КЛИМАТ В ДРЕВНИЕ ЭПОХИ

Дрейф континентов. Мобилизм и климатическая зональность в фанерозое

Сравнительно давно было замечено, что области, расположенные в пределах современного экватора или полюсов, в геологическом прошлом обладали иным типом климата. На ранних стадиях исследования, когда представления о палеоклиматах основывались главным образом на данных по Европе и Северной Америке, предполагалось существование в течение большей части фанерозоя на всей Земле более теплых климатов, чем в современную эпоху. Обнаружение тиллитов и тиллоидов в верхнем палеозое на континентах южного полушария пытались объяснить своеобразием климатов палеозоя, или более высоким гипсометрическим положением южных материков. В этом случае, по мнению ряда исследователей, оледенения могли происходить в экваториальном поясе и они сосуществовали с тропическим климатом более высоких широт.

Палеоклиматические реконструкции и карты климатической зональности геологического прошлого со всей очевидностью свидетельствуют о несоответствии для ряда геологических периодов расположения климатических поясов. Многие несоответствия при фиксированном (современном) положении материков были известны давно, и некоторые исследователи пытались истолковать изменение иалеоклиматов как результат постепенного смещения всего земного шара или только земной коры по отношению к полюсам и оси вращения Земли. Сохраняя принцип незыблемости материков Н. М. Страхов [83] и Л. Б. Рухин [,72] в своих глобальных построениях были вынуждены проводить позднепалео- зойский экватор через Индию и Австралию, хотя для этого времени в этих же районах характерно развитие ледниковых отложений. Это несоответствие они пытались разрешить довольно спорным предположением о более высоком гипсометрическом положении материков южного полушария. Парадоксальность мнения о распространении в позднем палеозое ледниковых, отложений только на материках южного полушария и красноцветных и эва- поритовых формаций сухого и жаркого климата только в северном полушарии была отмечена В. Кёппеном, А. Вегенером, J1. Шварц- бахом, Б. Л. Личковым, М. Жинью, С. Н. Бубновым и др.

Шарообразная форма Земли предопределяет широтную климатическую зональность. Во все времена геологической истории существовали пояса экваториального, тропического и субтропического климата, а в отдельные промежутки времени и нивального. В зависимости от увлажнения выделяются сектора или области аридного, гумидного, а иногда и переменно-влажного климата.

Логичное объяснение древней климатической зональности и изменения климата Земли можно сделать только на основе теории мобилизма литосферы. А. Вегенер был первым, кто преодолел существовавшие палеоклиматические противоречия. На основании гипотезы дрейфа континентов им было показано, что в отдельные периоды геологической истории южные материки располагались в высоких широтах. Благодаря этому удовлетворительно без нарушения физических законов была объяснена разница в климатах континентов.

М. Шварцбах [97], Л. Б. Рухин [72], Н. М. Страхов [83], построившие палеоклиматические карты отдельных периодов фанерозоя, пытались объяснить возникающие несоответствия в климатической зональности в отдельные периоды геологической истории иным положением экватора. Согласно Страхову [,83], плоскость экватора в течение фанерозоя менялась по крайней мере три раза: в раннем палеозое, позднем палеозое и середине мезозоя.

В первых мобилистских построениях палеоклиматические данные являлись единственными указателями палеоширот, так как распространение типоморфных для палеоклиматов ассоциаций и комплексов пород и органических остатков дает весьма приблизительную привязку местности к той или иной широте. В настоящее время палеоклиматические данные служат дополнительным и весьма существенным, а самое главное, независимым от палео- магнитных данных источником проверки истинности предполагаемых положений континентов и полюсов относительно оси вращения Земли. В том случае, когда палеоклиматическая зональность совпадает с палеомагнитными данными, это является весьма весомым критерием достоверности и надежности глобальных палео- климатических реконструкций.

Для иллюстрации совпадения или расхождения палеомагнитных широт с палеоклиматическими данными обычно используются так называемые палеоширотные «спектры». Так, Блэкет для углей, а Ирвинг для карбонатов показали симметричную их группировку относительно экватора для мобилистских моделей.

