 28, 29, 35 Проекта глубоководного бурения.

Обзор стратиграфической летописи, отражающей эту исто-

рию,

был дан Кеннетом

[268].

Первое появление осадков, свя-

занных с ледовым разносом, связано с началом обширного оле-

денения на уровне моря и формирования айсбергов. К ним

относятся рассеянные крупные обломки в тонкозернистых осад-

ках и нетурбидитные пески, содержащие кварцевые зерна

с характерной поверхностью, выявляющейся при помощи ска-

нирующего электронного микроскопа. Последовательное про-

движение этих осадков в южном океане к более низким широ-

там указывает на соответствующий рост антарктического льда

в третичное время {рис. 7.10).

Изучение пространственного распределения кремнистых и

известковых илов также дает ценную информацию, В современ-

ном океане положение антарктической зоны конвергенции, соот-

ветствующее полярному фронту, точно совпадает с границей

распространения кремнистых и известковых илов. Кремнистые

илы примерно соответствуют поверхностным водам с темпера-

турными показателями современной антарктической водной

массы. Диатомовые осадки первоначально, в раннем олигоцене,

отлагались непосредственно вблизи Антарктиды, а в течение

неогена постепенно распространялись на север. Наметившееся

примерно в среднем—позднем плиоцене значительное увеличе-

ние скорости накопления кремнистых илов, связанное с увели-

204

КЛИМАТЫ ФАНЕРОЗОЯ

чением биологической продуктивности, вероятно, указывает на

активизацию апвеллинга в зоне антарктической конвергенции

в связи с усилением оледенения.

Хак и др. [199] сопоставили изменения в палеобиогеографии

известкового нанопланктона и планктонных фораминифер с тем-

пературными флюктуациямн в Атлантике. С использованием

факторного анализа ими были выделены высоко-, средне- и низ-

коширотные ассоциации, и миграция этих ассоциаций рассмат-

ривалась как отражение изменений климата. В самом раннем

палеоцене не было выявлено никаких шпротных провинций.

Затем устанавливаются четыре эпизода заметного похолодания:

в середине палеоцена, в середине эоцена, в самом начале оли-

гоцена и в его середине. Заметное потепление происходило

в позднем палеоцене — раннем эоцене и выраженное слабее —

в позднем олигоцене.

Изучение силикофлагеллат подтвердило полученные ранее

данные по радиоляриям, выявившие теплую раннеплиоценовую

фазу в антарктических морях, когда вода на поверхности была

на 10

C теплее современной. При наступившем затем похоло-

дании Антарктический ледяной щит мог достичь современных

размеров примерно 3,8 млн. лет назад [61].

Наиболее поразительный результат определения палеотемпе-

ратур по изотопному составу карбоната раковин субантарктиче-

ских планктонных фораминифер — выявление резкого падения

примерно на 5

C температуры поверхностных вод на границе

эоцена и олигоцена или вблизи нее вслед за более плавным

понижением температуры в эоцене [425] (рис. 7.11). Это резко

выраженное изменение связано с образованием холодных при-

донных антарктических вод, которые, имея температуру ниже

10 °С, сформировали так называемую

психросферу.

После лег-

кого раннемиоценового потепления в середине миоцена произо-

шло дальнейшее резкое похолодание, отразившееся во внезап-

ном увеличении содержания в воде тяжелого изотопа кислорода.

По мнению Шеклтона и Кеннета

[425],

это обусловлено нача-

лом образования антарктической ледниковой шапки, так что

с середины миоцена точное определение палеотемпературы ста-

новится невозможным.

Савин и др. [397] привели данные определения

как

в планктонных, так и в бентосных фораминиферах из скважин

и колонок северной части Тихого океана. Согласно построенной

ими кривой, температура поверхностных вод, находившаяся

в палеогене на тропическом уровне, в позднем эоцене (а не на

границе эоцена и олигоцена) испытала резкое падение. Наибо-

лее важная особенность этой кривой состоит в том, что в сере-

дине миоцена произошло резкое повышение температуры до

раннепалеогеиового уровня, так что образование антарктиче-

КЛИМАТЫ ФЛНЕРОЗОЯ

205

Время, млн. лет

W JO 20

Шивцен-

i t t

мейст цен

РИС.

