Тепла біосфера
H.М. Чумаков
Відомо що в історії Землі, протягом майже 2.5 млрд.
років, чергувалися періоди льодовикового і безледнікового клімату
[1].
Останній різко переважав, складаючи сумарно понад 80% фанерозойських
геологічної історії (останні 540 млн років) і більше 90% - протерозойський (від
2500 до 540 млн років тому). Виникнення і зникнення льодовиків на Землі, а
точніше поява і зникнення багаторічної гляціосфери у складі біосфери, призводило
до якісної зміни внутрішньої структури біосфери і зміни ходу багатьох
екзогенних процесів в останній. Здається, що розуміння властивостей, минулого і
майбутнього біосфери неможливе без урахування її кліматичного стану.
Тут корисно зупинитися на уточненні, здавалося б,
відомих всім термінів. Біосфера за поданнями В. І. Вернадського та
більшості інших дослідників - це єдина система, яка обіймає все
живі організми (земну біоту) і середовище їхнього існування - тропосферу, гідросферу і
верхню частину літосфери. Гляціосфера - це сукупність снігів і льодів Землі
[2]. Ефемерні, сезонні і локальні елементи гляціосфери,
наприклад епізодичні і сезонні снігу, льоди, мерзлота, а також високогірні
снігу, Фірн і льодовики не утворюють єдиної впливової системи в біосфері.
Навпаки, льодовики, багаторічні сніги і льоди рівнин, шельфів, морів і низьких гір
роблять, як показано нижче, дуже сильний вплив на всі підсистеми біосфери.
З їх виникненням гляціосфера стає геологічно значущою, хоча і
факультативної підсистемою біосфери. Hекоторые фахівці схильні вважати
гляціосферу частиною гідросфери. Однак останні мають різні фізичні та
геохімічні властивості і різну локалізацію і тому впливають на інші
підсистеми біосфери по-різному, в більшості випадків прямо протилежно.
Отже, об'єднання кріосфера і гідросфери не сприяє розумінню
процесів, що протікають у біосфері.
льодовикового і безледніковая земля
Навіть порівняно невелика заледеніння - велика подія на
Землі, тому що істотно змінює хід процесів, що відбуваються в біосфері.
Звідки це відомо фахівцям? Хоча за останні 10 тис. років льодовикові щити
відступили з середніх широт у високі, останній льодовиковий період далеко ще не
закінчився. Hа Землі існують великі полярні шапки; один з континентів,
Антарктида, цілком покритий дуже потужними льодовиками. Крига займають близько 10%
території Північної Америки (Гренландії до 60oс.ш. - широта
С.-Петербурга і частина островів Канадського Арктичного архіпелагу). Сучасні
дослідження дозволяють досить точно судити про вплив гляціосфери на
біосферу. Додаткові відомості дає четвертинна геологія, тобто наука про
недавньому минулому Землі (останні 2 млн. років). Всі ці джерела свідчать,
що вплив гляціосфери на інші підсистеми біосфери дуже велика і частково
поширюється навіть на суміжні з біосферою оболонки Землі.
Нижньому частину атмосфери (тропосфера) під час заледенінь
охолоджується, в ній зростає меридіональний температурний градієнт,
збільшується інтенсивність циркуляції і, як наслідок, відбувається її
істотна перебудова. Ці процеси супроводжуються перерозподілом
атмосферних опадів на Землі. Крім того охолодження викликає зменшення
вологопереносу
[3], а також зниження вмісту СО2
і другий за значенням парникового газу - метану (CH4).
У гідросфері під час заледенінь відбувається зниження рівня
Світового океану, охолодження і різке температурне розшарування водних мас,
супроводжується формуванням величезною товщі холодних глибинних вод
(псіхросфери). Остання формується охолодженими в полярних областях до 4oC
водами. Ці важкі води опускаються і поширюються по всіх океанах,
заповнюючи їх від полюсів до екватора і від дна до глибини в кілька сотень метрів.
Формування псіхросфери веде до збільшення резерву розчинених газів,
розбудови та посилення системи циркуляції в океанах. В результаті збільшується
вміст кисню в товщі води і поліпшується вентиляція глибин океану
[4]. Відчутно змінюється ізотопний склад океанської води, так
як при випаровуванні з океану швидше випаровуються молекули води, що містять
легкі ізотопи кисню та водню. Частина їх надовго консервується в
льодовикових щитах.
