ДРЕЙФ МАТЕРИКОВ. КЛИМАТИЧЕСКАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ ПЛАНЕТЫ

ОСОБЕННОСТИ КЛИМАТА КОНТИНЕНТОВ В КАЙНОЗОЕ И МЕЗОЗОЕ. КЛИМАТ ПОЗДНЕГО КАЙНОЗОЯ

Климат четвертичного периода имел резко выраженный ритмический характер, и эпохи похолоданий с развитием мощных покровных оледенений сменялись значительными потеплениями. Соответственно происходили весьма существенные изменения физико-географической обстановки. Они выражались прежде всего в возрастании температурных контрастов между океанами и континентами, гипсометрическом различии рельефа суши, в особенностях осадконакопле- ния и условий жизнедеятельности растительного и животного мира.

Эти ритмические изменения приводили к периодическому расширению или, наоборот, сужению климатических поясов и их миграции. При этом за сравнительно короткие промежутки времени смещение климатических поясов достигало 1000—3000 км. В начале четвертичного периода климатическая зональность обладала значительным сходством с современной. Похолодание на 10—15° С, происшедшее в середине раннего плейстоцена, привело к разрастанию ледникового покрова в.полярных областях.

В эпохи оледенения, которых насчитывается по крайней мере не менее четырех, нарастание мощности ледниковых покровов и прогрессирующее похолодание способствовали миграции климатических поясов к экватору. Во время наиболее сильных похолоданий ледниковый покров в северном полушарии простирался до 57° с. ш., а в отдельных районах языки ледника достигали 40° с. ш.

Природные условия в областях, занятых ледниковыми покровами, мало чем отличались от условий районов современного оледенения, т. е. Антарктиды и Гренландии. Это дает основание провести определенные климатические аналогии. Согласно расчетным данным В. В. Косминско- го (1977), на перифериях полярных областей средние температуры самого теплого месяца в периоды оледенений редко повышались до 0°С, в то время как в центральных районах они почти всегда сохранялись на уровне — 25, — 30° С. Общее количество атмосферных осадков в пределах континентов сильно уменьшалось, так как сокращалась поверхность испарения, покрытая льдом. Вместе с тем сокращение атмосферных осадков во время оледенений явилось одной из причин, препятствующих дальнейшему развитию континентальных оледенений (Марков и др., 1965; Будыко, 1977).

Охлаждающее влияние ледников на прилегающие территории приводило к возникновению своеобразных природных зон, называемых перигляци- альными. Для них характерно сочетание довольно низких температур воздуха в течение года при относительно большой величине суммарной солнечной радиации и очень небольшого количества атмосферных осадков. Ландшафты перигляциальных областей сочетали в себе черты современной тундры и высокогорных степей.

По данным В. В. Косминского, величины радиационного баланса и суммарной солнечной радиации в перигляциальных областях близки к таким же величинам в современных антарктических и арктических поясах. Общее количество атмосферных осадков не превышало 200—250 мм/год. Средние температуры наиболее теплого месяца нередко повышались до + 10° С, хотя в холодное время они часто опускались до —50° С.

В расположенном южнее умеренном поясе растительный покров, особенности выветривания, денудации и осад- конакопления обладали определенными чертами сходства с растительным покровом, особенностями выветривания, денудации и осадконакопления в современных областях умеренно холодного и умеренного климата. Исходя из состава растительного покрова, ареалов стенотермных пресноводных моллюсков и наземной фауны позвоночных, а также по данным стронциевой палеотермометрии (Ясаманов, 1977, 1981) среднегодовые температуры в Евразии составляли 3—5° С. В летние месяцы температуры повышались нередко до 20°С, а в зимнее время опускались до —25, -30°С.

Согласно JI. Гейтсу (Gates, 1976), на территориях, свободных от материкового льда, было значительно холоднее, чем в современную эпоху. В Западной Европе температуры на 9—12°С      были ниже современных, в Восточной Европе — на 10—15, на востоке Северной Америки — на 10—14, а среднеглобальная температура приземного воздуха — на 6°С ниже современной. Существенно отличался и уровень атмосферного давления в разных частях континентов, и, следовательно, несколько иным должен был быть режим увлажнения'1".

Значительные контрасты температур между областями умеренного и тропического климатов способствовали возникновению циклонической деятельности. Районы циклонов по сравнению с современными располагались ближе к экваториальным широтам. Циклоническая деятельность приводила к увлажнению аридных областей Южной Европы, Центральной Азии, Африки, Северной и Южной Америки и обеспечивала обильное выпадение атмосферных осадков.