7.11. Сглаженные кривые кайнозойских температур для различных ча

стен Мирового океана, основанные на изотопном анализе кислорода в фора

миниферах [425, 397] и моллюсках [47].

ской ледниковой шапки, очевидно, не оказало влияния на тем-

пературу поверхностных вод. Вместе с тем температура донных

вод,

согласно кривой Савина и др., резко падает как в позднем

эоцене, так и в середине миоцена, что свидетельствует о про-

движении к северу холодных антарктических донных вод

(рис.

7,11),

Изучение планктонных фораминифер из

другой

тихоокеан-

ской колонки показывает, что колебания типа ледниковье—меж-

206

7 КЛИМАТЫ ФАНЕРОЗОЯ

лсдниковье характерны для климата последних 3,2 млн. лет,

а перед этим был период стабильного «интергляцпалыюго» или

«прегляциального» климата

[426].

Этот рубеж принимается за

начало оледенения в северном полушарии.

Результаты, полученные в океане, ставят вопрос, можно ли,

используя аналогичную методику, проводить

а леокл им этиче-

ские реконструкции для отложений, накопившихся в эппконти-

нентальных морях. Бухард [47] определил

O в раковинах

бентосных моллюсков из третичных отложений, развитых на

берегах современного Северного моря. На его изотопно-темпе-

ратурной кривой хорошо выражено падение температуры в ран-

нем олигоцене и подъем в середине миоцена, но, кроме того,

проявляются среднеэоценовый оптимум и холодная фаза

в середине палеоцена, не регистрируемые океаническими дан-

ными.

Интересно сравнить изотопные данные с результатами более

традиционных, палеонтологических методов. Данные Вольфа

[510] по флорам Северной Америки также ясно показывают

внезапное и резкое понижение температуры вблизи границы

эоцена и олигоцена (рис. 7.9). Хак п др,

[199],

так же как н

Бухард [47], фиксируют заметное похолодание в среднем па-

леоцене, за которым следовало отчетливое потепление в позд-

нем палеоцене и раннем эоцене. Их мнения об эпизоде похоло-

дания в самом раннем олигоцене также совпадают, но средне-

эоценовой фазы похолодания Бухард не обнаруживает.

Раннеплиоценовая фаза потепления, выявленная Цезель-

ским и Вивером [61] в антарктических морях, на кривой Бу-

харда, возможно, выражается небольшим пиком, но выше уже

говорилось, что после середины миоцена точное определение

температуры воды становится проблемой.

Противоречия между различными изотопными и палеонтоло-

гическими данными указывают на сложную систему изменяю-

щихся температур воды и воздуха, в которой нет простых гло-

бальных связей, и дальнейшая работа, безусловно, требует от-

деления «сигнала» от «шума». Наиболее явный парадокс,

связанный с изотопными данными, состоит в том, что образова-

ние антарктической ледниковой шапки в середине мпоцепа сов-

падает с фазой потепления в Северном море и в низкоширотных

поверхностных водах Тихого океана. По крайней мере в одном

пункте имеется общее согласие, и это подтверждается изучением

субантарктических глубоководных осадков; до возникновения

полярных ледниковых шапок главная фаза похолодания с раз-

витием психросферы была приурочена к эоцен-олигоцеповой

границе. Ее можно считать концом очень долгого интервала

мягкого климата.

КЛИМАТЫ ФАНЕРОЗОЯ

207

ЧЕТВЕРТИЧНЫЙ ПЕРИОД

Здесь не место исчерпывающему обзору климатических коле-

баний того периода, в котором мы живем и когда интересы

геологов переплетаются с интересами географов, гляциологов,

археологов, антропологов и. конечно, широкой публики, потому

что все мы обеспокоены нашим будущим. В нашем столетни со-

брана огромная информация, и целые трактаты посвящены

исключительно этой теме. Я могу лишь попытаться обрисовать

наиболее увлекательные достижения последних лет и указать

на ряд современных методов исследования.