В настоящее время из весьма многочисленных глобальных палеогеографических реконструкций наиболее совершенными являются реконструкции, выполненные Л. П. Зоненшайном и А. М. Городницким [29, 36]. Их отличительной чертой является более широкое использование геологических данных. Реконструкции выполнялись авторами вначале на глобусе, а затем изображались в стереографической проекции с центром на экваторе. В дальнейшем положение континентов переносилось на цилиндрическую, близкую к меркаторской, проекцию, охватывающую весь земной шар, а полярные области — на две сферические проекции, отвечающие северной и южной полярным областям.

Климатическая зональность в разные эпохи фанерозоя, выявленная по различным палеоклиматическим индикаторам и подробно охарактеризованная в предыдущих главах, при нанесении на карты современного положения континентов плохо согласуется с современными широтами. Исключение составляет позднекайнозойская климатическая зональность, когда положение природных зон, климатических поясов и экватора практически совпадает с современным. В то же время климатическая зональность с кембрийского периода и по эоценовую эпоху включительно простиралась не только субширотно, а в палеозое даже меридионально. Как простирание экватора, вычисленное по географическому положению аридных и переменно-влажных секторов в северном и южном полушариях, так и положение границ тропического и умеренного поясов полностью отличается от современного.

Важную роль для обоснования факта и установления закономерностей дрейфа материков играет положение экваториального пояса. Его выделение основывается на распространенности типо- морфных комплексов осадочных пород, растительных и фаунисти- ческих ассоциаций. Экваториальный пояс, как и в современную эпоху, характеризовался существованием обильного и равномерного увлажнения, что и предопределило развитие ландшафтов влажных тропических и экваториальных лесов. Он располагается между областями аридного климата (северный и южный аридные пояса), которые симметричны по отношению к экватору.

В кембрийский период в восточном полушарии существовал мегаконтинент Гондвана, по широте и долготе повернутый примерно на 180° относительно современных его осколков, сохранившихся в Африке, Южной Америке и Антарктиде. Северо-Аме- риканский, Восточно-Европейский, Сибирский и Китайский континенты располагались главным образом в экваториальной части западного полушария ( 7.6). Сибирский микроконтинент обладал определенными чертами сходства с современным Индонезийским архипелагом, а Восточно-Европейский напоминал современную Северную Америку с ее Канадским Арктическим архипелагом. В это же время микроконтинентами являлись Западно-Европейская, Казахстанская, и Индокитайская глыбы. Перечисленные континенты разделялись Палеоазиатским и Палеоатлантическим океанами. Все континенты были смещены в южное полушарие, а северное в отличие от современной эпохи было занято океанами.

По палеомагнитным данным, в кембрийский период континенты, за исключением Гондваны, располагались в приэкваториальных широтах. Имеющиеся палеоклиматические данные для этого периода свидетельствуют о господстве тропического и экваториального климата на Северо-Американском, Восточно-Европейском, Западно-Европейском и Сибирском континентах, Казахстанском и Индокитайском микроконтинентах. Перенесенная климатическая зональность с палеоклиматических карт при фиксистском положении материков на мобилистскую модель свидетельствует о хорошей сходимости простирания климатических поясов с палео- широтами кембрийского периода.

Северная граница тропического пояса проходила примерно по 35—45° с. ш. По-видимому, на таком же расстоянии от палео- экватора находилась южная граница тропического пояса. Во всяком случае к 35—45° ю. ш. приурочена граница тропиков в пределах Южно-Американской части Гондванского мегаконтинента. Что же касается Африки, то исходя из палеоклиматических данных, она должна была располагаться примерно на 10° севернее.

Таким образом,одной из причин преобладания на значительной части современных континентов тропического и экваториального типов климата в кембрийский период является не только существование более теплого, чем в современную эпоху, климата планеты, но и сосредоточение значительной части континентов вблизи экватора и нахождение в околополярных районах океанов.

В среднем и позднем ордовике, т. е. спустя примерно 100 млн. лет, размеры континентов в западном полушарии увеличились, но одновременно с этим произошла и крупная регрессия. В восточном полушарии Гондвана сохранила свои прежние размеры и положение, а на южном полюсе располагалась северо-западная часть Африки ( 7.7).

