самого молодого этапа истории Земли, продолжительностью 1,8 млн лет. Долгое время считали, что новейший этап развития оледенений ограничивался завершающей частью четвертичного периода – плей- стоценом [7]. Однако новые исследования показали, что последний ледниковый этап имел гораздо большую длительность и своими истоками уходил в миоцен; соответственно предлагается более ши- рокий термин: позднекайнозойский ледниковый этап. Этим этапом вовсе не ограничивается изучение системы

Рис. 16.4. Следы Варангского оледенения вверху: в северном полушарии (по Н.М. Чумакову, А. Кайё и А.М. Спенсеру): 1 – варангский ледниковый период,

2 – местонахождение тиллитов, 3 – направления движения льда; внизу: на других континентах

252

так как наша планета испытала еще несколько более древних лед- никовых этапов, которые повторялись примерно через 200–250 млн лет. Помимо позднего кайнозоя, следы оледенений четко установ- лены в карбоне-перми, раннем палеозое и докембрии. Достаточно полно исследованы ледниковые отложения Сахары, относящиеся к позднему ордовику (460–430 млн лет назад), в которых местами встречаются типичные ледниковые долины U-образной формы со следами штриховки на скальных выступах. Кроме того, обнаружены водно-ледниковые осадки и многолетнемерзлые грунты (каменные полигоны). Позднеордовикские ледниковые образования, вероятно, накапливались в высоких широтах поблизости от морского берега. Все эти вспышки ледниковых процессов непосредственно связаны с периодами интенсивного горообразования и, таким образом, отра- жают результаты глубинных процессов в недрах Земли. Вероятно, оледенения были не случайными эпизодами, а вполне закономерны- ми вехами в эволюции всей ее природы.

Докембрийские оледенения, приведенные на рис. 16.5, раз- вивались отнюдь не в исключительных природных обстановках. Напротив, по представлениям А.В. Сидоренко, с раннего архея существовала принципиальная общность геологической истории Земли. Для архея и протерозоя установлены такие же соотношения геологических процессов, как и для последующих эпох. Поскольку древнейшие из известных пород формировались тогда, когда уже была вода в жидкой фазе, естественно, возникает предположение и о длительном развитии жизни, на что указывает присутствие живо- го вещества в осадочных породах докембрия. Это вещество измени- ло состав атмосферы и преобразовало геохимическую обстановку осадконакопления. Не исключено, что усиленная

Рис. 16.5. Ледниковые эпохи в истории Земли (по Д. Тарлингу)

253

Основные события докембрия, связанные с геологическими процессами, климатом, животным и растительным миром, а так- же важнейшие эволюционные изменения (ароморфозы) приведены в табл. 16.1.

			Основные особенности		Таблица 16.1
Эра,	климата, геологии, растительного и животного мира докембрия
		Климат и	Мир	Мир	Важнейшие аро-
возраст		геологические
			животных	растений	морфозы
(в млн		процессы
лет)
Архейская,		Активная	Возникновение жизни: прока-		Появление фото-
3500		вулканическая	риоты (бактерии, сине-зеленые		синтеза, появле-
		деятельность.	водоросли), эукариоты (простей-		ние аэробного
		Анаэробные	шие). Образование Земли		дыхания, появ-
		условия			ление эукарио-
		жизни в мел-			тических клеток,
		ководье			появление поло-
					вого процесса,
					появление много-
					клеточности
Протеро-		Поверхность	Широко рас-	Широко рас-	Появление
зойская,		планеты – го-	пространены	пространены	двухсторонней
2600		лая пусты-	простейшие;	сине-зеленые	симметрии
		ня. Частые	появляются все	и зеленые
		оледенения,	типы беспозво-	водоросли,
		активное	ночных, иглоко-	бактерии,
		образование	жих; появляют-	появляются
		горных пород	ся первичные	красные водо-
			хордовые	росли

16.3. Климат фанерозоя до четвертичного периода

К началу фанерозоя (около 600 млн лет назад) в атмосфере на- копилось очень много кислорода, кроме того, вода океанических глубин также насыщалась кислородом, благодаря совокупности биологических, так и геохимических факторов. В результате зара- ботали и механизмы окисления, эффективно возвращающие часть захороняемого углерода из органики обратно в атмосферу в виде углекислого газа. Благодаря этому, мощные колебания содержания углекислого газа в атмосфере, и соответственно парникового эф- фекта, уменьшились, и климатическая система стала стабильнее.