Точность стратиграфических корреляций в последние годы

необыкновенно возросла. Спорово-пыльцевой анализ в соедине-

нии с радиологическими данными сделал возможным корреля-

цию ледпнковий и межледниковпй Европы и Северной Америки,

и еще более точные результаты были получены для глубоковод-

ных осадков, где методы изотопной и магнитной стратиграфии

дополнили более традиционный метод корреляции по планктон-

ным организмам. Хотя в осуществлении точного сопоставления

континентальных и морских отложений, безусловно, существуют

проблемы, получено достаточно информации, чтобы показать,

что основные изменения четвертичного климата были глобально

синхронны

[287].

В течение многих лет наши знания о четвертичных климатах

базировались на изучении ледниковых и межледниковых отло-

жений на суше, местами переслаивающихся с морскими мелко-

водными осадками

[137].

Пыльца ныне живущих видов из озер-

ных отложений и торфяников — наиболее чувствительный инди-

катор климата; специальные методы ее анализа, впервые пред-

ложенные для голоцена Скандинавии, затем были распростра-

нены и на более древние межледннковья

[502].

Этот метод теперь дополняется и проверяется анализом над-

крылий жуков, которые хорошо сохраняются и поэтому обильны

в континентальных отложениях [80]. Для жуков характерна

эволюционная стабильность, и в ответ на заметные изменения

климата они, подобно большинству других четвертичных живот-

пых, как правило, не вымирают, а мигрируют. Поэтому некото-

рые виды, обычные в отложениях Британии, сегодня встреча-

ются только в некоторых районах Азии. Их ценность в качестве

климатического индикатора выше для более теплых интерста-

диалов (т. е. интервалов умеренного климата), чем для холод-

ных интервалов, неблагоприятных для насекомых.

Некоторые из наиболее важных результатов, полученных

этим методом, который по точности, видимо, может соперничать

со спорово-пыльцевым анализом, показаны на рис. 7.12. Веро-

ятно,

наиболее важным из этих результатов является большая

208

КЛИМАТЫ ФАНЕРОЗОЯ

Среднеиюяу.чая температура, С

8 й t6 2Q

£0

Фландрское

время

Интерстодиал

Уиндертр

Интерстадиальньщ

комплекс

Алтон-Уоррен

Интерстадиал

Челfорд

Интергляциал

Ипсуич

РИС.

7.12. Колебания среднеиюльских температур в равнинных районах Ан

.мни за последние 120 000 лет по ископаемым надкрыльям жуков [80],

в геологическом смысле скорость резких температурных коле-

баний.

В глобальном масштабе главный успех был достигнут палео-

экологическим и кислородно-изотопным анализом планктонных

фораминифер из колонок глубоководных осадков. Так, в суб-

полярных водах изменения «коэффициента навивания» и про-

центного содержания устойчивой к холоду

Globigerina

pachy-

derma

являются первоклассным индикатором чувствительности

океана к климатическим изменениям в течение последних не-

скольких тысяч лет

[387]-

Этот простой количественный метод

в настоящее время дополняется более сложным методом ана-

лиза [24O

241].

Факторный анализ позволил выделить пять статистически

независимых и экологически значимых ассоциаций, а именно:

КЛИМАТЫ ФАНЕРОЗОЯ

209

тропическую, субтропическую, субполярную, полярную и ассо-

циацию, возникающую на краю крупных круговоротов воды.

Кроме последней, все эти ассоциации связаны с температурой

поверхностных вод. Была выработана модель экологических

реакций и выведена линейная зависимость, которая позволяет

определять температуру поверхности океана на основе инфор-

мации об относительной обильности ассоциаций.

