Антарктиды и, следовательно, понижению температуры придонных вод всего Мирового океана.

Первым крупным районом, на котором сказалось кайнозойское похолодание климата, явилась, естественно, Антарктида. Геологи- ческие разрезы на о-вах Короля Джорджа и Сеймура и в Южной Австралии (отделившейся от Антарктиды лишь в конце эоцена), а также материалы колонок донных осадков Южного океана сви- детельствуют, что ледниковый щит Антарктиды образовался лишь в миоцене около 20 млн лет тому назад и с тех пор существует до на- шего времени. До этого, то есть в течение всего палеогена, в Антар- ктиде господствовал умеренный прохладный климат, по-видимому, с высокогорными ледниками. Отметим, что приблизительно одно- временно с образованием ледникового щита Антарктиды или вскоре после него в верхнем миоцене начали возникать высокогорные оле- денения на Аляске. По-видимому, около 3 млн лет тому назад сфор- мировался и с тех пор существует Гренландский ледниковый щит.

Палеонтологические исследования показывают, что только в кайнозойскую эру появились и начали занимать все большие про- странства такие ландшафты, как степи, лесостепи, пустыни, тун- дра, лесотундра, ледниковый покров Антарктиды и Гренландии [1]. Из-за похолодания теплолюбивые гигантские растения (папорот- никовые, плауновые) начали вымирать, а их место заняли морозоу- стойчивые лиственные и хвойные леса. Например, в палеогеновых (40–50 млн лет назад) отложениях Гренландии содержатся споры и пыльца секвойи, лавра, магнолии, клена и других теплолюбивых растений, свидетельствующих о существовании в этом районе сре- диземноморского климата. В 1986 г. ученые, проводившие исследо- вания в Антарктиде, обнаружили окаменелые фрагменты деревьев на дне моря Уэдделла. Это были остатки обширного леса, который рос 3 млн лет назад в 640 км от южного полюса. Сейчас Гренландия и Антарктида представляют собой снежно-ледяную пустыню. На северном острове Шпицберген 100 млн лет назад был очень теплый субтропический климат, там произрастали густые леса папоротни- ков. Поэтому на острове образовались крупные залежи каменного угля, который в настоящее время добывается в большом количестве. Сейчас на этом острове не произрастает ни одного дерева, там кру- глый год лежит толстый слой снега. Одновременно, под влиянием холода появились животные, покрытые шерстью, птицы – с сохра- няющими тепло перьями, морские животные северных широт, по- крытые толстым слоем теплоизоляционной жировой ткани.

Рис. 16.9. Динамика основных показателей окружающей среды за 600 млн лет фанерозоя (сверху вниз): формирование и распад суперконтинентов; содержание атмосферного СО2; содержание атмосферного О2;

изменение уровня моря; глобальная температура

Основные события отдельных периодов фанерозоя, связанные с геологическими процессами, климатом, животным и раститель- ным миром, ароморфозами приведены в табл. 16.2.

Таблица 16.2

Основные особенности климата, геологии, растительного и животного мира фанерозоя

	Эра,	Период	Климат и ге-
		(продол-
	возраст
		житель-
	, млн	ность),	ологические
	лет
		млн лет	процессы

