- •Палеоклимат океана и история развития системы водной циркуляции
- •52. Изменение температуры вод экваториальной части
- •54. Изменение разницы в температурах поверхностных и придонных вод экваториальной зоны (а) и разницы в температурах поверхностных вод экваториа льн ой и приантарктической зон (6)
- •4. Преобладание в осадке тепло-или холоднолюбивых планктонных организмов можно использовать для реконструкции теплых и холодных поверхностных течений прошлых эпох.
- •57. Схема важнейших течений
- •58. Схема поверхностной циркуляции для раннего мела (1), середины мела (2) и конца позднего мела (3), по Гордону
Палеоклимат океана и история развития системы водной циркуляции
В прошлые эпохи внешний облик Вследствие кориолисовой силы
Земли, и ее обитателей на континенте и в океане отличался от современ- движении по вращающемуся телу) ного. Одной из главных причин этого было изменение климата. клоняется в субширотном направлеКлючом к пониманию климата нии. Опускающийся в области тропрошлого является современный пиков сухой воздух нагревается и
климат, хотя аналогия имеет свои образует в обоих полушариях зоны
границы: чем древнее геологическая пассатов — сухих теплых ветров се-
эпоха, тем меньше общего оказыва- веро- и юго-восточного направления,
ется у ее климата с современным. К этим тропическим зонам приуро-
И все же у климатов всех эпох есть чены основные области пустынь и
по меньшей мере одна общая чер- в южном, и в северном полушариях,
та — зональность. Эта зональность Пассатам у поверхности Земли
определяется прежде всего астроно- соответствуют антипассаты противо-
мическими климатообразующими положного направления в более вы-
факторами: шарообразностью Зем- соких областях атмосферы. Тропиче-
ли, движением ее вокруг Солнца, ские воздушные массы отделяются
наклоном земной оси к плоскости от масс, расположенных ближе к
эклиптики и т. п. полюсам, поверхностью раздела,
Зональность в количестве получае- называемой полярным фрон-
мой Землей солнечной энергии опре- том.
деляет закономерности атмосферной В районе полюсов как бы шап-и океанской циркуляции. ками расположены области холодно-В самых общих чертах зональ- го тяжелого воздуха, ограничивае-ность атмосферной циркуляции вы- мые арктическими фронтами. Меж-глядит следующим образом. В эква- ду полярной и тропической зонами ториальной зоне, где поступление высокого давления в обоих полуша-солнечной энергии наибольшее, идет риях лежат области барического ми-активное испарение с поверхности нимума средних широт. Важнейшей суши и океана. Нагретый теплый особенностью этих областей являют-влажный воздух, поднимаясь вверх, ся циклоническая деятельность и охлаждается, влага конденсируется: преобладание западных ветров, экваториальный пояс является жар- западного переноса воздушных ким и самым влажным поясом Зем- масс.
ли. Поднявшийся остывший воздух При более детальном рассмотре-
растекается в сторону полюсов и по- Нии циркуляция атмосферы оказы-
степенно опускается, возвращаясь к вается значительно сложнее. Огром-
экватору вдоль поверхности Земли. Ную роль играют, в частности, горы
Получается как бы замкнутое коль- (отклоняют воздушные потоки, изме-
цо тропической циркуляции, причем Няют режим влажности и т. п.),
в экваториальной зоне существует разная теплоемкость суши и моря
барический минимум, а в области (возникают муссонные виды клима-
опускания воздуха, в районе 30-х та) и еще целый ряд факторов,
градусов широты,— динамический Но в общих чертах существование
тропический максимум. такой зональности атмосферной циркуляции поддерживается термине- Глобальное выделение сухих ским градиентом. Чем больше раз- аридных зон, между которыми ле-ница в температуре экваториальной жит экваториальная гумидная и полярной областей, тем активнее (влажная) зона, а в стороны полю-атмосферная циркуляция. Чем ак- сов — умеренные гумидные и ледо-тивнее атмосферная циркуляция, вые зоны (см. рис. 39), позволяет тем активнее циркуляция вод оке- надежно реконструировать общую ана, что незамедлительно сказыва- схему климатической зональности, ется на особенностях разноса осадоч- положение экватора и полюсов. Кро-ного материала, поставляемого с ме того, по изменению размеров и континентов, на количестве и составе положения аридных зон можно со-осадочного материала, создаваемого ставить представление об относи-обитателями океана, а следователь- тельной влажности или сухости кли-но, и на составе формирующихся на мата. Значение глобального выделе-дне осадочных образований. ния этих зон тем более важно, что
Сочетание температуры и влажно- для их распознавания в прошлом сти, а вернее, соотношение количес- и на суше, и в океане имеются до-тва выпадающих атмосферных осад- статочно четкие геологические криков и интенсивности испарения оп- терии. Для палеоклиматологии ределяет на суше как характер крайне важны геологические дан-выветривания, так и характер осад- ные не только потому, что по ним конакопления. Поэтому на континен- можно надежно выделять аридные тах еще давно был выделен ряд и гумидные зоны, но в ряде случаев седиментационно-климатических они могут дать представление, хотя зон. и грубое, о палеотемпературе.
