26. Климаты земли в геологическом прошлом

К важнейшим параметрам климата относится средняя глобальная температура у земной поверхности, на которую наибольшее влияние оказывают три фактора: количество СО₂ в атмосфере, величины солнечной постоянной и альбедо Земли. Увеличение солнечной радиации на 1% при постоянном альбедо Земли повышает среднюю температуру на 1,4°С, а увеличение альбедо на 0,01 понижает температуру на 2°С.

А. В современную эпоху средняя температура нижнего слоя воздуха равна 15°С. На протяжении фанерозоя (до плиоцена включительно) средняя температура воздуха была выше современной на 2,8 — 11,0°С, т.е. соответствовала 18 — 26°С. В конце фанерозоя (олигоцен, плиоцен — плейстоцен) отмечались заметные понижения температуры воздуха.

Б. В истории климатов Земли существенным было чередование теплых и холодных периодов. Причем холодные (ледниковые) периоды были относительно непродолжительными и разделялись длительными теплыми. В истории Земли можно выделить следующие ледниковые эры: раннепротерозойскую (2500 — 2000 млн. лет назад), позднепротерозойскую (900 — 630 млн. лет назад), палеозойскую (460 — 230 млн. лет назад), которые в свою очередь еще подразделяются на ледниковые периоды и эпохи.

В позднем протерозое был широко распространен Лапландский ледниковый покров (670 — 630 млн. лет назад) в Европе, Азии, Западной Африке и в Австралии. Ледниковые щиты (при средней мощности до 2500 м) только в Восточной Европе и Западной Африке занимали площади не менее 4 — 7 млн. км². В палеозойской эре особый интерес для рассмотрения представляет ледниковый период (поздний ордовик — ранний силур), причем тиллиты этого времени (460 — 420 млн. лет назад) имели широкое распространение в Африке, Южной Америке, в восточной части Северной Америки и в Западной Европе. Общая площадь территории, покрытой в позднем ордовике материковым оледенением, составляла примерно 23,6 млн. км², а в раннем силуре — 13,7 млн. км². Мощность сахарского ледникового покрова составляла около 3000 м.

Ледниковый покров в позднем карбоне-перми занимал значительные пространства Гондваны. В Центральной Африке о наличии мощного ледникового покрова в этот период свидетельствуют обнаруженные моренные отложения (тиллиты) в Замбии, Зимбабве, Конго и Танзании. Центр так называемого «гондванского» оледенения (мощность ледникового покрова достигала 4 — 4,5 км) располагался в Центральной Африке (около Замбези), откуда ледники радиально распространялись на Мадагаскар, в Южную Африку и Южную Америку. Вероятно, области оледенения Гондваны занимали площадь не менее 35 млн. км² (возможно, и до 50 млн. км², что в 2 — 3 раза превышает площадь современной Антарктиды.

Четвертичному периоду предшествовала длительное понижение температуры воздуха, особенно это проявилось в олигоцене. В северном полушарии средние температуры воздуха в середине эоцена составляли 22 —25°С, а во второй половине олигоцена они снизились до 15 —18°С. Более интенсивно в этот период понижались температуры воздуха и поверхностных вод океана в южном полушарии. Имеются материалы, свидетельствующие о развитии оледенения в отдельных районах Антарктиды именно в олигоцене, а настоящий ледниковый покров образовался на данном материке в начале миоцена (20 — 25 млн. лет назад).

Теплые периоды (ранний карбон, поздняя юра, поздний мел, эоцен) отличались такими признаками: средняя температура воздуха была сравнительно высока, выражены не все современные климатические зоны (выпадали обе полярные ледяные зоны), зоны широкие и переходы между ними постепенные, причем общая дифференциация климатических зон выражена весьма мало.

Холодные периоды (ордовик-силур, поздний карбон-пермь, неоген, плейстоцен) характеризовались тем, что средняя температура воздуха была значительно ниже, чем в теплые периоды, выражены все климатические зоны, границы между зонами резкие.

Расчеты по теории климата показывают, что во время теплых периодов фанерозоя температура воздуха в тропических широтах повышалась сравнительно не намного, тогда как в средних и особенно в высоких широтах она была гораздо выше современной. В эти периоды при увеличении притока солнечной радиации значительно возрастала энергия атмосферных процессов, что интенсифицировало меридиональный перенос воздушных масс. В результате климат полярных зон обычно был сравнительно теплым, что исключало существование полярных льдов.

Так, по расчетам, в середине мелового периода (около 100 млн. лет тому назад) широколиственные тропические леса были широко распространены в умеренных широтах. В Антарктиде отсутствовал ледниковый покров. Уровень океана был на сотни метров выше современного. Во внутренних областях даже зимой температура воздуха не опускалась ниже 0°С. Расчетная температура тропических вод составляла около 25 —30°С.

В холодные периоды атмосферная циркуляция носила противоположный характер. Солнечная активность ослабевала, и соответственно уменьшался меридиональный перенос воздушных масс. Экваториально-тропическая зона сужалась, появлялись холодные полярные (ледяные) зоны, причем границы между климатическими зонами становились резкими и возрастала дифференциация климатических условий. Все это и способствовало в прошлом возникновению на материках ледниковых покровов.

Климаты плейстоцена. Наиболее характерной чертой плейстоцена было неоднократное чередование ледниковых и межледниковых эпох. Плейстоцен считают временем максимального распространения континентальных обстановок. В течение плиоцена и плейстоцена средняя высота материков возросла на 500 м (в настоящее время составляет 875 м). Такое возрастание средней высоты суши могло вызвать охлаждение земной поверхности на 3°С. В эпохи оледенений значительные пространства Евразии и Северной Америки покрывались ледниковыми покровами (соответственно 25% и 60% площади материков). В период максимума оледенения площадь ледников составляла более 45 млн. км² или 30% площади суши (современное около 11%). Объемы льда ледниковых щитов Северной Америки достигали около 24 млн. км³, а Европейского – 7,7 млн. км³, т.е. их объемы соотносились как 3:1. Такие огромные массы льда привели к снижению в северном полушарии температуры воздуха намного ниже современных значений, в частности в Западной Европе на 9 —12°С, на востоке Северной Америки на 10—14°С, а среднеглобальной температуры приземного слоя воздуха на 5 —6° С ниже современной.

В межледниковые эпохи климат становился более теплым и влажным, а максимумы среднегодовой температуры бывали даже на 2 —3°С выше современных значений.

В перигляциальной зоне обширные пространства занимали своеобразные ландшафты (тундростепи). После максимального похолодания началось в связи с потеплением климата смещение географических поясов в обратном направлении — от экватора к полюсам. На основе палеоботанических исследований, установлено, что в Европе ритмические изменения природы проходили по такой схеме: ледяная зона — зона широколиственных пород – ледяная зона (смещение зональных границ составляло около 2500 км к югу и северу). Ритмические явления охватывали и более южные районы (современные субтропическую и тропическую зоны) северного полушария. Здесь отмечалось чередование плювиальных (соответствуют оледенениям высоких широт) и ксеротермических периодов. Смена влажных и сухих периодов происходила так: умеренная зона — субтропическая зона — умеренная зона. Смещение зональных границ происходило на 1500 – 2000 км.