Мир животных Мир растений	Важнейшие
	ароморфозы

Палео-	Кем-	Оледенение	Преобладают	Процветание
зойская	брий	сменяется	губки, кишечно-	всех отделов
570	80±20	умеренно	полостные, черви,	водорослей
	Ордо-	влажным,	иглокожие,
	вик,	потом сухим	трило- биты;
	55±10	климатом.	появляются
		Большая	бесчелюстные
		часть занята	позвоночные
		морем,	(щитковые), мол-
		горо-	люски
		образование
	Силур,	Вначале	Богатая флора	Обилие водо-	Дифферен-
	35	сухой, затем	трилобитов,	рослей; расте-	цировка тела
		влажный	моллюсков, рако-	ния выходят	растений на
		климат, горо-	образных, корал-	на сушу –	ткани; раз-
		образование	лов, появляются	появляются	деление тела
			панцирные рыбы,	псилофиты	животных на
			первые наземные		отделы; обра-
			беспозвоночные		зование челю-
			(многоножки,		стей и поясов
			скорпионы,		конечностей
			бескрылые насе-		у
			комые)		позвоночных
	Карбон,	Распростра-	Доминируют	Обилие	Появление
	65±10	нение лес-	земноводные,	древовидных	внутреннего
		ных болот.	моллюски, акулы,	и папоротни-	оплодотворе-
		Равномерно	двоякодышащие	кообразных,	ния, появление
		влажный те-	рыбы; появля-	образующих	плотных
		плый климат	ются и быстро	каменноу-	оболочек яйца,
		сменяется	развиваются	гольные леса,	ороговение
		в конце	крылатые формы	возникают	кожи
		периода за-	насекомых,	семенные
		сушливым	пауки, скорпионы;	папоротники,
			возникают	исчезают
			первые	псилофиты
			пресмыкающиеся;
264			заметно уменьша-
			ются трилобиты
			и стегоцефалы

Эра,

возраст , млн лет

Период	Климат и ге-
(продол-
житель-	ологические
ность),
млн лет	процессы

Продолжение табл. 16.2

Мир животных Мир растений	Важнейшие
	ароморфозы

Палео-	Пермь	Резкая	Господствуют	Богатая флора	Образование
зойская		зональность	морские беспо-	семенных и	пыльцевой
570	50±10	климата,	звоночные, акулы;	травянистых	трубки и
		завершение	быстро развивают-	папоротников	семени
		горообразо-	ся пресмыкающи-	; появляются
		вательных	еся и насекомые;	древние го-
		процессов	возникают зверо-	лосеменные;
			зубые и травояд-	вымирают
			ные пресмыкаю-	древовид-
			щиеся: вымирают	ные хвощи,
			стегоцефалы и	плауны и
			трилобиты	папоротники
Мезо-	Триас,	Ослабление	Преобладают	Преобладают	Появление че-
зой-	35±5	клима-	земноводные,	древние го-	тырехкамерно-
ская,		тической	головоногие	лосеменные;	го сердца, пол-
240		зонально-	моллюски, траво-	появляются	ное
		сти. Начало	ядные и хищные	современные	разделение
		движения	пресмыкающи-	голосеменные;	артериального
		материков	еся; появляются	вымирают	и венозного
			костистые рыбы,	семенные	кровотока;
			яйцекладущие	папоротники.	появление те-
			и сумчатые млеко-		плокровности;
			питающие		появление мо-
					лочных желез
	Юра, 60	Вначале	Господствуют	Господствуют
		влажный	гигантские пре-	современные
		климат	смыкающиеся,	голосеменные;
		сменяется	костистые рыбы,	вымирают
		засушливым	насекомые, голо-	древние голо-
		на экваторе	воногие моллю-	семенные
			ски; появляются
			археоптерикс; вы-
			мирают древние
			хрящевые рыбы
	Мел, 70	Похолодание	Преобладают	Появляются	Возникнове-
		климата,	костистые рыбы,	и начинают	ние цветка и
		увеличение	первоптицы,	доминирова	плода. Появле-
		площади	мелкие млекопита-	ть	ние матки
		Мирового	ющие;	покрыто-
		океана	появляются и	семенные,
			распространяют-	сокращаются
			ся плацентарные	папоротники и
			млекопитающие	голосеменные	265
			и современные
			птицы; вымирают
			гигантские пре-
			смыкающиеся