Южная часть Палеоатлантики в среднем и позднем ордовике была раскрыта, а северная, наоборот, стала закрываться, перерождаясь в систему островных дуг и окраинных морей. Одновременно с этим в Евразии возникли новые океанические бассейны — Палеотетис и Уральский океан. В это же время стала проявляться тенденция к сближению континентов.

Климатическая зональность в среднем и позднем ордовике хорошо согласуется с палеоширотами. Экватор пересекал Северо- Американский континент и Гренландию и проходил южнее Вос- точно-Европейского и Сибирского континентов. Иное местоположение по сравнению с кембрийским периодом континентов и особенно  мегаконтинента Гондваны способствовало похолоданию и возникновению оледенения на континентах южного полушария.

На Северо-Американском, Западно-Европейском, Восточно- Европейском, Сибирском и Китайском континентах и Индокитайском микроконтиненте, которые в течение ордовика располагались в приэкваториальных широтах, существовал тропический и экваториальный климат. Данный тип климата характерен также и для северных регионов Гондваны. Южная часть Южно-Амери ка некого континента и восточная часть Африки располагались в приэкваториальных широтах.

Показатели холодного климата, главным образом тиллиты, ледниковый рельеф и флювиогляциальные отложения, характерны для северо-западной части Южно-Американского континента, т. е. области, по палеомагнитным данным находившейся вблизи 60° ю. ш. Северо-западная часть Африки располагалась вблизи Южного полюса. Что же касается присутствия тиллитов и ледникового типа рельефа в Аравии, то по этому поводу можно высказать следующее предположение. В позднем ордовике оледенение в Аравии было горным и она располагалась в средних широтах южного полушария. В последние годы на Аравийском полуострове и на прилегающей части Сахары, кроме тиллитов и флювиогляциаль- ных отложений обнаружены крупные валуны со штриховками и ложа движения ледников, имеющих крутой наклон и напоминающих ложе современных горных ледников.

Высокие температуры, характерные для остальной части Гондваны и ряда других континентов, были обусловлены их положением в средних и низких широтах и преобладанием морских условий в средних широтах обоих полушарий и вблизи Северного полюса.

На мобилистских моделях расположение климатических поясов и зон представляется логически правильным. Экваториальный пояс, расположенный между двумя аридными секторами, находился вблизи палеомагнитного экватора.

Слабая палеомагнитная изученность силурийских отложений затрудняет создание глобальных моделей, о положении материков в это время можно судить только путем сравнения глобальных палеографических схем и раннего девона. В силурийский период отчетливо проявилась тенденция к сближению континентов. Продолжается смещение в южном направлении Северо-Американского, Западно- и Восточно-Европейского континентов.

В течение силурийского периода происходило постепенное повышение температуры и значительная аридизация. Аридные сектора располагались по обе стороны от экваториального влажного пояса. Севернее аридного тропического пояса, распространявшегося примерно до 35—40° с. ш. были условия, близкие к субтропическим.

В раннем девоне Северо-Американский континент стал приближаться к Восточно-Европейскому и в середине девона был образован новый Еврамерийский континент. Гондвана постепенно перемещается в западное полушарие и своим южным краем (северозападная часть Африки) соприкасается с Западно-Европейским микроконтинентом. Значительные перемещения испытали Сибирский и Китайский континенты. В середине девонского периода континенты сосредоточились в западном полушарии.

В течение девонского периода, как и ранее, тропический и экваториальный климат господствовал на Северо-Американском, Западно-Европейском и Восточно-Европейском континентах, на Казахстанском, Китайском и Индокитайском, Иранском и Индо- станском микроконтинентах, а также на значительной части Гонд- ванского мегаконтинента. Для большинства из перечисленных континентов палеомагнитные и палеоклиматические данные полностью совпадают и только лишь по Сибирскому континенту и южной части Гондваны они расходятся.

В конце девона и в раннем карбоне происходило перемещение Гондваны в юго-западном направлении ( 7.8). Сибирский континент вместе с Казахстанской глыбой мигрировал в северном направлении и в его тылу образовались два новых микроконтинента: Туранский и Итальянский. Западно-Европейский континент смещался на северо-восток и отрывался от Гондваны. В конце девона возникает новый крупный континент — Лавразия.

