Страница 43 из 47
Климаты прошлого
Водный баланс между континентами и океаном (иначе говоря, круговорот водных масс между ними) определяется главным образом двумя факторами: соотношением площадей суши и водных пространств (океанов и эпиконтинентальных морей); распределением континентальной суши по широтам. Естественно, чем больше площадь суши, тем меньше зеркало вод, с которого происходит испарение влаги. Отсюда и меньший объем атмосферных осадков, выпадающих над континентами. Сложнее обстоит дело с тем, какую роль играет распределение площади материковой суши по географическим широтам, и в частности с тем, как оно влияет на баланс атмосферных осадков. Геологические данные показывают, что наиболее засушливый климат на материках устанавливался в эпохи, когда они сходились вместе, образуя гигантские конгломераты. Подобная ситуация имела место в конце докембрия и в интервале от позднего карбона до середины триаса (вспомним Пангею). Как показали расчеты [Tardy et al., 1989], уровень водного стока в перми и триасе был самым низким за весь фанерозойский этап эволюции (570 млн лет) и приближался к современному объему стока, равному, по данным указанных авторов, 0,397x1020 г/год.
Напротив, гумидными были меловой период (130-66 млн лет назад), поздний силур-девон (415–350 млн лет назад) и кембрий (570–510 млн лет назад), когда материки были рассеяны по поверхности Земли. В меловое время объем выпадавших над континентами осадков составлял около 0,5·1020 г/год, что примерно на 20 % выше современных значений. В триасе он снизился до 0,35 1020 г/год, в основном вследствие того, что значительные массивы суши находились в то время в пределах широт, где господствуют субтропические и засушливые условия (рис. 8). Наивысший уровень атмосферных осадков (и испарения) был характерен для кембрийского периода, когда многие крупные континентальные массивы располагались вблизи экватора (рис. 9). Оценка скоростей осадко-накопления по величине отношения изотопов стронция (87Sr/88Sr) подтверждает эти выводы.
Другие влагообильные периоды в фанерозойскую стадию развития планеты, а именно девонский, меловой и палеогеновый, также характеризовались высокими скоростями аккумуляции толщ отложений. С другой стороны, карбон, пермь и триас, отмеченные равномерной группировкой континентальных масс по широтам в составе единого материка Пангея, отличались весьма пониженными скоростями их формирования. Не в последнюю очередь это было связано с малыми объемами выпадавших над сушей атмосферных осадков, со слабо протекавшими химическими процессами выветривания и с незначительным количеством смываемых с суши в океан продуктов эрозии. К тому же и площадь шельфов явно сократилась по сравнению с периодами фрагментации континентальной литосферы. А шельфы и соседний с ними континентальный склон были и остаются основными областями аккумуляции карбонатных и кремнистых отложений.
Наивысший размах денудация суши приняла в девонский период, хотя он и уступает в этом отношении современной эпохе: по данным исследователей, современные значения достигают 108·106 т/км2/млн лет.
Таким образом, в геологической истории Земли отчетливо выделяются эпохи преобладания гумидного и аридного климатов на суше. Кроме того, следы обширных оледенений, не уступавших по масштабам плейстоценовым, свидетельствуют о том, что климат менялся от теплого до холодного (по крайней мере в высоких и умеренных широтах). В фанерозое оледенениями были отмечены позднеордовик-силурийское время (Северо-Африканский кратон, отчасти Бразильский щит), поздний карбон — пермь и ранний триас (Южная Африка, Южная Америка и Антарктида), наконец, плейстоцен (северные районы Евразии и Северной Америки, Антарктида). Последнее похолодание, достигшее максимума в четвертичное время, началось в высоких широтах гораздо раньше. Так, ледовая шапка Антарктиды стала образовываться еще в олигоцене, а по некоторым данным даже в эоцене. Одним словом, земной климат долго эволюционировал от теплого в мелу до холодного, прежде чем началось глобальное оледенение, затронувшее в плейстоцене не только высокие, но и умеренные широты.
Не выясненным до конца остается одно очень важное обстоятельство: существовали ли ледовые шапки на полюсах постоянно (в позднем докембрии и фанерозое), или они формировались лишь в редкие эпохи глобального похолодания климата? Еще недавно большинство специалистов не сомневались в ответе на этот вопрос. Да, говорили они, ледниковый панцирь в высоких широтах — непостоянное явление. Он образуется лишь на некоторых этапах при определенном сочетании космических факторов (положение Солнца относительно центрального ядра Галактики и уровень активности самого Солнца) и астрономических (наклон земной оси, прецессия и др.). До недавнего времени еще бытовало убеждение, что при соблюдении этих условий климат на Земле становился настолько теплым, что субтропическая растительность произрастала даже вблизи полюсов, если там, конечно, была суша.
Необходимо отметить, что при всей важности совместного действия перечисленных факторов не меньшее значение имели и чисто земные обстоятельства. Одно из них, как говорилось выше, — это особенности расположения материков на поверхности планеты. Их объединение в крупные конгломераты, когда значительные площади суши оказываются вблизи полюсов, создает благоприятные предпосылки для развития широкомасштабного оледенения. Этому условию отвечают все фанерозойские эпизоды, с которыми связано образование обширного ледникового панциря на ряде континентов.
В последние годы стали накапливаться данные, указывающие на то, что ледники (не только горные), пусть и в «зачаточной» форме, существовали даже в один из самых теплых геологических периодов — меловой. Интересные результаты дали исследования серии Билдинг-Шейл во впадине Эроманга в центральных районах Австралии. Здесь среди темно-серых глин и алевролитов валанжин-альбекого возраста были обнаружены валуны и глыбы докембрийских кварцитов и вулканитов диаметром свыше 3 м. Валуны и более мелкие обломки встречаются поодиночке либо группами, располагаясь вдоль поверхностей, разделяющих отдельные горизонты. В большинстве своем они несут признаки окатывания в прибрежных условиях. Взаимоотношения между глыбами и вмещающими осадками указывают на ледовый разнос крупного материала (рис. 10). На других континентах также были встречены аналогичные образования, имеющие возраст от среднеюрского до среднемелового. Полагают, что они сформировались в высоких широтах (65–70° ю. ш.). Приведенные данные свидетельствуют о том, что ледовые шапки на полюсах могли существовать на протяжении большей части мезозоя [Frakes, Francis, 1988).
Изучение стабильных изотопов кислорода в раковинах из меловых отложений Австралии и Антарктиды позволяет представить в первом приближении порядок среднегодовых температур, господствовавших в этих регионах. Они оказались довольно низкими для этого интервала геологического времени, считавшегося самым теплым за последние 300–250 млн лет. Эти значения для южных районов Австралии в позднем мелу не превышали +11…+ 13 °C, в районе Антарктиды на островах Дж. Росса и Верд в сантоне и кампане + 13,6 °C, а в Маастрихте +11,7 °C. Согласно этим данным, в зимние сезоны температура в этих регионах могла, по-видимому, опускаться ниже 0° [Perrie, Marshall, 1990].