Но не только на суше климати- В пределах океана наиболее су-
ческие факторы являются опреде- щественно реагирующими на клима-
ляющими в процессах осадкообразо- тические изменения областями яв-
вания. ляются приполярные и экваториаль-
Как говорилось в предыдущей ные высокопродуктивные зоны,
главе, в океане основные процессы Интенсивность биологических про-
также подчиняются климатической цессов в них находится в прямой
зональности. Климат определяет со- зависимости от интенсивности по-
леность и температуру воды, на- ставки к поверхности океана пита-
правление и скорость течений, рас- тельных веществ с глубинными во-
положение зон подъема и опускания дами. Увеличение контрастности
вод, а значит, и распределение зон климатических зон, увеличение тер-
большей или меньшей первичной мического градиента приводят к
продукции фитопланктона и через усилению атмосферной и океанской
это — продукции зоопланктона. циркуляции, а значит, и к расши-
Иными словами, климатические рению этих зон.
факторы определяют процессы не Палеоботанические показатели только континентального, но и оке- климатов прошлого являются значи-анского осадкообразования, причем тельно более тонкими индикаторами, характер зональности в океане по но их и труднее интерпретировать, своим размерам и положению в про- поскольку большую роль в жизни странстве соответствует барическим растений играют не только тепло и системам атмосферы. влага, но и свет. Различное сочета-Это дало основание в последние ние этих компонентов вызывает годы и в океане выделять те же большую пестроту в распределении седиментационно-климатические зо- растительных комплексов. Кроме тоны, что и на суше. Зоны осадкооб- го, остатки растений несоизмеримо разования в океане тесно связаны хуже сохраняются в ископаемом со-с аналогичными зонами суши, явля- стоянии и более труднодоступны для ясь как бы их продолжением по изучения. Из-за возможности расте-широте. Вызывается это прежде все- ний в какой-то мере приспосабли-го тем, что для поверхностных, са- ваться к условиям меняющейся сре-мых подвижных и тесно связанных ды приходится изучать распростра-с климатом вод наибольшее значе- нение не отдельных видов, а целых ние имеет широтная составляющая экологических комплексов. Надеж-переноса материала, которая по ность палеоботанических данных меньшей мере на порядок выше ме- для оценки древних климатов ридиональной. Хотя в нижележа- уменьшается с увеличением возра-щих толщах вод роль меридиональ- ста: если для кайнозойских расте-ной составляющей и возрастает, все ний еще возможно проводить опре-же суммарный перенос идет в ши- деленные экологические параллели ротном направлении. с современными растениями, то для мезозойских приходится уже ориен- но, что, начиная с докембрийского
тироваться больше на их морфологи- времени, изотопный состав воды оке-
ческие и анатомические особенности, анов претерпел довольно значитель-
что не всегда дает достаточно надеж- ные изменения. Но для практиче-
ные результаты. ских целей можно полагать, что по
Среди палеонтологических дан- крайней мере с юрского времени и ных для палеоклиматологии наибо- до эпохи материковых оледенений лее информативны остатки организ- изотопный состав кислорода воды су-мов, живущих в приповерхностном щественно не изменялся, слое океана, поскольку изменения При образовании ледниковых щи-температуры особенно остро ощуща- тов на суше накапливаются огром-ются в первых 150—200 метрах вод- ные количества льда. Так как лег-ной толщи,— ниже изменения тем- кий изотоп кислорода имеет опреде-пературы сказываются меньше. На- ленные преимущества перед тяже-земные организмы, пожалуй, имеют лым при испарении воды, водяной еще меньшее значение, особенно для пар беднее О18, чем исходная вода, более древних эпох, не только из- и соответственно обеднены тяжелым за нашего слабого знания их эколо- изотопом и материковые льды. Чем гии, но и из-за еще более редкой больше массы континентальных встречаемости их остатков. льдов, тем больше в воде океанов