Положение Еврамерики в низких широтах в раннем карбоне подтверждается существованием на ее значительной части тропических и экваториальных условий. В приэкваториальной части располагались также Итальянский, Туранский, Казахстанский, Индокитайский микроконтиненты и Индостанский и Китайский континенты. По-видимому, Сибирский континент в раннем и среднем карбоне находился в средних, а не в высоких широтах северного полушария. На основании палеоклиматических данных в пределах Сибирского континента существовал тропический климат и отсутствуют признаки не только умеренного, но и даже субтропического климата. В противном случае надо считать, что в раннем и среднем карбоне тропические условия могли существовать и севернее 60° с. ш. Аналогичное положение складывается и с Гондван- ским мегаконтииентом. Здесь южная граница тропиков проходит вблизи 60° ю. ш. По-видимому, Гондвана должна была располагаться в средних широтах.

В конце карбона материки слились в единый суперматерик Пангею, которая состояла из двух мегаконтинентов — Гондваны н Лавразии. Южный полюс располагался в пределах Западной Антарктиды. В южной приполярной области находились южные районы Южной Америки, значительная часть Африки, Индостан и Австралия. Экваториальный пояс по палеомагнитным данным проходил по югу Северной Америки, через Южную Европу и Южный Китай.

Расположение палеоклиматических зон и палеофитогеогра- фических областей на фиксистской основе весьма неправдоподобно. В этом случае получается, что все южное полушарие было занято гондванской умеренной флорой, тропическая же флора находилась только в северном полушарии. Несмотря на то что такая асимметрия была известна давно, она объяснялась смещением к северу экватора. Для объяснения противоречий с позиций фик- сизма привлекались сложные схемы атмосферной циркуляции, ссылки на современную асимметрию климатической зональности и т. д. Все предположения были гипотетическими и не имели достаточных оснований.

Парадоксальность в распределении климатических зон позднего карбона легко устраняется при применении мобилистских моделей. Длительное нахождение Гондваны в средних и высоких широтах южного полушария привело к возникновению мощного покровного оледенения. Ледники распространялись до 45—50° ю. ш. В северном океаническом полушарии оледенения не было, оно, как и в современную эпоху, было морским и следы деятельности льда обнаружены в ограниченных районах на северо-востоке Сибири.

Особенно хорошо согласуется положение экватора и климатической зональности в северном полушарии с палеомагнитными данными. Северная граница тропиков проходила почти параллельно палеоширотам и располагалась примерно на 45° с. ш. Тропический климат в течение позднего карбона существовал на значительной части мегаконтинента Лавразии, т. е. на Северо-Американском, Западно-Европейском, Восточно-Европейском и Сибирском континентах, а также на Китайском континенте. Субтропический климат, северная граница которого проходила примерно по 65—70° с. ш., в это время господствовал на Аляске, на востоке и северо-востоке Евразии.

Оледенение в позднем карбоне было столь значительным ввиду того, что южная полярная область длительное время располагалась на значительной части Гондваны. Удаленность от источников влаги и высокое альбедо привели к сильному выхолаживанию территории. Существование холодного южного и более теплого северного полушарий привело к определенной асимметрии в распределении циркуляционных процессов и этим может быть объяснено смещение в северном направлении экваториального и тропического поясов.

В самом конце карбона или в начале перми территория вблизи Южного полюса оказалась более обеспеченной влагой. Уменьшение отражательной способности и высокое содержание С02 в атмосфере, вызванное интенсификацией вулканических процессов, привело к общеглобальному потеплению.

В течение последующих 70 млн. лет вплоть до среднего и позднего триаса Гондвана продолжала перемещаться в северо-западном направлении и вышла из южнополярного района. Значительная часть Южной Америки и Африки располагалась в умеренных широтах южного полушария.

В триасе закрывается Палеотетис и Китайский континент примыкает к Евразии.

В середине триаса начался раскол Пангеи и раздвижение составляющих его континентов. Вновь образованный мезозойский океан Тетис отделил Гондвану от Лавразии. Раскрытие Северной Атлантики привело к миграции Северо-Американского континента на северо-запад ( 7.10).