254

Начиная с фанерозоя изменения средней глобальной темпера- туры стали относительно небольшими, до 10–15 градусов. В основ- ном это была более теплая эпоха, по сравнению с современностью, хотя за это время и произошли три оледенения, не достигшие, од- нако, масштаба оледенений протерозоя. Это оледенения на грани- це верхнего ордовика – нижнего силура (Ордовикское 460–420 млн лет назад), слабое оледенение верхнего девона (370–355 млн лет назад), и наиболее мощное среди них, пермо-карбоновое (Гондван- ское 350–230 млн лет назад), начавшееся в каменноугольном перио- де, которые были связаны с выводом из атмосферы СО2 (рис. 16.5).

Следы двух наиболее значительных оледенений фанерозоя до чет- вертичного периода: ордовикского и гондванского показаны на кар- тах рис. 16.6. Имевшие место в фанерозое колебания климата с пе- риодами в 150–250 млн лет обусловлены накоплением захороненого углерода в предыдущие эпохи. Благодаря движению океанической коры и явлению постоянного подныривания и задвига одних плит под другие (субдукция), происходила модуляция выброса вулкана- ми углекислого газа и метана в атмосферу, что дополняло его эмис- сию из запасов углерода, накопленного на океаническом дне в пре- дыдущие эпохи.

Рис. 16.6. Следы ордовикского (вверху) и гондванского (внизу) оледенений (Schwarzbach, 1974; Evles, 1983),

где заштрихованные области – пространства, занятые оледенением; треугольники – найденные свидетельства оледенений

255

Здесь же можно привести и палеоклиматические реконструк- ции Альфреда Вегенера, свидетельствующие о динамике континен- тов в период Гондванского оледенения, проявляющегося вначале в каменноугольном периоде, а затем – в пермском (рис. 16.7).

В отложениях фанерозоя появляется больше количественных признаков, которые могут быть использованы для оценки темпе- ратурных вариаций и дополнительно к геологическому методу, единственному, который применялся для восстановления климата докембрийского периода, использовались также споровой-пыльце- вой анализ, изотопный метод и другие. В результате за весь период палеозоя можно было восстановить динамику температуры воздуха и состава атмосферы, как показано на рис. 16.8.

На основе палеоклиматических данных можно дать более де- тальную характеристику температурных условий и режима увлаж- нения для каждого из периодов палеозоя [8, 9]. В первом периоде палеозоя – кембрийском климат вначале был умеренным и влаж- ный, а затем сухим и теплым. Основные массы суши были сосредо- точены в тропических и умеренных широтах. Южный и Северный

Рис. 16.7. Палеоклиматические реконструкции гондванского оледенения в камен- ноугольном (вверху) и пермском (внизу) периодах, где обозначены: оледенения (Е), болота (К – уголь) и пустыни (S – соль, G – гипс,

W – песчаники пустынь), заштрихованы аридные климатические области

256

Рис. 16.8. Слева: кривая относительной глобальной температуры для фанерозоя (по Frakes, 1979, с изменениями). Справа: а): А – изменение содержания углекислого газа в атмосфере (в количествах, кратных современной концентрации), В – средней глобальной температуры, С – средней температуры тропических широт, D – величины оледенения от начала фанерозоя и до настоящего времени (Crowley, T.J. and Berner, R.A., 2001); б) сглаженные данные изменения температуры от докембрийских эпох до наших дней, с указанием конкретного температурного коридора

полюса омывались океаном, и это препятствовало образованию льда.

В ордовикском периоде температура начала понижаться и кли- мат снова стал умеренным и влажным, что привело к новому круп- ному оледенению, покрывшему до 30 % поверхности материков и зарегистрированному около 450 млн лет назад в позднем ордовике. К этому времени на поверхности земного шара произошли значи- тельные перемещения материковых плит: на западе существовали обособленные друг от друга древние аналоги Северной Америки и Евразии. На востоке материки объединились в суперконтинент Гон- двана, в который входили Африка, Южная Америка, Индия, Антар- ктида и Австралия. Позднеордовикский Южный полюс находился на месте нынешней Сахары. Здесь развилось большое покровное оледенение, и во время этого оледенения ледниковые щиты дости- гали толщины 2 км [12].