Среди индикаторов палеоклимата концентрация О18. Такое изменение особое место занимает широко раз- изотопного состава кислорода воды вившийся в последнее десятилетие требует введения поправок, что, ко-изотопно-кислородный палеотемпе- нечно, снижает точность метода, ратурный метод. Использование осо- Наиболее надежные данные о па-бенностей геохимии изотопов кисло- леоклиматах океанов могут быть порода позволяет пока с наибольшей лучены, если использовать не один доступной нам точностью определять какой-либо из перечисленных при-палеотемпературы древних морей. знаков, а возможно, более полный Палеотемпературный метод основан комплекс индикаторов, привлекая на существовании изотопного равно- и материалы по континентам, весия между кислородом карбонат- О климатах наиболее древних ного иона и воды, причем это рав- эпох мы можем судить по породам, новесие смещается в ту или иную находимым на континентах, но эти сторону в зависимости от температу- данные могут только косвенно пред-ры. Поэтому по изотопному составу ставлять климат океанов. Кроме то-кислорода карбоната кальция, вы- го, эти материалы зачастую доволь-павшего в осадок, можно судить о но противоречивы, поэтому лучше температуре воды. рассмотреть результаты, получен-
При изучении изотопного состава ные при изучении непосредственно
кислорода обычно измеряют разни- океанского дна. Удобнее это сделать
цу в отношении концентрации само- на примере Тихого океана, как
го тяжелого изотопа 018 и самого наиболее древнего,
легкого О16 образца и определенного Самыми древними геологическими
международного стандарта. Для образованиями, встреченными на
карбонатов в качестве такого стан- дне Тихого океана, являются юрские
дарта обычно используют РДВ- и меловые. Однако в связи с немно-
кальцит верхнемелового белемнита гочисленностью этих находок, а так-
из геологической формации Пи-Ди же значительными их преобразова-
(Северная Каролина, США), а для ниями после осаждения мы пока по
воды — стандартную среднюю оке- донным осадкам не можем судить
аническую BOflySMOW. Полученную о климатических особенностях Тихо-
разницу выражают в процентах или го океана в юрское время. Такие
чаще в промилле и обозначают как данные можно получить из анализа
сГО18 . Положительные или отрица- юрских осадочных пород окружаю-
тельные значения этой величины оп- щих континентов,
ределяются большим или меньшим Этот анализ показывает, что
содержанием в образце тяжелого в ранней и средней юре на земном
изотопа относительно стандарта. шаре преобладал влажный и теп-
Однако метод этот имеет одно су- лый климат, аридные области име-
щественное ограничение: изотопный ли очень незначительное распро-
состав кислорода карбоната кальция странение. К концу юрского периода
(обычно используется СаС03 рако- климат становится более сухим,
винок планктонных фораминифер) Очень широкими были в юре тропи-
зависит не только от температуры ческие и субтропические пояса, а
воды, но и от ее изотопного состава. в приполярных районах климат был
Рядом исследователей было показа- очень мягким, теплым.