У високих і середніх широтах відкололися від льодовиків
айсберги і прибережні сезонні льоди інтенсивно розносять на великі відстані
уламки різноманітних порід - продукти руйнування континентів. У міру танення
айсбергів і льоду цей грубий уламковий матеріал падає на дно і ховати в
морських і океанічних опадів. У зв'язку з гляціоевстатіческімі зниженнями
рівня моря на підводних континентальних схилах повсюдно активізуються
обвали, зсуви, грязьові і грязе-кам'яні потоки, що призводить до лавинної
седиментації уламкових відкладень
[5]. Всі ці та багато
інші процеси, пов'язані з появою гляціосфери, помітно змінюють характер
седиментації в морях і океанах, призводять до широтному зсуву існуючих
раніше і появі нових поясів опадонакопичення, а також перебудові морських і
океанічних ландшафтів і біоти.
Великий вплив гляціосфера робить на сушу і на верхню,
що входить в біосферу, частину земної кори. Тут ще різкіше, ніж в океані,
збільшується меридіональний і сезонний температурний градієнт, формується
нова дуже контрастна кліматична, ландшафтна та біогеографічний
зональність. Гляціоевстатіческое падіння рівня океану викликає глобальне
пониження базису ерозії і відповідно посилення процесів руйнування
континентів (денудація). Річки повсюдно починають інтенсивно врізатися в
підстилають відкладення, і відбувається поглиблення долин.
За рахунок осушених шельфів розширюються області вивітрювання.
У високих і середніх широтах формуються великі покриви пухких континентальних
льодовикових відкладень. Випахіваніе підстилаючих гірських порід льодовиками
(екзарація) і інтенсивний винос ними уламкового матеріалу в моря й океани
обумовлюють особливо високі темпи ерозії. У Прильодовиково областях верхня
частина літосфери промерзає, що призводить до складних гідрогеологічним і
мерзлотним процесам.
Поява багаторічної гляціосфери сильно впливає і на біоту
Землі. Збільшення меридіонального температурного градієнта різко посилює
широтну біогеографічний диференціацію органічного світу. Осушення шельфів
і освіта в результаті цього сухопутних мостів між масивами суші,
навпаки, створюють умови для міжконтинентального обміну наземної флорою і
фауною і для нівелювання її відмінностей в межах цих відокремилися
біогеографічних широтних поясів.
Глобальне скорочення площі шельфів в результаті
гляціоевстатіческого зниження рівня океану майже повністю ліквідує місця
проживання найпродуктивнішою групи донних морських організмів, бентосу. Вельми
істотна для біоти риса гляціосфери - її нестійкість і дуже швидкі
флуктуації різної амплітуди і періодичності. Це яскраво виражається в наступі
і відступ льодовиків (заледеніння і Інтергляціал). Їх звичайний наслідок --
перебудови у всіх підсистемах біосфери і в тому числі в біоти (регіональні
екологічні та біотичні кризи, міграції, вимирання і їх більш віддалені
слідства - глобальні біотичні кризи та новації).
Швидкості і амплітуди флуктуацій гляціосфери і пов'язаних з
ними змін в біосфері дуже великі. Судячи з четвертинною заледеніння,
льодовикові щити відступали катастрофічно швидко (льодовикові термінації).
Обумовлені ними геологічні і географічні зміни (наприклад,
гляціоевстатіческіе трансгресії або переміщення ландшафтних зон) відбувалися
зі швидкістю в 100 - 1000 разів більшою, ніж швидкості більшості інших
геологічних і екологічних змін. Остання льодовикова термінації в
Європі та Північній Америці, що відбулася 10 - 12 тис. років тому, супроводжувалася
гляціоевстатіческім підвищенням рівня моря на 120 - 150 м і переміщенням кліматичних
і ландшафтних зон на тисячі кілометрів. За загальним визнанням ці процеси
відбулися за деякі тисячі років.