К силуру, то есть 440 млн лет назад, средняя температура снова выросла примерно до 20 °С, что было на 5 °С выше современной. Климат стал более теплым. Потепление продолжалось и в девоне (от 400 до 350 млн лет назад), когда средняя температура Земли достигала 25 °С. Во многих районах бурно развивалась раститель- ность, климат был тропическим с чередованием сухих и дождливых сезонов. Такие же условия сохранились и в каменноугольном пери- оде, но к концу его началось резкое

похолодание, которое привело к самому мощному	оледенению
фанерозоя (без учета оледенений четвертичного	периода) –

гондванскому. Каменноугольный период, охватывающий интервал

350–285 млн лет назад, был временем, ког- да	образовался
суперконтинент Пангея, простиравшийся от Север-	ного до
Южного полюсов.

К следующей ледниковой эпохе (карбона и перми) климат при- шел, по-видимому, в результате постепенного похолодания, в те- чение которого южный полюс перемещался из Западной Африки через Бразилию и Аргентину в Антарктиду, оставляя на своем пути цепочку силуро-девонских тиллитов – свидетельств холодного кли- мата. В начале пермского периода мощное покровное оледенение достигло своего максимума, и средняя температура планеты упа- ла до 8 °С, сформировалась резкая географическая зональность и возросла засушливость. Глубокое похолодание климата имело су- щественное влияние на развитие растительного и животного мира. К концу пермского периода вымерло 75 % семейств земноводных и свыше 80 % пресмыкающихся, но определенные виды растений,

наоборот, сумели приспособиться к холодному климату.

Последующее потепление климата, возможно, вследствие пере- мещения южного полюса с суши в Тихий океан, прервавшее в Пер- ми оледенение Гондваны, продолжалось, хотя и с некоторыми коле- баниями, в течение всего мезозоя [12]. В начале триасового периода (230 млн лет назад) все основные массивы суши были объединены в единый суперконтинент – Пангею, простиравшуюся от северного до южного полюса, которую омывал один древний океан Тетис. Гон- дванское оледенение закончилось

и температура стала возрастать,			достигнув в середине		периода
наибольших	значений Т	= 24,5	°С. Климат был	теплым и
тропическим,	местами	субтропическим, име-		ла	место

зональность и сезонные колебания температуры воздуха. Впоследствии в юрском периоде Пангея стала распадаться. Открыл- ся широкий пролив между южным суперконтинентом Гондваной и северным суперконтинентом Лавразией, часть которого оказалась затопленной. Гондвана раскололась на Южную Америку, Африку, Индию, Антарктиду и Австралию. Юрский период характеризовал- ся теплыми температурами на всем своем протяжении и ему была свойственна широтная зональность [5]. В юрский период на Земле царствовали динозавры.

В меловой период, то есть135 млн лет назад, климат оставался теплым, средняя температура была 25 °С [11]. В Западной Европе средние годовые температуры достигали 18–22 °С. В целом мело- вой период был теплее современного, хотя широтная зональность была отчетливой даже в самые теплые века мела. В конце мело- вого периода происходит великое вымирание морской и наземной мезозойской флоры и фауны – погибли аммониты, белемниты, ди- нозавры и значительная часть морского планктона. Причиной этой природной катастрофы, вероятно, было относительно кратковре- менное похолодание, вызванное выбросом в атмосферу огромного количества аэрозолей, которые уменьшили приток солнечной ради- ации к земной поверхности до значений, понизивших глобальную температуру на 2,9 °С относительно предшествующего времени и температуру морской воды в полярных районах до 7–8 °С [6]. От- носительно причины выброса аэрозолей в атмосферу существуют две точки зрения. Одни ученые считают, что выброс аэрозолей в ат-

мосферу произошел в результате столкновения Земли с

астероидом. Об	этом свидетельствует прослойка в породах на
границе между	мезозоем и кайнозоем с повышенным
содержанием иридия, кото-		рый приносится на Землю из космоса.
Другие связывают	выброс	аэрозолей в атмосферу с взрывным

усилением в это время вулка- низма, отмечая, что при извержениях

переноситься и иридий, который содержится в ультраосновных по- родах мантии. Как бы то ни было, но к концу мелового периода гло- бальная температура снова повысилась и превышала современную на 7–10 °С. Попытки оценить широтные температурные градиенты в умеренных широтах показали, что в теплые века мела, когда изо- термы смещались к северу на 10–25 °, градиенты заметно уменьша- лись, однако разбросы в этих данных были очень большими.