					Окончание табл. 16.2
	Эра,	Период	Климат и ге-
		(продол-			Мир растений Важнейшие
	возраст			Мир животных
		житель-
	, млн	ность),	ологические		ароморфозы
	лет
		млн лет	процессы
	Кай-	Пале-	Равномерный	Доминируют	Широко рас-
	нозо-	оген,	теплый кли-	млекопитающие,	пространяют-
	йская,	41±2	мат. Интен-	птицы, насеко-	ся цветковые
	62-70	Неоген,	сивное горо-	мые. Появляются	растения,
		23	образование.	первые приматы	особенно
			Движение	(лемуры, долго-	травянистые,
			материков,	пяты). Исчезают	сокращается
			обособляют-	многие группы	флора голосе-
			ся Черное,	пресмыкающих-	менных
			Каспийское,	ся, головоногих
			Средиземное	моллюсков

Для восстановления показателей климата фанерозоя применя- ются не только моряпалеоклиматические методы, но и климатические модели, что позволяет сравнить результаты двух независимых под-

ходов и получить более надежные выводы об изменении климати-

Антро- Неоднород- Эволюция и го- Современный Интенсивное

ческих характеристик в прошлом. В качестве примера на рис. 16.10

(слева) показано восстановление палеотемператур на основе
поген,	ные смены	сподство человека растительный		развитие коры
стаци- онарной энергобалансовой модели М.И. Будыко (1985), в
которой	задавались	изменения	солнечной	постоянной,
1,5	потеплений и	вариации	мир	головного моз-
концентрации	СО2,		планетарного	альбедо,	и
палеоклиматических индикато- ров (Frakes, 1979).
	пох ло аний.			га, прямохож-

Причина расхождений температур во время оледенений связана

с тем, что в модели М.И. Будыко не учитывались географические особенности распределенияКрупные оле- материков того времени, когдадениеюж- ный

полюс находился внутри континента и был ограничен приток теплых вод из низкихденения средширот- в высокие. Поэтому температура при гондванском оледенении по модели получена на 15 °С выше, чем по палеоиндикаторамних [2]широт. Аналогичная ситуация и с ордовикским оле- денением, хотя отличие здесь и меньше, но имеется сдвиг

минимума Северного

полушария

266

Рис. 16.10. Слева: синтез ряда температур фанерозоя в отклонениях от современных по модели М.И. Будыко (1) и по палеоиндикаторам (2); справа: средние широтные распределения среднегодовых температур [3]

температуры во времени. Вместе с тем, результаты двух подходов в оценке температуры практически полностью совпадают со второй половины мезозоя. Причины высоких температур мезозоя и начала кайнозоя состояли в большом содержании СО2 и в том, что оба по-

люса располагались в океанах, где циркуляция водных масс обеспе- чивала обогрев полярных районов.

В правой части рис. 16.10 показаны широтные распределения среднегодовых температур для разных геологических эпох прошло- го: кривая 1 получена на основе осреднения температуры воздуха для позднемелового времени по МОЦА, кривая 2 – для максималь- ного потепления мелового периода, кривая 3 – для среднего плиоце- на (3–4 млн лет назад), 4 – современные изменения

среднегодовой температуры по широтам		и кривая 5 – для
максимума вюрмского	оледенения (18 тыс. лет назад). Штриховкой
выделено изменение	температур для	ледникового климата

последних 3 млн лет для срав- нения с климатом мелового периода как одного из самых теплых для фанерозоя. Основные выводы состоят в том, что широтный гра- диент температуры между экватором и полюсом при теплом кли- мате составлял всего 20 °С, при оледенениях достигал 55–65 °С, то есть мог варьировать по отношению к современному градиенту в 2 и более раза как в сторону увеличения, так и уменьшения.

