Большая советская энциклопедия - палеоклиматология

Палеоклиматология (от палео... и климатология), наука о климатах прошлого и климатической истории Земли. Древние климаты реконструируются по различным косвенным признакам — вещественному составу и текстурным особенностям осадочных горных пород, по ископаемым остаткам организмов и др. Восстанавливая климаты прошлого, П. является важной частью палеогеографии; она тесно связана со стратиграфией и палеонтологией, геоморфологией и учением о полезных ископаемых. Анализ и обобщение сведений, полученных по геологическим данным, проводятся на основе теоретических положений климатологии, метеорологии, географии, геофизики и астрономии. Первые попытки палеоклиматического толкования ископаемых органических остатков принадлежат английскому физику и математику Р. Гуку, установившему в 1686, что когда-то на Земле климат был более теплым, и объяснившему этот факт изменением положения земной оси. Толчком к развитию П. послужило открытие и исследование в Европе следов четвертичного оледенения, которые стали главными объектами изучения П. Однако научная П. ведет начало лишь с 80-х гг. 19 в., когда в качестве показателей древних климатов начали использовать наряду с палеонтологическими данными литологические, которые в значительной степени зависят от климатических факторов и служат весьма ценными климатическими индикаторами: соль (аридный климат), бокситы и бобовая руда (чередование влажного и сухого теплого климата), торф и каменный уголь, каолин (влажный климат), известняк (теплый климат), ледниковые морены (холодный климат). Появляются монографии по истории древних климатов (французский ученый Э. Даке, 1915; немецкие — В. Кеппен и А. Вегенер, 1924; американский — К. Брукс, 1926; немецкий — М. Шварцбах, 1950), в которых развитие климата ставилось в зависимость от какого-либо одного фактора. Так, Брукс объяснял изменение климата палеогеографическими условиями, Кеппен и Вегенер — перемещением полюсов и дрейфом материков и т.п. Методы палеоклиматологии. Почти все методы П. опираются на изучение различных признаков климата (литологический, палеонтологический и др.) и в зависимости от последних применяются те, которые используются той или иной наукой. В середине 20 в. широкое распространение получили различные геохимические и геофизические методы. Оценка температуры вод древних морских бассейнов осуществляется с помощью количественных соотношений изотопов кислорода O18 и O16 в кальците раковин ископаемых беспозвоночных (белемнитов, пелеципод), а также соотношений Ca:Mg и Ca:Sr в карбонатных осадках и скелетах ископаемых организмов. Существенное значение также приобрел палеомагнитный метод (см. Палеомагнетизм), позволяющий вычислить положение древних широт с использованием остаточной намагниченности некоторых вулканических и осадочных пород, содержащих ферромагнитные минералы (магнетит, гематит, титаномагнетит), приобретенной под влиянием магнитного поля Земли, существовавшего во время формирования этих пород. Показатели древних климатов. Среди геологических индикаторов древнего климата выделяются три основные группы: литологические, палеоботанические и палеозоологические. Литологические показатели распространены почти повсеместно; они отражают климатические условия прошлого через характер и интенсивность процесса выветривания, степень осадочной дифференциации и масштабы аутигенного минералообразования. В климатах жарких и влажных выветривание исходных пород протекало интенсивно, круглогодично и выражалось преимущественно в химических изменениях их минерального вещества. Для этих климатов характерны литогенетические (климатические) формации осадков (см. Формации в геологии), крайне пестрые по составу, обладающие предельно выраженной осадочной дифференциацией, содержащие много минеральных новообразований (чистые кварцевые пески, каолиновые глины, кремнистые породы, известняки, железо-марганценосные осадки и др.). В умеренном климате, где процессы выветривания были ослаблены и протекали сезонно, формировались осадки, сложенные в основном кварцево-полевошпатовыми и граувакковыми песчаниками при малом участии гидрослюдистых и монтмориллонитовых глин; они отличаются наименьшей зрелостью выветривания и минимальной степенью осадочной дифференциации его продуктов. Карбонатные осадки здесь полностью отсутствуют, масштабы аутигенного минералообразования незначительны. Для территории с аридным климатом, в прошлом целиком располагавшейся в тропическом поясе, характерны формации: карбонатных красноцветов (в континентальных бассейнах седиментации), карбонатно-сульфатная (зоны морского мелководья и лагун) и экстракарбонатная (в условиях открытого моря). Показателями аридного климата являются обильная карбонатоносность и соленосность осадков и широкое распространение в них малогидратированных и совершенно безводных соединений (гематит, ангидрит, бемит). Палеоботанические показатели — ископаемые остатки растений, отражающие влияние климата, времени и места своего произрастания в родовом и видовом составе, экологических особенностях, в жизненных формах и их морфологии, а также в дифференциации древней растительности на зональные и провинциальные типы. Например, жарко-влажный климат реконструируется по формации тропических лесов, жарко-сухой климат — по распространению формации саванн и ксерофильного редколесья, индикатором умеренного климата служит формация листопадных лесов. Палеоботаническими индикаторами являются также отпечатки годичных колец древесных растений, изучением которых занимается дендроклиматология. Палеозоологические показатели — ископаемые