Проект "тепла біосфера"
Таким чином, поява і зникнення багаторічної
гляціосфери істотно змінює всі інші підсистеми біосфери і обумовлює
два різних її стану. Відмінності між цими станами біосфери настільки
помітні, що дозволили ввести поняття холодна біосфера і - тепла біосфера
[6]. Зі сказаного очевидно, що багато з розглянутих вище
ознак мали біля теплої біосфери іншої або навіть протилежний характер, ніж у
холодною. Скласти повне уявлення про теплу біосфері значно важче,
ніж про холодну, оскільки при цьому не можна спертися на вивчення сучасності
або найближчого минулого Землі. Однак ця проблема дуже важлива для розуміння
минулого, сьогодення і майбутнього біосфери, а також має методичне значення
для багатьох наук про Землю. Крім того, якщо б вдалося виявити особливості теплою
біосфери, то можна було б наблизитися до розуміння наслідків очікуваних
потеплень. Теплі біосфери різного віку давно привертають увагу
дослідників різних спеціальностей в нашій країні та за кордоном
[7].
Є декілька періодів геологічного часу, що підходять для вивчення
теплих біосфер. Hа перший погляд одним з них міг би стати кінець раннього --
початок середнього еоцена (50 - 40 млн років тому). Цей інтервал, судячи з багатьох
ознаками, був у Північній півкулі найтеплішим протягом останніх 500 млн
років. До того ж еоцен не дуже віддалений від сучасності й досить добре
вивчений. Однак є дані, що на шельфі і континентальному схилі
Антарктиди і навколо неї розвинені льодовикові відкладення середнього еоцена, а в Південній
Атлантиці в середньому еоцені вже почала формуватися псіхросфера
[8].
Це означає, що в Південній полярній області на той час
льодовики встигли не тільки виникнути, але і досить широко поширитися,
тобто в глобальному масштабі середній еоцен - початок льодовикової ери. Тому
більш відповідний інтервал для вивчення теплої біосфери - крейдяний період (145 --
65 млн років тому). Hастоящіх льодовикових відкладень в крейдяний системі не
виявлено. Декілька років тому з'явилася, правда, публікація про знахідку крейдяних
льодовикових відкладень в Антарктиді, але незабаром її автори визнали, що їх
первісна датування була помилковою. Hе переконливими здаються також
припущення про крейдяних льодовикових епізодах, засновані на непрямих даних
(швидкі евстатіческіе коливання, різкі зміни ізотопного складу
вуглецю).
Ці припущення суперечать один одному, а також
палеобіогеографіческім і палеокліматичні даними, викладених нижче. У високих
палеошіротах в нижньокрейдових відкладеннях зустрічаються окремі шари і пачки
сезонних льодовий-морських відкладень. Однак, як вже зазначалося, сезонні льоди НЕ
є елементом багаторічної гляціосфери через їх короткочасного
існування і досить обмеженого впливу на біосферні процеси.
Використовуючи геологічні, палеонтологічні і
палеоокеанологіческіе дані, ряд співробітників російських академічних
інститутів - Геологічного, Палеонтологічного, літосфери, океанології --
спробували реконструювати глобальну географію, біогеографія і кліматичні
пояси для головних підрозділів ( "століть") крейдяного періоду. Перші
кроки в цьому напрямку були зроблені в рамках перервалася Екологічної
програми АН СРСР (1990), потім у державній науково-технічній програмі
Росії "Глобальні зміни природного середовища і клімату" (1991 --
1992). У 1993 р. Російський фонд фундаментальних досліджень (РФФМ) виділив
кошти на організацію трирічного проекту "Тепла біосфера"
(N93-05-8877). В даний час ці дослідження закінчені, їх результати
частково опубліковані в журналі "Стратиграфія. Геологічна
кореляція "(1995. Т.3. N 3.) та інших виданнях. З підтримкою РФФМ зараз
розпочаті дослідження впливу клімату, у тому числі безледнікового, на біосферу.
Коротко зупинимося на основних даних, отриманих нашими попередниками і в
рамках згаданих проектів.
Карта землі крейдяного періоду
По ряду параметрів головні підсистеми крейдяний біосфери
Землі істотно відрізнялися від сучасних, що наочно відображається в
глобальних географічних, кліматичних і біогеографічних картах,
складених для 12 століть цього періоду.
Континенти і океани. Сучасні контури океанів і
континентів стали вимальовуватися лише до кінця крейдяного періоду. На початку ж
цього періоду вони гуртувалися і розташовувалися на планеті зовсім інакше, мали
іншу конфігурацію і рельєф, ніж зараз. Більшості сучасних океанів, за
винятком Тихого, ще не було на Землі, або вони знаходились в самому зародковому
стані. Зате існував величезний океан Тетіс, якого немає зараз. Він
простягається від Мексики до Південно-Східної Азії та Австралії, сильно розширюючись з
заходу на схід. Сучасні Карибське і Середземне моря, центральна частина
Атлантичного океану - це релікти Тетіса, а Тибет і Гімалаї, образно кажучи,
- Мавзолей, в якому покояться його останки.