В межледниковые эпохи существенно расширяются тропический и субтропический пояса. В пределах арктического и антарктического поясов, размеры которых были близки к современным, суммарная солнечная радиация не превышала 90— 100 ккал / см2год; среднегодовые температуры были отрицательными. Средние температуры самого холодного месяца составляли — 30, — 50°С, а в теплые сезоны возрастали до 0, + 2°С. Субарктический пояс характеризовался развитием тундровых и лесотундровых ландшафтов. Средние температуры теплого месяца составляли +10, + 12°С, а годовая сумма атмосферных осадков достигала 500 мм.

В пределах умеренного пояса располагались таежные, лесные (смешанные и широколиственные леса), лесостепные, степные, полупустынные и пустынные ландшафты с соответствующими климатическими характеристиками. Температурный режим северного умеренного пояса установлен не только по аналогии с современными ландшафтами, но и по данным магнезиальной и стронциевой палеотермометрии. В таежной зоне в микулинско- казанцевское и лихвинское межледниковья на территории европейской части СССР средние температуры в теплое время составляли 10—15° С, а в Южной Сибири — 10—12°С В зоне широколиственных лесов в теплые сезоны они повышались до 20° С, а среднегодовые равнялись 3—4° С

В лесостепной и степной зонах среднегодовые температуры колебались в пределах 4—8° С, а сред нелетние значения их достигали 20—25°С. Исходя из состава растительности и по коэффициентам ксерофильности можно предполагать, что общее количество атмосферных осадков вряд ли превышало 500 мм и уменьшалось от морских побережий в глубь континентов. В центральных областях Евразии, Африки, Южной Америки и Австралии, так же как и в современную эпоху, располагались полупустыни и пустыни.

Области с муссонным и засушливым типом климата в субтропическом поясе выделяются по характеру растительности, аутигенному минералооб- разованию и комплексу наземных позвоночных. Границы субтропического пояса по сравнению с современными находились в более высоких широтах. Среднегодовые температуры, вычисленные на основании коэффициентов термофильности растительного покрова, а также по составу наземной фауны позвоночных, типу литогенеза, аутигенному минералообразованию и стронциевой палеотермометрии, оцениваются величиной 14—18° С.

В тропическом и экваториальном поясах выделяются секторы аридный (тропические пустынные ландшафты), переменно-влажный (тропические са- ванные ландшафты) и равномерно- влажный (ландшафты тропических и экваториальных влажных и дождевых лесов). По данным Ц. Эмилиани (Emiliani, 1966), среднегодовые температуры среды обитания планктонных фораминифер в экваториальном поясе составляли 25—28°С.

Неогеновый период — время становления современных природных условий, животного и растительного мира. Тогда впервые возникли ландшафты тайги и бореальных степей. Основные тенденции эволюции климата неогена могут быть сведены к трем важнейшим положениям: 1) прогрессивное похолодание, распространившееся от высоких широт, и появление ледниковых покровов в полярных областях; 2) существенное обострение температурных контрастов между высокими и низкими широтами; 3) обособление в начале неогена и преобладание в конце его континентальных типов климата.

В целом климат позднего неогена был более теплым, чем современный и четвертичный, и только в конце плиоцена природные условия умеренных широт мало чем отличались от межледниковых. Тропический и экваториальный пояса достаточно четко диагностируются распространением латеритных покровов и латеритных кор выветривания (север Бразилии, Гвиана, Камерун, Нигерия, Гвинея), коралловых рифов, тропического комплекса морской фауны и растительного покрова. В зависимости от количества и степени распределения атмосферных осадков выделяются аридный, переменно-влажный и равномерно-влажный секторы. В аридном секторе располагались пустынные ландшафты и накапливались континентальные карбонатные и гипсонос- ные красноцветы, эоловые пески с характерными корками пустынного загара и разнообразные гипсоносные и соленосные осадки. Последние известны в Испании, Иране, Ираке, в западной части Китая, в Боливии и Перу.

Область переменно-влажного климата тропического пояса характеризовалась развитием саванной растительности, формированием ферраллитных кор выветривания, накоплением континентальных слабокарбонатных красноцветных осадков и небольшой мощностью угленосных толщ.

Равномерно-влажные условия свойственны главным образом экваториальному климату. Высокий температурный режим (26—28°С) и большое количество атмосферных осадков (1500—5000 мм) способствовали развитию сплошного растительного покрова, состоящего преимущественно из влаголюбивых и вечнозеленых форм. На платообразных возвышенностях формировались латеритные покровы, а в континентальных бассейнах накапливались красноцветные бескарбонатные осадки. Наряду с ними формировались угленосные толщи.