Особый интерес представляет собой формирование современ- ного климата в течение кайнозоя [1]. После продолжительной, поч- ти постоянно теплой мезозойской эры, температура опять начала постепенно падать, как показано на рис. 16.11. Падало и содержание углекислого газа в атмосфере – в начале кайнозоя оно было пример- но в пять раз больше, чем в современную эпоху. В результате климат постепенно перешел в холодную эпоху и далее в

Рис.16.11. Изменение средней глобальной температуры в течение кайнозойской эры за последние 65 млн лет

Особенность изменения климата Земли в относительно холод- ные эпохи состоит в том, что после понижения температуры в райо- не полюсов до 0 °С, к точке замерзания воды, на климат Земли начи- нали сильно влиять многие факторы, которые в теплые эпохи были малозаметны. Это происходит потому, что тогда даже малого влия- ния достаточно, чтобы в полярных районах начинали формировать- ся ледяные шапки, а значит, чтобы и возникала заметная обратная связь между небольшим первоначальным похолоданием, и ростом альбедо, что приводит к

дальнейшему,	уже большему похолоданию.	Так,	во	второй
половине эоцена благодаря тому, что ранее вплот-		ную прижатая к
Антарктиде	Австралия оторвалась от последней,		и	начала

дрейфовать в сторону экватора, вокруг Антарктиды начало формироваться широтное циркумполярное течение, которое стало препятствием для притока к Антарктиде теплых вод, идущих от эк- ватора, и это послужило толчком к началу формирования ледяно- го щита Антарктиды. В дальнейшем, уже в миоцене, после того, как и Южная Америка отодвинулась от Антарктиды, это широтное течение замкнулось, сформировалось окончательно, и полностью преградило доступ тепла, переносимого океаном, к Антарктиде. В результате, при продолжавшемся снижении парникового эффекта и сформировался столь мощный ледяной щит в Антарктиде.

Заметно было и влияние на климат горообразования, повлияв- шее уже на атмосферную циркуляцию и перенос атмосферой тепла

от экватора к полюсам. Это относиться прежде всего к горообразо- ванию в Евразии, в которой на протяжении кайнозоя сформировал- ся значительный горный пояс, от Пиренеев до Гималаев, что при- вело к ухудшению переноса атмосферой тепла и влаги в сторону Северного полюса.

Кроме того, сильно стали влиять на климат и циклы Миланко- вича – периодические изменения параметров земной орбиты, с пе- риодами 23, 41 и 100 тыс. лет. Эти циклы определяют изменения ко- личества солнечной энергии, получаемой различными широтными зонами Земли в отдельные сезоны. Если в теплые эпохи их влияние не превышало 1 градуса, то в холодные, после образования хотя бы небольшого ледяного покрова, их влияние на среднепланетарную температуру начинало возрастать, и в конце концов возрастало в не- сколько раз.

При отсутствии антропогенного влияния в кайнозое колебания температуры определялись тремя основными факторами: измене- нием приходящей солнечной радиации, изменением концентрации

углекислого газа и изменением альбедо системы «Земля–атмосфе-
Ti TiS Ti TiCO	,	(16.1)
ра», что может быть выражено уравнением 2

где Ti – отклонение средней глобальной температуры от нормы для i-го интервала времени; TiS – отклонение глобальной

температуры, обусловленное изменением солнечной постоянной; Tiα – отклоне- ние глобальной температуры, обусловленное

изменением альбедо	системы 2 «Земля–атмосфера»;	T	–
пературы, обусловленное изменением концентрации углекислого
		iCO

отклонение глобальной тем- газа.

В табл. 16.3 приведены вклады в изменение глобальной темпе- ратуры воздуха этих трех составляющих в различные отрезки време- ни, начиная со второй половины мелового периода мезозоя (100 млн лет назад) до оптимума плиоцена на основании оценок М.И. Будыко (1985). При этом предполагалось, что увеличение солнечной ради- ации на 1 % при постоянном альбедо повышает глобальную темпе- ратуру на 1,4 °С, а увеличение альбедо системы «Земля–атмосфера» на 0,01 снижает температуру на 1,8–2,3 °С.

Величина TiCO получе-

2

на как разность между эмпирическими значениями TiS и Tiα.