Тетіс розділяв два суперконтиненту. На північ від нього
розташовувалася Лавразія, що включала сучасну Північної Америки і Євразії, а до
південь - Гондвана, що об'єднувала Південну Америку, Африку, Індію, Антарктиду і
Австралію. У крейдяний період посилився намітився ще у пізньому юре розпад
Гондвани і почався розпад Лавразія. За головним системам розколів (Рифт)
почалося розсуванням континентів Нового і Старого світу. В результаті до кінця
крейдового періоду Атлантичний океан поступово перетворився в єдиний, але ще
не широкий, у порівнянні з сучасним, басейн. У середині крейдяного періоду від
Антарктиди відкололася Індія і стала дрейфувати на північ, а в її тилу відкрився і
став швидко розширюватися Індійський океан.
У результаті поддвіганія океанічної кори під континенти
(субдукції) уздовж північного берега Тетіса і в обрамленні Тихого океану сформувалися
глибоководні жолоби, острівні дуги, а в крайових частинах континентів --
протяжні вулканічні гірські пояси. Вони піднялися уздовж південного і східного
узбереж Азії, східного узбережжя Австралії, західних узбереж обох Америк
і Антарктиди. Великі низько-і середньогірні області існували також у
Східного Сибіру, Південно-Східної Азії, мабуть, у Південній Африці та приатлантичних
районах Південної Америки. У той же час деякі дослідники вважають, що в
цілому рельєф Землі був нижче і його кумулятивна (гіпсометричні) крива була
більше сплощеної, ніж зараз
[9].
Рівень Світового океану. Важлива особливість крейдяний Землі --
найбільше за останні 400 млн років підвищення рівня Світового океану. Це
був воістину всесвітній потоп, що охопила всі континенти. Щоправда, на відміну від
легендарного біблійного потопу води не затопили височини та гори. За
думку деяких дослідників максимальний підйом рівня океану в середині
крейдового періоду сягала більше 250 м.
Інші фахівці вважають цю оцінку завищеної. Як би там
не було, великі неглибокі моря покрили околиці (шельфи) і прибережні
низовини всіх континентів, а часом затоплювали також внутрішні рівнини,
наприклад, у Північній Америці, Південній та Східній Європі, Західному Сибіру,
Австралії, частково Південній Америці. Невеликі коливання рівня океану сильно
змінювали розміри і конфігурацію цих мілководних морів. Тим морями часто
виникали широкі протоки, розрізані сушу на великі острови або архіпелаги.
У цілому в крейдяний період Земля представляла світ величезних океанів і безлічі
дуже великих, середніх і малих островів, півостровів і архіпелагів в межах
затоплених континентів.
Температура океану. Вивчаючи ізотопи деяких раковин,
головним чином мікроскопічних форамініфер, що жили в поверхневому шарі
океану і на його дні, можна (при деяких правдоподібних припущеннях) оцінити
температури поверхневих і донних вод цього океану. Останні дослідження
подібного роду
[10] показують, що в середині крейдяного
періоду середньорічна температура поверхневих вод поблизу екватора була близька
до сучасної (26 - 28oC) або навіть на 3 - 4o вище. Поблизу
60o пд.ш. вона коливалася від 10 до 18oC (зараз 0 - 6oC),
а на полюсах, як передбачається, була не нижче 0oC (зараз помітно
нижче). Температура донних вод на екваторі і поблизу 60o пд.ш.
становила відповідно близько 16 - 19oC і 10 - 16oC і
тільки докінця крейдяного періоду повсюдно знизилася до 10 - 16oC.
Таким чином, на відміну від сучасного холодного океану
(переважна температура в товщі води 4 - 6oC) крейдяний океан був
теплим (в цілому приблизно на 10 - 15oC тепліше сучасного).
Подібний стан океану не могло не позначитися на характері циркуляції,
розшарування і вентиляції його вод, седиментації і умови існування організмів у
океані.
Течії. Система головних поверхневих океанічних течій
на Землі мала в крейдяний період принципово інший характер, ніж нині.