Характерными особенностями субтропического пояса являются формирование в его пределах известковых высокомагнезиальных осадков, наличие большого количества глауконита, образование специфических феррал- литных кор выветривания и высокая угленосность. Обильно увлажненные ландшафты покрывались хвойно-ши- роколиственными лесами с большой долей участия вечнозеленых. Аналогом этой растительности могут служить леса в Аппалачах (Синицын, 1966). Климат аппалачского леса характеризуется среднемесячной температурой января — 4° С, июля + 24° С и годовой суммой атмосферных осадков около 1200 мм с более или менее равномерным распределением в течение года. Среднегодовые температуры, определенные магнезиальным и стронциевым методом по раковинам двустворчатых моллюсков юга нынешней европейской части СССР, оказались равными 13—18° С.

В областях переменно-влажного климата развиты лесостепные и степные ландшафты с характерными травянистыми и кустарниковыми ксеро- фильными сообществами. Коры выветривания сиаллитного типа оподзоле- ны. Осадочные образования представлены слабокарбонатными и гипсонос- иыми красноцветами, эоловы ми и пролювиальными фациями. В местах наивысшей сухости (пустыни Средней Азии, Австралии и Южной Америки) распространены выделения гипса, каменных солей, характерные пустынные корки загара и известны остатки саксаула, эфедры.

Умеренный пояс в плиоцене располагался в более высоких широтах, чем в современную эпоху, но с течением времени наблюдается его постепенная миграция в сторону экватора. В пределах умеренного пояса располагались обильно увлажненные ландшафты и формировались угленосные толщи. В начале плиоцена на низменностях и равнинах росли смешанные, хвойно- широколиственные леса, в составе которых наряду с сосновыми и еловыми деревьями принимали участие дубы, грабы, буки. В конце раннего плиоцена господствующим типом растительности на севере Евразии и Северо- Американского континента становятся таежные леса. В позднем плиоцене произошло разделение темнохвойной (елово-пихтово-тсуговая) и светло- хвойной (лиственничная) тайги (Синицын, 1965). Хотя в южной части умеренного пояса северного полушария росли хвойно-широколиственные леса с теплолюбивыми сообществами, в позднем плиоцене они повсеместно сменились березово-ольховыми ассоциациями.

Присутствие растительности тепло- умеренного климата, а также развитие гидрослюдистых и монтмориллонито- вых глин и слабая карбонатность осадков позволяют считать, что продолжительность теплого сезона составляла не более 3—5 месяцев. Среднегодовые температуры среды обитания двустворчатых моллюсков на юге северного умеренного пояса (территория современных центральных районов европейской части СССР, Алтая, юга Западной Сибири, Казахстана) составляли 10—12°. Близкие температуры получены изотопным методом по раковинам двустворчатых моллюсков Исландии (Гладенков, Покровский, 1974), причем намечается уменьшение температурных значений в конце раннего плиоцена и в эоплейстоцене.

Похолодание в конце плиоцена было настолько интенсивным, что привело не только к изменению условий жизнедеятельности многих организмов и осадконакопления, но и к появлению в северном полушарии покровных оледенений. Первое появление ледниковых морских отложений в акватории Северного Ледовитого океана датируется 4,5—4,8 млн. лет (Кларк, 1974). Значительно раньше появились ледники в Западной Антарктиде. Примерно 10—15 млн. лет назад ледники покрывали значительную часть Антарктиды. К этому же времени приурочено начало горноледникового оледенения в Южной Аргентине и Исландии.

Климатическая зональность миоценовой эпохи () довольно близка к плиоценовой. Однако отличительной особенностью климата миоцена является значительная ширина тропического пояса и практическое отсутствие холодных условий в северной полярной области. В Антарктиде многими исследователями отмечается присутствие признаков оледенения (Kennet, 1977; Margolit, Kennet, 1971).

Положение тропического пояса фиксируется распространением латерит- ных покровов, латеритных и феррал- литных кор выветривания, разнообразных терригенных осадков с высокими коэффициентами устойчивости и мономинеральности, развитием высокомагнезиальных органогенных и оолитовых известняков, доломитов, эвапоритов, тропическим комплексом морской фауны (кораллы, коралловые полипы, орбитоиды, теплолюбивые формы планктонных форамини- фер, двустворчатых и брюхоногих моллюсков) и тропических растительных ассоциаций.