Наметился ряд существенных изменений в пределах Гондваны. Почти посередине мегаконтинента перпендикулярно к направлению его дрейфа возникла крупная впадина, занятая эпиконтинен- тальным морем. От Гондваны откололся Иранский микроконтинент и стал перемещаться в северо-восточном направлении. Предполагается, что в триасе раскрылась часть Северного Ледовитого океана. В целом же в триасе конфигурация континентов и океанов продолжала оставаться близкой к позднепалеозойской. В это время существовал один мегаокеан — Тихий океан, которому противостояла крупная континентальная масса — Пангея.

В течение позднего триаса климатическая зональность вполне хорошо согласуется с палеомагнитными данными. В северном полушарии тропические условия господствовали на значительной части Северной Америки и Евразии, за исключением Канады, Аляски, Восточной и Северной Сибири и северо-востока Евразии. Северная граница тропиков в Евразии проходила примерно по 45— 50° с. ш., а в Северной Америке — по 50—55° с. ш. Экваториальный пояс существовал на юге Северо-Американского и в центральной части Африканского континентов. К северу от экваториального пояса располагался тропический с аридным и переменно-влажным секторами. Области с большим дефицитом влаги простирались до 30° с. ш. в Северной Америке и до 25° с. ш. в Европе, а в южном полушарии — до 40° ю. ш. В северном, полушарии субтропический пояс находился между 45 и 70° с. ш., а в южном — между 45 и 65° ю. ш. В приполярных районах климат продолжительное время был умеренным.

В поздней юре, т. е. примерно через 60 млн. лет, согласно палеомагнитным данным Северная Америка и Европа располагались в средних широтах северного полушария, Австралия — в высоких широтах южного полушария, а Антарктида располагалась вблизи Южного полюса ( 7.11). В это время проявилась новая тенденция в развитии литосферы — распад Гондваны. Ее раскол произошел юго-восточнее образовавшейся в середине триаса впадины и сопровождался излияниями траппов.

Основная часть Гондваны, состоящая из Африки и нескольких микроконтинентов (Индия, Мадагаскар, Аравия), сдвигалась на востоко-северо-восток, Южная Америка отделилась от Африки. Дрейфовавшие в северном направлении Австралия и Восточная Антарктида сместились в океаническое полушарие и простирались вплоть до Южного полюса.

Океан Тетис достиг максимальных размеров. На его северном обрамлении сформировались протяженные вулканические островные дуги (Малый Кавказ, Иран, Афганистан). Азия была отделена от Северной Америки океаническим бассейном, а Чукотка как и ранее, являлась частью Северо-Американского континента.

В связи с раскрытием Тетиса Северная Америка и Евразия постепенно сместились к северу, заняв в юрском периоде умеренные широты. Экваториальный пояс охватывал Северную Африку и значительную часть океана Тетис.

В конце юрского периода появился ряд самостоятельных континентов. Наряду с Северо-Американским и Евразиатским существовали Южно-Американский, Африканский и Австрало-Антарктиче- ский. Климатическая зональность северного полушария и положение экватора в поздней юре хорошо согласуются с палеомагнит- ными данными. Как и ранее, северная граница тропического пояса проходила примерно по 45—50° с. ш., а субтропического — по 60— 70° с. ш. В позднеюрское время тропический климат существовал на значительной части Северо-Американского и Евразиатского континентов. Как и ранее, вблизи полюса суша отсутствовала, а это, в свою очередь, обусловливало высокую температуру. Субтропический пояс охватывал Аляску, значительную часть Канады и Гренландии, Северную Европу, север Восточной Европы, Сибирь и Приморье. Умеренный климат господствовал на Канадском Арктическом архипелаге, на севере Гренландии и северо-вос- токе СССР.

Аналогичная зональность характерна и для южного полушария. Южная граница тропического пояса проходила по 45° ю. ш. К югу от него выделяется субтропический пояс, охватывающий центральные районы Южно-Американского, Африканского и Австралийского континентов. В южнополярной области находилось море и это не способствовало появлению ледниковых шапок.

В течение последующих 80 млн. лет, вплоть до позднего мела, продолжался сдвиг к северу Северной и Южной Америки и Евразии. Африка дрейфовала на восток, а Антарктида и Австралия сдвигались на юг ( 7.12). С востока от Гондваны продолжали отчленяться микроконтиненты, в частности Пакистанский, Сейшельский, Новая Зеландия совместно с Новой Каледонией.