Більшість дослідників вважає, що зі східної екваторіальній частині
Тетіса в його тропічні центральну і західну частини і далі знову в Тихий
океан проходило потужне тепла течія - продовження або гілку північного
екваторіального течії Тихого океану
[11]. Воно
зумовлювало досить теплий клімат і накопичення своєрідних опадів у
прилеглих районах Європи та Північної Америки.
потепління, очевидно, сприяли окремі гілки
теплої течії, проникали на північ уздовж меридіональних морів, епізодично
що виникали на схід і захід від Уралу, між Європою і Гренландією і на
заході Північної Америки, у підніжжя Кордильєр. Разом з теплими течіями
поширювалася на північ тепловодного морська фауна з Тетіса. Південна гілка
екваторіального течії східного Тетіса, мабуть, досягала східних
берегів Африки і, далі відхиляючись на південь, зумовлювала теплий клімат східної
Гондвани. В цілому, в першій половині крейдяного періоду протягом в океанах мало в
основному широтне напрямок. В міру розкриття Атлантичного та Індійського
океанів посилювалися їх меридіональні компоненти.
Про характер глибинних течій в крейдяному океані зараз можна
тільки гадати, хоча, можливо, саме вони визначали багато особливостей крейдяний
біосфери. Hекоторые дослідники припускають, що в крейдяний період теплі
води підвищеної солоності і щільності, які формувалися за рахунок інтенсивного
випаровування у великих і дрібних епіконтінентальних басейнах тропічного поясу,
стікали в океани і, заповнюючи його улоговини, поширювалися в полярні
області, обігріваючи високі широти.
Кліматична зональність крейдового періоду
Гірські породи, мінерали, копалини рослини і тварини,
які утворюються і ростуть в певних кліматичних умовах, традиційно
використовуються в геології як кліматичні індикатори. Їх місцезнаходження були
нанесені на нові палеогеографічні карти століть крейдяного періоду,
складені за палеомагнітним, палеобіогеографіческім і геологічними даними.
Палеокліматичні індикатори закономірно розташувалися на цих картах у вигляді
декількох, приблизно субширотних, поясів. При цьому від палеоекватора до
обом полюсів Землі пояс, який характеризується індикаторами спекотного клімату,
послідовно змінюється поясами з індикаторами все більш холодного клімату.
Кліматичні параметри кожного поясу уточнювалися за допомогою
різних палеоботаніческіх, літологічних, геохімічних,
палеобіогеографіческіх та інших методів
[12]. Так вдалося
реконструювати кліматичні пояси всіх століть крейдового періоду. Для контролю
деякі наші карти порівнювалися з реконструкціями, отриманими іншим,
порівняно новим методом математичного моделювання клімату. Він заснований
на використанні фізичних моделей кліматичної системи Землі,
палеогеографічних реконструкцій і на поодиноких, найбільш достовірних
палеокліматичні параметрах, витягнутих з геологічних даних. Тому
геологічний і математичний методи контролюють та доповнюють один одного.
Моделювання зараз може дати уявлення про багаторічну
погоду, її параметрах, їх глобальному розподілі та сезонної динаміки.
Геологічний метод здатний приблизно реконструювати становище і
характер клімату основних кліматичних поясів, осредненние за мільйони років.
Ці досить грубі реконструкції мають важливе значення, так як є
емпіричної базою палеокліматології. Результати обох методів у нашому випадку
непогано узгоджуються між собою і тим самим у цілому підтверджують один одного.
Втім, нижче буде зазначено, що, за деякими параметрами між ними виникають
деякі розбіжності, що мають у ряді випадків систематичний характер.
Реконструйовані крейдяні кліматичні пояси виявилися
своєрідними, багато в чому не схожими на сучасні. Їх короткі характеристики
наведені нижче.
високоширотним помірні кліматичні пояси. Багато
ознаки вказують, що в обох полярних областях протягом крейдяний епохи
розташовувалися пояса, подібні з сучасним гумідних помірним кліматом.
Hастоящіе льодовикові відклади крейдяного періоду або сліди багаторічної мерзлоти
тут ніде не виявлені, а епізодичне формування льодовий-морських
відкладень в середині періоду на Шпіцбергені і в Австралії свідчить не про
заледеніння, як іноді думають, а про короткочасного похолодання, що приводили до
сезонним і локальним замерзання арктичних морів. У відкладах цих морів
зазначаються також своєрідні карбонатні стяженія - глендоніти і подібні до них
освіти, що виникають, як вважають, у досить холодних водах. Однак у
крейдяних полярних морях глендоніти формувалися теж лише епізодично і
локально. Подібно до рідкісних знахідок льодовий-морських відкладень, вони підкреслюють
переважання помірного клімату в крейдяних арктичних морях. Такий висновок добре
узгоджується з думкою палеонтологів про те, що моря північного високоширотної
пояси були в крейди населені порівняно теплолюбними молюсками
[13].