Этот метод

анализа передаточных функций

(transfer function

analisis) с впечатляющим успехом был применен рабочей груп-

пой так называемого проекта CLIMAP (Climate: Long-range

Investigation, Mapping And Prediction)

[310].

Целью этих ис-

следователей было создание глобальной карты температур по-

верхности воды 18 000 лет назад, во время последнего макси-

мума оледенения. Часть полученной информации оказалась

довольно неожиданной. Так, хотя за пределами полярного

фронта в районах 40° с. ш. и ю. ш. летние температуры были

значительно ниже современных, Центральная Атлантика и Ка-

рибское море, очевидно, охладились очень слабо. В Северной

Атлантике в целом средняя скорость изменений температуры

для всего промежутка между максимумами составляла, по-види-

мому, 1—5

C за 1000 лет, а для более коротких интервалов бы-

стрых климатических изменений 2—13

C за 1000 лет

[387].

Бесспорно, там, где это возможно, желательно использовать

фаунистические данные вместе с изотопными. При этом впечат-

ляет их общее соответствие, и проявляются многочисленные

хорошо выраженные климатические флюктуации, среди которых

нелегко найти соответствующее место четырем классическим

альпийским оледенениям и трем оледенениям Северной Европы

[287].

Совершенно очевидно, что мировой эталон может быть

получен в результате исследований в океанах. То, что климати-

ческие изменения в океанах в деталях могут быть диахронными,

показано искусным применением в качестве маркера времени

повсеместно развитого в Северной Атлантике горизонта вулка-

нического пепла, образованного 9300 лет назад

[386].

При ис-

пользовании этого маркера совместно с седиментологическими,

фауннстическими и изотопными данными убедительно показано,

что на юго-востоке Северной Атлантики, вблизи Британских

островов, отступление полярной воды при дегляциации началось

13 500 лет назад, а па северо-западе, у берегов Гренландии, на

7000 лет позднее.

Еще более замечательной является, безусловно, успешная

проверка спектральным анализом модели Миланковпча, со-

гласно которой оледенения и дегляциации контролируются из-

менениями геометрии земной орбиты

[206].

Согласно этой мо-

дели,

на количество солнечной радиации, получаемой земной

поверхностью, влияют три параметра орбиты: эксцентриситет

14 Заказ № 389

210

КЛИМАТЫ ФАНЕРОЗОЯ

о 10

3.0

too

Ж JOO

Время, тыс. лот назад

500

РИС.

7.13. Позднечствсртичные колебания значений 6

O, вычисленные по

этим значениям температуры поверхности моря и эксцентриситет орбиты

Земли ([206], с упрощениями).

(период изменения 100 000 лет), наклон плоскости эклиптики

(42 000 лет) и предварение равноденствий (23 000 лет). Из них

главным фактором является первый. Рис. 7.13 демонстрирует

хорошую сходимость фаунистических и изотопных данных и их

хорошую общую сопоставимость с вариациями эксцентриситета

за последние полмиллиона лет.

Демонстрация корреляции — это еще, конечно, не объясне-

ние, и необходимо количественно показать, как глобальные ва-

риации тепла, получаемого от Солнца, преобразуются в клима-

тические изменения. Шнейдер и Томпсон [405] положили весьма

обнадеживающее начало, разработав количественную модель,

включающую сезонные циклы изменения альбедо и зональное

распределение термальной инерции, И хотя их модель хорошо

согласуется с палеонтологическими и изотопными данными,

имеются два главных расхождения: то, что предполагаемые

моделью температурные осцилляции порядка 0,8

C между усло-

виями ледниковья и климатического оптимума примерно в семь

раз меньше осцилляции, предполагаемых Мак-Интайром и др.

[310],

и то, что по модели уже должна начаться следующая

ледниковая эпоха.

ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Эта глава не выполнит одну из своих главных задач, если

читатель не почувствует, как резко уменьшаются наши знания

о климатах прошлого последовательно в глубь времени. Можно