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.