ПАЛЕОКЛИМАТОЛОГИЯ

История палеоклиматологии. Палеоклиматические интерпретации палеонтологических материалов. Метод изотопной палеотермии

ИЗ ИСТОРИИ ПАЛЕОКЛИМАТОЛОГИИ

Первые представления о древнем климате, отличном от современного, стали складываться в XVII в. на основе находок ископаемых остатков тропических растений и животных на территориях Европы и Северной Америки, обладающих ныне довольно суровым климатом.

Первая попытка палеоклиматической интерпретации палеонтологических материалов приписывается английскому физику Р. Гуку (1686), высказавшему предположение, что в прошлом на Земле было теплее и что изменение ее климата произошло в результате колебания земной оси. Французский естествоиспытатель Ж. Бюффон, автор известного сочинения «Эпохи природы» (1778), считал, что изменения климата Земли являются следствием остывания ее недр. Похолодание климата, по его мнению, доказывают находки остатков слонов и носорогов, в прошлом обитавших даже в полярных областях, которые по температурному режиму не уступали современным тропикам. Близкого взгляда придерживался и один из крупнейших естествоиспытателей первой половины XVIII в. А. Гумбольдт.

В общем начальный этап истории палеоклиматологии, охватывающий XVII и XVIII столетия, характеризуется появлением первых полуфантастических догадок о древнем климате, основанных лишь на единичных находках ископаемых остатков.

Начало следующего этапа в развитии палеоклиматологии связывается с открытием в Европе следов четвертичного оледенения, надолго привлекшего к себе внимание естествоиспытателей. Одновременно было предложено два объяснения этого явления. Исследователи Альп с самого начала придерживались правильных представлений о древних ледниках, которые, по их мнению, были мощнее современных и спускались с гор до уровней, более низких, чем уровень современного оледенения (Д. Плейфер, 1802; И. Венетц, 1822). Исследователи равнинных областей Европы отстаивали идею дрифга, по которой эрратические валуны, рассеянные на полях Северной Европы, принесены плавающими льдами. Сторонниками идеи дрифга были Л. Агассиц (1840) и Ж- Шар- пантье (1841). Даже Ч. Лайель в первом издании своих знаменитых «Основ геологии» (1833) придерживался этого взгляда. Причину оледенения в ту пору склонны были видеть в прохождении Землей холодных областей мирового пространства (Пуассон, 1837) и в периодических изменениях элементов земной орбиты (Ж- Адемер, 1842).

К началу второй половины XIX в. теория материкового оледенения получает признание в работах Д. Дена. Появляются первые сведения об оледенении Восточной Европы, сообщенные К- Ф. Рулье (1852). Г. Е. Щуров- ский (1855) даже наметил размеры материкового оледенения, близкие к истинным.

Одновременно накапливались показатели палеоклиматов и по другим периодам. В Западной Европе в континентальных отложениях третичной системы были обнаружены растительные остатки тропического облика, а в морских отложениях мезозоя — коралловые рифы, также связанные с тропическим климатом. Остатки теплолюбивой флоры карбона были встречены в угленосных бассейнах Германии и Бельгии. Первую сводку показателей древних климатов, известных к этому времени, сделал Ч. Лайель в «Основных началах геологии» [1866]. Причинами изменения климата он считал колебания наклона земной оси, горообразование, изменения в соотношениях площадей суши и моря, морские течения.

В 1847 г. Ф. Рёмер предпринял первую попытку палеоклиматического районирования. По распространению рудистов в меловых отложениях Техаса он наметил два климатических пояса: теплый — с рудистами и умеренно теплый — лишенный этих ископаемых. Аналогичную биогеографическую и соответственно климатическую зональность Ф. Рёмер предполагал и для меловых отложений Европы, но несколько смещенную относительно американской к северу под влиянием Гольфстрима, который, по его мнению, тогда уже существовал.

В 1856 г. В. Т. Бланфорд открывает признаки оледенения в верхнепалеозойских отложениях Индии. Его находка показала, что ледниковые явления были свойственны не только четвертичному периоду, но и более ранним.

Таким образом, второй этап истории палеоклиматологии, охватывающий первую половину XIX в., характеризовался медленным накоплением сведений о древних климатах, привлечением в качестве индикаторов климатических условий прошлого наряду с органическими остатками и литологических данных (ледниковые отложения, рифы, соли, ископаемые угли). Представления о древних климатах и на этом этапе оставались еще отрывочными, схематичными и во многих отношениях ошибочными.

Подлинно научная палеоклиматология берет начало со второй половины XIX в., к этому времени относятся исследования, утвердившие правильные представления о характере климатов минувших эпох. И на этом этапе развития палеоклиматологии проблема оледенений продолжает оставаться в центре внимания. В 1875 г. швед О. Торрель приводит доказательства того, что отшлифованные и исчерченные поверхности скал и глыб, встречаемых в разных местах на равнинах Северной Европы, связаны с воздействием на них материковых льдов, в прошлом покрывавших всю Скандинавию и распространявшихся на юг до Среднегерманских возвышенностей. На грани подобных заключений находились уже многие исследователи, и поэтому доводы О. Торреля получили быстрое и всеобщее признание, гипотеза же дрифга была окончательно оставлена.

Основательную разработку ледниковой теории дал П. А. Кропоткин в известном труде «Исследование ледникового периода» (1876). Он показал, что материковые льды покрывали обширные пространства не только в Европе и Северной Америке, но и в северной части Азии, континентальный климат которой мало благоприятствовал оледенению. П. А. Кропоткин считал, что валунные пески, супеси и суглинки, распространенные в областях четвертичного оледенения, связаны с деятельностью ледяного покрова и вод, возникавших при его таянии.