О температурных условиях тропического пояса можно судить как на основании анализа литологического и палеонтологического материала, так и по единичным определениям палео- температур по раковинам организмов, обитавших на перифериях тропического пояса. В Австралии (Виктория), по данным Ф. Дормана и Е. Гилла (Dormann, Gill, 1959), в начале миоцена температуры составляли 16—20° С, а в конце миоцена они понизились до 13—16°. Согласно И. Девере (Deve- reux, 1967, 1968), в начале раннего миоцена в Австралии были температуры около 16°, но затем они повысились до 20—21°, а в конце миоцена вновь уменьшились до 15—16°С. В Закавказье среднегодовые температуры в начале миоцена составляли 20—22°С, а в конце миоцена они понизились до 13—15°С.

По степени влажности в пределах тропического и экваториального поясов выделяются секторы аридного, переменно-влажного и равномерно- влажного климата. Аридный сектор (Средиземноморье, Ближний и Средний Восток) обосновывается развитием соленосных и гипсоносных отложений, экстракарбонатной и континентальной красноцветной гипсонос- ной и карбонатной формаций, развитием эоловых песков, преобладанием палыгорскита и сепиолита среди глинистых минералов и существованием разреженного растительного покрова, состоящего в основном из ксерофиль- ных ассоциаций.

В условиях сезонного дефицита влаги и высоких среднегодовых температур наряду с соленосными и гип- соносными отложениями накапливались угленосные (Западная Европа, юг Северной Америки), каолинито- вые, бейделлиотовые и монтморилло- нитовые глины и слабокарбонатные красноцветы. Плакорные пространства и низменности покрывались своеобразной растительностью, сходной как с современными саваннами, так и с жестколистными лесами Восточного Средиземноморья. В саваннах, а в позднем миоцене в саванно-степных ландшафтах Центральной Азии, Южной Африки и Южной Америки обитали такие млекопитающие, как носороги, антилопы, гиппарионы и разнообразные грызуны.

Между секторами аридного и переменно-влажного климата тропического пояса располагался экваториальный пояс. В его пределах формировались высокозрелые осадочные образования, латеритные покровы и латерит- ные коры выветривания. Латериты известны в Австралии (месторождения Гоув, Вейпа, Моск-Велли), в Африке (Гвинея, Сенегал, Нигерия), в Северной Америке (США, штаты Орегон, Монтана), в Центральной Америке (Ямайка, Гаити, Доминиканская Республика, Гватемала, Коста-Рика) и в Южной Америке (Суринам, Бразилия). В мелководных частях обширных морских водоемов наряду с накоплением высокомагнезиальных карбонатов и разнообразных органогенных известняков развивались различной величины и протяженности рифовые постройки. В строении одиночных, береговых, барьерных и атолловых рифов наряду с мадрепоровыми кораллами принимали участие известковые водоросли, иглокожие, брахио- поды и двустворчатые моллюски.

Обилие органогенного вещества способствовало накоплению угленосных осадков в пределах озерно-болот- ных систем приморских низменностей. Угленосные толщи небольшой мощности известны в Юго-Восточной Азии, на юге Северной Америки, в Южной Америке и Австралии. Приморские и внутриконтинентальные низменности покрывались влажнотро- пическими лесами, по экологическим особенностям и систематическому составу сходными с современными экваториальными лесами. По экологическим условиям и особенностям оеад- конакопления в пределах Центральной и Южной Америки, а также Юго- Восточной Азии выделяются ландшафты мангровых лесов, побережий и вечнозеленых влажных лесов низменностей и предгорий.

Субтропический пояс наиболее обоснованно выделяется в северном полушарии. В пределах областей равномерного увлажнения формировались серо цветные угленосные осадки и выветривание носило ферраллитный характер. На южных окраинах пояса происходило образование каолинито- вых кор выветривания, а в районах, испытывающих влияние аридного климата, глинообразование и аутиген- ное минералообразование в значительной степени ослабели. Большей частью каолинит замещается монтмориллонитом, а в осадках появляется большое количество гидроокислов железа.

Переменно-влажные условия существовали в Центральной Европе, на юге нынешней европейской части СССР, Казахстана, Южной Сибири, Забайкалья и Западной Монголии. Эти условия фиксируются развитием пестроцветной монтмориллонитовой формации и смешанным комплексом растительных сообществ. В сторону аридного тропического климата возрастает карбонатность монтмориллонитовой формации, усиливается ее ги- псоносность, исчезают прослои лигнитов, появляется красная пигментация.

В течение миоцена под влиянием наступавшего похолодания и континентализации климата наибольшим видоизменениям подвергались природные условия субтропического пояса. Это выражается сменой каолинитового профиля выветривания гидро- слюдистым, прекращением образования аутигенных минералов железа и сменой красноцветной окраски на сероцветную.