остатки древних организмов, которые отражают климат времени своего существования в составе сообществ и в ареалах их обитания. Морская фауна начиная с каменноугольного периода была дифференцирована на биогеографические пояса: тропический и бореальный с широкой переходной зоной между ними; в этих поясах нашел отражение слабо дифференцированный температурный режим прошлого. Периодические изменения структуры и положение границ биогеографических поясов свидетельствуют об исторических изменениях климата. Наземные позвоночные появились в девоне; последовавшие затем обновления родового состава экологических типов по времени совпадали со сменами аридных и гумидных климатов Земли. У позвоночных палеозоя и мезозоя уровень приспособлений к окружающей среде был ниже, а отсюда и их меньшее экологическое разнообразие. Млекопитающие кайнозоя обладали широким диапазоном климатической выносливости и соответственно большим разнообразием условий обитания; среди них устанавливаются фаунистические комплексы тропических лесов и саванн, листопадных лесов и степей умеренного климата. Наиболее надежные результаты дают реконструкции, основанные на комплексном использовании всех групп индикаторов древнего климата — комплексном методе. Последний сопровождается составлением карт природной зональности соответствующего времени и позволяет давать не только качественные характеристики климатов прошлого (жаркий и влажный, жаркий и сухой и т.д.), но и грубые количественные оценки его основных элементов (температуры, атмосферных осадков) по отдельным природным зонам. Заключения о характере климатов прошлого основываются на сравнении климатических типов выветривания и осадконакопления, экологических и термических типов флоры и фауны с их современными аналогами, климатические условия существования которых хорошо известны. Эволюция древних климатов. Древние климаты известны лишь в общих чертах и только начиная с палеозоя. Относительно климатов более раннего времени, в особенности архейского, четких представлений нет, поскольку проявлялись они в условиях более плотной атмосферы, содержавшей много паров воды, CO2, H3CH4, лишенной кислорода, и при почти полном отсутствии суши. Климат раннего и среднего палеозоя был изотермичным. Широтная зональность с тропическими и бореальными (южными и северными) областями наметилась лишь во 2-й половине каменноугольного периода. В позднем палеозое, мезозое и палеогене климат оставался слабо дифференцированным; разница зимних температур высоких и низких широт не превышала 12—14° С. Изменения климата вплоть до конца палеогена были связаны главным образом с колебаниями влажности и проявлялись в чередовании аридных и гумидных фаз. Глобальные аридные фазы приходятся на ранний кембрий, поздний ордовик, конец силура — первую половину девона, позднюю пермь и значительную часть триаса, позднюю юру — ранний мел, конец мела — первую половину палеогена, средний миоцен. Крупнейшими гумидными фазами были раннесилурийская, раннекаменноугольная, раннеюрская и позднеолигоценовая. Атмосфера Земли с каждой геологической эпохой изменяла свой состав — уменьшалось содержание паров воды и СО2, повышалась относительная роль кислорода. В связи с этим уменьшался ее «тепличный эффект», усиливались термические контрасты между полюсами и экватором, что способствовало развитию межширотной циркуляции атмосферы. Со второй половины олигоцена наступает значительное похолодание, охватившее высокие широты обоих полушарий и сильнее всего проявившееся в приполярных областях, где складываются вначале умеренный, а затем и арктический типы климатов. С течением времени усиливались континентальность и сезонность климата, сокращалось общее количество атмосферных осадков и все более пестрым становилось их распространение. В антропогене похолодание усиливается. Неоднократные колебания температуры и влажности привели к чередованию ледниковых и межледниковых эпох в высоких широтах и плювиальных и ксеротермических климатов в низких широтах см. Антропогеновая система (период). Причины изменений древних климатов Земли обусловлены множеством самых разнообразных факторов. Группа астрономических гипотез связывает изменения климата с колебаниями количества и состава солнечной радиации, с изменениями элементов земной орбиты. Группа геолого-географических гипотез признает в качестве основных следующие причины: непостоянный состав атмосферы (облачности, содержания углекислоты, наличия вулканического пепла), различный характер поверхности Земли (распределение суши и моря; высота суши над уровнем моря; горы) и солености океана, а также перемещение полюсов и континентальный дрейф. Современные геологические данные показывают, что ни одна из многочисленных гипотез не может до конца выяснить причины изменения климатов прошлого. Значение П. состоит в том, что, изучая историю климатического развития Земли, она расширяет представления о протекавших в прошлом процессах выветривания и осадконакопления и об образовании связанных с ними месторождений полезных ископаемых, показывает условия существования растительности и животного мира в минувшие геологические эпохи, позволяет прогнозировать изменения климата в будущем. Лит.: Брукс К., Климаты прошлого, пер. с англ., М., 1952; Синицын В. М., Древние климаты Евразии, ч. 1—3, Л., 1965—70; его же, Введение в палеоклиматологию, Л., 1967; Страхов Н. М., Типы литогенеза и их эволюция в истории Земли, М., 1963; Проблемы палеоклиматологии, пер. с англ., М., 1968; Schwarzbach М., Das Klima der Vorzeit, 2 Aufl., Stuttg., 1961: Bowen R., Paleotemperature analysis, Amst.— L.— N. Y., 1966. В. М. Синицын.