Из данных табл. 16.3 следует, что высокие температуры мело-

вого периода, превышающие современные на 10,5 °С были 269 обуслов- лены в этом превышении на 8,1 °С за счет высокой

концентрации

Таблица 16.3

Отклонения средней годовой приземной температуры от современной (°С)

ивклады в ее изменения различных факторов

вразные геологические периоды

Интервал времени, млн лет назад	Тi	ТiS	Тiα	ТiCO
				2
105–95	10,5	-0,6	3,0	8,1
95–92	7,5	-0,6	3,0	5,1
88–84	9,8	-0,6	3,0	7,4
70–66	6,9	-0,5	3,0	4,4
48–45 (оптимум эоцена)	8,8	-0,4	3,0	6,2
4.3–3.3 (оптимум плиоцена)	3,6	0,0	1,6	2,0

СО2 в атмосфере и за счет меньшего, чем в настоящее время альбе-

до, что дало 3,0 °С в это отклонение температуры. В этот же период инсоляция была ниже, чем в современный, что дало вклад в умень- шение глобальной температуры на 0,6 °С. При оптимуме плиоцена, когда глобальная температура была выше современной на 3,6 °С, вклады в ее величину превышения СО2 и снижения

альбедо по срав- нению с их современными значениями были примерно равны (2,0 и 1,6 °С), а влияние инсоляции, которая была равна современной, отсутствовало.

Анализ эмпирических данных показал, что при удвоении кон- центрации СО2 в атмосфере глобальная температура изменяется на

3,0 °С [1]. И именно использование палеоклиматических данных для оценки чувствительности глобальной температуры к удвоению

Рис. 16.12. Связь между изменением глобальной температуры и концентрацией СО2 в атмосфере: 1 – по данным И.И. Борзенковой, 2 – по данным М.И. Будыко

270

концентрации СО2, как показано на рис. 16.12, позволило сузить

диапазон ее изменения до 3,0 ± 0,5 °С, в то время как по оценкам МОЦА эта величина изменяется от 1,5 до 5 °С. Эмпирические дан- ные об изменении климата за последние 100 млн лет свидетельству- ют, что именно уровень концентрации СО2 в

атмосфере и определил	различие между	двумя типами
климатического режима на Земле:
«оранжерейным» (неледниковым) и ледниковым		современного

типа [3].

В результате можно считать, что около 38 млн лет назад сфор- мировался современный климатический режим, который имеет сле- дующие основные черты [7]:

1)совпадение одного из континентов с полюсом и расположе- ние большей части материков в высоких широтах, что определяет климатическую асимметрию полушарий и большую роль альбедо в изменении климата Северного полушария;

2)наличие криосферы, включающей наземное, подземное и морское оледенения;

3)наличие психросферы, то есть придонных холодных вод с температурой ниже 8 °С;

4)температурная асимметрия океана и атмосферы: температу- ра океана 5,7 °С, температура воздуха 14,2–15,0 °С;

5)обогащение океана СО2, вызванное лучшей его растворимо-

стью в холодной воде и обеднение им атмосферы за счет изъятия из нее;

6)температурный градиент экватор – полюс в океане и темпе- ратурный градиент поверхность – дно в тропиках достиг 15–20 °С; 7)температурный градиент экватор – полюс в атмосфере до- стиг для Северного полушария летом 28,2 °С, зимой – 59,7 °С и для

Южного 40,2 °С летом и 74,2 °С зимой; 8)большая скорость вертикальной циркуляции океана и корот-

кое время водообмена от 250 до 1000 лет, большая насыщенность вод кислородом и высокая скорость придонных течений до 0,5 м/c; 9)сформировался ветровой механизм атмосферной циркуля- ции с циклоническими процессами, меридиональным переносом и

системой западных ветров; 10)Антарктида термически изолирована мощными ветровыми

океаническими течениями; 11)резко выраженная климатическая зональность на суше и в

океане; 12)высокая «чувствительность» климата высоких широт к