Соответствующие изменения наблюдаются в составе растительного покрова, в фауне моллюсков и особенно в систематическом составе наземных позвоночных. В начале миоцена обширные пространства с равномерным увлажнением покрывались широколиственными лесами с большим количеством вечнозеленых. В лесах велика роль лавровых, бобовых, пальмовых, но в конце миоцена появляются представители более умеренной флоры (Синицын, 1965).

На востоке Евразии и в Северной Америке произрастали смешанные леса, состоящие из вечнозеленых, теплолюбивых (субтропических) широколиственных и хвойных. В течение миоцена леса обедняются за счет выпадения вечнозеленых (пальмы, магнолии), хвойных (секвойя, таксо- диум) и широколиственных (платан, ликвидамбар).

В областях с сезонным увлажнением в связи с возрастанием континентальное климата на основе смешанных субтропических лесов образуются лесостепи и степи. Полностью исчезает лесная растительность с плакорных пространств. Лесные комплексы наземных позвоночных (анхитериевый комплекс) сменяются степным -и лесостепным (гиппарионовый комплекс).

Палеотермометрические данные по магнезиальности кальцитовых раковин показали, что если в конце раннего и в среднем миоцене средние температуры среды обитания брахиопод и устриц составляли 17—18°, то в позднем они понизились до 12— 15°С.

Положение умеренного пояса, основные характеристики климата и их изменение фиксируются многочисленными данными, сосредоточенными в северном полушарии. Зональными литогенетическими формациями умеренного пояса являлись терриген- ная, полимиктова я, сероцветная и угленосная. Песчаники обогащены неустойчивыми к выветриванию минералами, а среди глинистых минералов породообразующие — гидрослюда и хлорит. На территории умеренного пояса, охватывающего север Евразии и Северной Америки, широким развитием пользуются фации обильно увлажненных ландшафтов, в частности такие, как болотные, озерные, ста- ричные и пойменные. Угленосные отложения сосредоточены на архипелагах и на морских побережьях, т. е. приурочены к морскому типу климата. Угленосность в районах с континентальным климатом угасает, а выветривание достигает только гидрослюдистой стадии.

В морях умеренного пояса северного полушария (современное Арктическое побережье, Камчатка) обитала бореальная фауна моллюсков. Большого разнообразия достигли двустворчатые моллюски, но в этих морях неизвестны обитатели теплых областей, в частности такие, как кораллы, крупные фораминиферы, пектиниды и т. д. Единичные определения палео- температур позволяют предполагать наличие среднегодовых температур порядка 4—10°С.

Континентальные пространства покрывались хвойными и хвойно-широ- колиственными лесами. Хвойные леса располагались на равнинах севера Центральной Сибири и Северо-Восто- ка СССР. Согласно В. М. Синицыну (1976), средние температуры января составляли — 2, — 5°, июля + 19, + 20°, а годовая сумма атмосферных осадков — 800 мм.

Низменности умеренного пояса Евразии, Северной и Южной Америки, Шетландских островов и Антарктического полуострова были покрыты хвойно-широколиственными лесами. По данным В. М. Синицына (1965, 1976), они напоминали современные леса севера Аппалачей. Р1сходя из этого считается, что средняя температура января составляла 0, +2°С, июля +20, + 21°С, а годовая сумма атмосферных осадков — 1000 мм.

В конце миоцена в лесах на территории современной Западной и Центральной Сибири, Северо-Востока СССР и Аляски исчезли теплолюбивые элементы и сократилась роль широколиственных. В систематическом отношении леса обладали определенным сходством с современной растительностью северного подтипа Лаврентьевского и Гудзоновско- го лесов. Среднеянварская температура составляла — 10, — 12° С, июля + 16, + 18°, а годовая сумма атмосферных осадков — 700—800 мм (Синицын, 1965).

Таким образом, в течение миоценовой эпохи на фоне небольших по масштабу потеплений, имевших место на границе раннего и среднего миоцена, происходило прогрессивное похолодание с соответствующим изменением характера выветривания, типов осадков, фациальных особенностей, состава литогенетических формаций, растительности и животного мира. Эти изменения сопровождались усилением контрастности аридных и гумид- ных зон и значительным расширением областей переменно-влажного климата, развитию которого способствовала континентализация климата.

Ландшафты озерно-болотных низменностей умеренного и субтропического поясов с богатой растительностью, оптимальные для концентрации углерода, постепенно сменялись лесостепями и степями умеренного пояса и сухими саваннами. Весьма характерно для миоценовой эпохи появление субтропического пояса, сходного по своим климатическим характеристикам и природным условиям с современным. Это предопределило близкую к современной атмосферную циркуляцию умеренного пояса, которая стала складываться в приполярных областях.