Океан Тетис последовательно замыкался за счет сближения Африки и Евразии. По северному краю Тетиса возникла система вулканических островных дуг, протягивающихся от юго-восточной части Европы до Гималаев. В конце мелового периода в результате встречного движения Северной Америки на запад и Евразии на восток произошло их столкновение и соединение. Таким образом, Лавразия, расколотая в начале мезозоя Атлантическим океаном в конце мезозоя вновь соединилась, но уже на противоположных, краях.

Простирание климатической зональности в позднемеловую эпоху подтверждается палеомагнитными данными. В это время экватор проходил через северную часть Южной Америки и центральную часть Африки. Значительная часть Северной Америки (США и южная часть Канады) и юг Евразии характеризовались тропическими условиями. Тропический климат был свойствен, океану Тетис и северной части Африки.

Северная граница тропиков проходила примерно по 40— 45° с. ш. Расположенная севернее область субтропического климата охватывала значительную часть Канады и центральную часть Евразии. Простирание субтропического пояса было почти параллельно палеоширотам. Его северная гарница проходила примерно на 60° с. ш., что является свидетельством более теплого климата на всей планете по сравнению с современной эпохой.

Положение Северной Америки и Евразии в средних широтах предопределило появление более прохладного климата. Умеренный пояс простирался от 60 до 70° с. ш. Более прохладный климат был свойствен Аляске и северо-восточной части Евразии, которые располагались в околополярном районе.

В приэкваториальной области находились Индостанский, Сейшельский и Пакистанский микроконтиненты и значительная часть Южно-Американского и Африканского континентов. Южная граница тропического климата проходила примерно по 40—50° ю. ш. Вероятно, Австралия располагалась в более низких широтах, чем это показано на глобальной палеогеографической карте. Трудно считать, что положение Антарктиды в приполярном районе отвечает действительности. Для этого времени в Антарктиде известны находки показателей тропического, субтропического и реже умеренного климата, но отсутствуют какие-либо признаки, указывающие на прохладные или холодные условия. По-видимому, в течение меловой и большей части палеогеновой эпохи Антарктида располагалась в средних широтах и только в олигоцене сместилась в околополярные районы. Наряду с другими факторами это вызвало оледенение Антарктиды. Возможно, аналогичное событие произошло с Гренландией и Канадским Арктическим архипелагом в более позднее время.

В начале палеоцена Гренландия отделилась от Скандинавии. Через 10 млн. лет от Гренландии отделился Шпицберген и сформировались моря Ирмингера, Лабрадорское, Норвежское и Гренландское. Это привело к соединению вод востока Северного Ледовитого океана с Северной Атлантикой.

В эоцене Гренландия сместилась севернее и заняла положение, близкое к современному. В это же время (около 45 млн. лет назад) Австралия отделилась от Антарктиды. В свою очередь это привело к образованию Антарктического циркумполярного течения.

В олигоценовую эпоху произошло смыкание Индостана с Азией и началось постепенное закрытие океана Тетис. В раннем миоцене (18 млн. лет назад) Аравия соединилась с Азией. При этом океан Тетис был разделен на две части. Западная его часть (Средиземное море) сохранила связь с Атлантикой, а восточная представляла собой часть Индийского океана. В позднем миоцене Северная Африка и Европа соединились в районе Гибралтара. В конце миоцена началось раскрытие Красного моря и образование Панамского перешейка.

Таким образом, в кайнозое в северном полушарии континенты начинают собираться воедино, а в южном они, наоборот, расходятся. По мнению Л. П. Зоненшайна и А. М. Городницкого [36], это напоминает раннепалеозойскую глобальную конструкцию, когда существовал один мегаконтинент и серия разобщенных микроконтинентов, но с той разницей, что континенты в раннем палеозое были соединены вместе в южном полушарии, а северное полушарие было океаническим.

Таким образом, в кайнозое дрейф материков происходил в основном в широтном направлении и поэтому воздействие этого глобального процесса на климат было не столь значительным, как в палеозое и мезозое. Начиная с палеоцена, климатическая зональность приобрела широтное простирание, с течением времени приближающееся к современному облику.