Таким образом, на рубеже между мезозоем и кайнозоем климат Земли отличался мягкостью, был теплым и влажным, льдов в поляр- ных районах не было, контраст между экватором и полюсами со- ставлял 15–16 °С, в то время как сейчас он меняется от 30 °С летом до 60 °С зимой. До кайнозойской эры абсолютно вся поверхность Земли, включая континенты и острова, была покрыта густыми ле- сами вплоть до 85 °с.ш., теплолюбивые животные и растения про- никали далеко в высокие широты Северного и Южного полушарий. Кайнозойская эра, которая началась 65 млн лет назад, внача- ле характеризовалась теплым климатом. После минимума в

конце мела температуры, по-видимому, еще раз повысились и в палеоцене достигли максимума, а затем уже началось длительное и постепен- ное понижение температур (возможно, из-за смещения северного полюса в Арктику и ее почти полного закрытия, что приблизило Арктику по суммарным тепловым свойствам к континентам), завер- шившееся в плейстоцене развитием ледниковых периодов

В палеоцене сохранялись высокие температуры: средняя гло- бальная температура в это время превышала современную пример- но на 8–9 °С, в высоких широтах – на 25–30 °С, средняя годовая тем- пература на широте Лондона (51 ° с.ш.), например, была не менее 21 °С (сейчас она равна 10 °С), средний меридиональный градиент

«экватор–полюс» был равен 15–17 °С и даже 10–12 °С, то есть при- мерно в 2–3 раза меньше, чем летом нашего времени. Количество углекислого газа было в 6–10 раз выше современного, имело место высокое увлажнение, отсутствие пустынь и аридных территорий.

Затем начиная с позднего эоцена (примерно 44 млн лет назад) началось устойчивое ступенеобразное понижение глобальной тем- пературы. Уже к середине олигоцена (30–35 млн лет назад) темпе- ратура поверхности воды в экваториальных широтах Тихого океа- на понизилась до 17–18 °С, а придонных вод – до 5 °С. В миоцене

начиная с 23 млн лет назад началось потепление, которое достигло

составляли не менее 1000 мм, в Западной Сибири среднегодовая температура воздуха не опускалась ниже 10–12 °С. Затем в конце эоцена наблюдается понижение температуры для воды на экваторе до 17–18 °С, придонной – до 5 °С.

В начале следующего периода – миоцена вновь наступает по- тепление до среднегодовой температуры 18–20 °С в Европе и осад- ками более 1000 мм. Новое резкое падение температуры началось с середины миоцена, примерно 15 млн лет назад. К концу этого пе- риода температура придонных вод составляла 2 °С. Она характери- зует климатические условия в полярных широтах земного шара, по- скольку придонные воды – это опустившиеся в полярных районах воды и растекшиеся затем по дну без изменения своей температуры. Примерно в это время началось оледенение Антарктиды сначала в горах, а 15 млн лет назад и на всем материке.

Таким образом, тенденция к понижению температуры в тече- ние кайнозойской эры от палеоцена к плиоцену, наблюдавшаяся в полярных районах, характеризует также условия на всем зем- ном шаре. Причем, если до раннего плиоцена не обнаруживается больших колебаний средней температуры Земли, то, начиная со среднего плиоцена, фиксируются значительные колебания средних температур с амплитудой, достигающей 10 °С в течение периодов, длящихся несколько десятков тысяч лет. Так, в начале плиоцена 5,0 млн лет назад началось потепление, вызвавшее таяние ледни- кового щита Антарктиды и горных ледников Северного полушария. Это привело к мощной глобальной трансгрессии (4,7–4,4 млн лет назад), поднявшей уровень мирового океана на 100 м. Однако около 3,3–3,2 млн лет назад началось новое глобальное похолодание, кото- рое характеризовалось резким возрастанием нестабильности клима- та. Похолодание привело к появлению ледниковых щитов в Север- ном полушарии, в частности к возникновению первого покровного оледенения в Северной Америке (2,8–2,4 млн лет назад), распро- странившегося до Великих озер, к росту континентальных ледни- ковых щитов в Антарктиде и резкому падению уровня Мирового океана. Понижение уровня океана привело к обнажению больших участков суши и, таким образом, к увеличению континентального климата, а также изменило условия водообмена между различны- ми бассейнами и, вероятно, привело к потере связи между Тихим, Индийским и Атлантическим океанами в тропических широтах. Появление мощного ледникового покрова в Антарктиде привело к увеличению альбедо

и уменьшению солнечной радиации, получа- емой Землей, к