В эти же годы Д. Кролль (1875), развивая идеи Ж. Адемера, формулирует свою астрономическую гипотезу, объясняющую ледниковые периоды изменениями элементов земной орбиты. Эта гипотеза и в наши дни имеет значительное число сторонников. В конце XIX в. была установлена множественность ледниковых эпох (А. П. Павлов).

В 60-х годах XIX столетия печатаются монографии швейцарского палеоботаника О. Геера по третичной флоре, содержащие значительные палеоклима- тические выводы. В трудах О. Геера мы впервые встречаем конкретные характеристики климата с количественной оценкой температуры и атмосферных осадков, основанные на анализе систематического состава растительности, ее экологических особенностей и морфологии.

На рубеже XIX и XX в. появляется ряд оригинальных гипотез, по-разному объясняющих изменения древних климатов. С. Аррениус (1896) связывает их с содержанием углекислого газа в атмосфере, Т. Чемберлен (1899) делает упор на морские циркуляции, В. Рамзай (1910) основную роль отводит орогени- ческим процессам. В 1920 г. с модернизированным вариантом астрономической гипотезы Адемера—Кролля выступает М. Миланкович.

Выдающееся значение для развития палеоклиматологии имело учение В. В. Докучаева о зонах природы. В. В. Докучаев впервые посмотрел на природу как на постоянно развивающийся комплекс взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов (в почвах, водах, органическом мире), строго отражающих зональные изменения климата.

В XX столетии развитие палеоклиматологии убыстряется, расширяется арсенал факторов, привлекаемых в качестве косвенных признаков древних климатов. Публикуются значительные литологические и палеонтологические материалы, пригодные для использования при палеоклиматических реконструкциях. Проводится ряд обобщающих региональных исследований, имевших большое значение для дальнейшего развития палеоклиматологии. Среди них следует назвать трехтомную монографию А. Пенка и Э. Брюкнера «Альпы в ледниковое время» [Penk, Bruckner, 1901—1909], книгу И. Вальтера «Закон образования пустынь» (рус. изд. 1911 г.), исследования Г. Горрасовица (1926) и П. Фагелера (1935) по латеритам и Ф. Лотце по солям (1949).

К этому же времени относятся и крупные сводные работы по климатам прошлого: монографии Э. Дакэ (1915), В. Эккардта (1921, 1923), Э. Хантингтона и С. Вишера (1922), В. Кеппена и А. Вегенера (1924, 1940), Ч. Брукса (1926), Ф. Кернер-Марилауна IKerner-Marilaun, 1930], в которых обобщаются уже достаточно многочисленные и разнохарактерные свидетельства о климатах минувших эпох и делается попытка проследить их эволюцию. Изменения древних климатов, с несомненностью вытекающие из периодических смещений поясов соленакопления, угленакопления, рифообразования и бокситообразования, попеременного господства аридного и гумидного типов литогенеза, чередования расцветов и кризисов флоры, великих вымираний групп континентальных и морских фаун, получили у этих авторов разное объяснение. Ч. Брукс связывает их .с периодическими изменениями палеогеографических условий земной поверхности, В. Кеппен и А. Вегенер — с перемещениями географических полюсов и континентов, Э. Хантингтон и С. Вишер — с колебаниями солнечной радиации.

В последние десятилетия стали появляться исследования по древним климатам отдельных регионов: Ж- Дурхама (1950) — по третичным климатам Северной Америки, Т. Кобаяши и Т. Шикама (1961) — по кайнозойским и мезозойским климатам Восточной Азии, Л. Кинга (1958) — по климатам Гондваны, В. М. Синицына [1965, 1966]—по кайнозойским и мезозойским климатам Евразии, А. А. Борисова [19651 — по древним климатам СССР. Рассмотрению общих проблем палеоклимата и методов его исследования посвящены работы М. Шварцбаха [Schwarzbach, 1950, 1961], Н. М. Страхова [I960] и сборники статей американских и английских ученых под редакцией X. Шепли (1953) и А. Е. Нэрна [Nairn, Thorley, 1961].

Значительным событием в истории палеоклиматологии явилась разработка и применение американскими, а затем и советскими геохимиками метода изотопной палеотермии, основная идея которого предложена Г. Юри (1950).

Однако в работах западноевропейских и американских исследователей, как заметил Н. М. Страхов [I960], все внимание сосредоточивается на выяснении и обсуждении факторов, влияющих на климат, и не ставятся задачи конкретной реконструкции древних климатов и составления палеоклиматических карт. В лучшем случае они ограничиваются схемами [Schwarzbach, 1961 ], учитывающими лишь такие экзотические индикаторы климата, как соли, угли, красноцветы и рифы.

Палеоклиматаческие реконструкции, выполненные советскими исследователями, в частности Н. М. Страховым [1960], основываются на изучении природной зональности различных геологических эпох, в которой нашли отражение важнейшие географические и геохронологические закономерности древних климатов. Изучение природной (климатической) зональности проводится с учетом всего комплекса показателей (литологические, геохимические, геоботанические и палеонтологические) и с применением формационного метода, который позволяет выполнять палеоклиматические реконструкции не только по единичным породам (соли, угли, красноцветы, рифы), но и по рядовым отложениям (глины, пески, обычные известняки), привлекать не только экзоты ископаемых флор и фаун, но и основные их группировки. Такой комплексный естественноисторический подход ставит палеоклиматологию на еще более твердую научную основу и открывает перед ней еще более широкие перспективы.

В настоящее время палеоклиматология является уже вполне самостоятельной многопрофильной наукой, опирающейся на геологические, биологические, географические и физические науки.