Помірний і гумідних характер клімату високоширотних поясів
підтверджується складом наземної рослинності і фауни, а також широким
розвитком кам'яного і бурого вугілля. В обох півкулях у складі рослинності
значну роль відігравали вологі листопадні ліси з Папоротеве підліском.
Велика ширина кілець приросту і великі поперечні перетину судин в стовбурах
копалин дерев доводять достатню і рівномірне зволоження лісів у
протягом вегетаційного періоду
[14]. У той же час тонкі
лінзовідние прошаруй викопного деревного вугілля, виявленого у деяких
кам'яних вугіллі, можуть свідчити про доволі частих, але, місцевих та
короткочасних лісових пожежах, очевидно пов'язаних з більш сухими сезонами.
Морфологічне вивчення листя покритонасінних пізнього
крейди Камчатки, Hовосібірскіх о-вів, басейну р.Вілюй і північної Аляски
(палеошірота 65 - 82o пн.ш.) дозволяє оцінити
[15]
середньорічні температури в 7 - 13oC, середні температури самого
теплого місяця - в 18 - 21oC, самого холодного місяця - від 4 до 6 oC,
а середньорічні опади - у 1300 - 1700 мм. У сучасних умовах такі
температури (за винятком кілька більш низьких зимових) характеризують південну,
теплоумеренную частина північного помірного поясу (Францію, Крим та інші), а кількість
опадів - вологі області субтропіків (Західний Кавказ, наприклад). Про
порівняно теплому кліматі у високих північних палеошіротах свідчать,
крім того, знахідки комплексів помірно теплолюбних комах в крейдяних
відкладеннях на півночі Азії (палеошіроти 70 - 75o пн.ш.), а на Чукотці
і півночі Аляски (палеошіроти 70 - 85o пн.ш.) - залишків великих
динозаврів. Можна, звичайно, припустити, що ця порівняно теплолюбна
фауна проникала у високі широти епізодично, в моменти найбільшого потепління
клімату, або сезонно, однак незначне розвиток в цьому поясі
льодовий-морських відкладень, на нашу думку, скоріше говорить про зворотне --
переважання тут порівняно теплого помірного клімату та епізодичному
прояві помірно холодного.
Наведені оцінки палеоклімата відносяться не до самих
високих широт крейдяний Арктики. Резонно припустити, що на північ від міг
існувати помірно холодний і субарктичний ( "тундровий") клімат.
За даними математичного моделювання, останній міг бути розвинений на невеликому
ділянці навколо північного полюса.
Вище ми спиралися на факти, що відносяться головним чином до
добре вивченої Арктиці, однак подібні дані є і для південних високих
широт. Вони теж свідчать про помірне гумідних кліматі в південному крейдяному
Заполяр'я
[16].
Загалом крейдяний клімат високих широт по температур міг би
прирівнюватися до сучасного помірного клімату, якщо б не одне істотне
відмінність. У крейдяних Заполяр'я він характеризувався чергуванням тривалих
полярних ночей і днів і, отже, різкою світлової та температурної
сезонністю. Подібна крайня ступінь сезонності зовсім невластива
сучасному помірного кліматичного поясу, особливо його південній, помірно
теплій зоні. Тому, щоб підкреслити їх своєрідність, помірні кліматичні
пояса крейдяного періоду названі нами високоширотним помірними.
З наведених вище палеоботаніческіх оцінок середніх
температур самого холодного і самого теплого місяців випливає, що діапазон
сезонних коливань в Арктиці досягав 22oС. Значно нижчі
зимові температури і, отже, великі сезонні коливання (до 50oC)
припускають для внутріконтинентальних районів Середньої та Східної Сибіру,
Арктики і Антарктики математичне моделювання
[17].
Ці висновки розходяться не тільки з наведеними вище
палеоботаніческімі, але і з геологічними даними, особливо з фактом
обмеженого поширення сезонних льодових відкладень. Як припускають
деякі автори, сучасні математичні моделі, можливо, не доучітивают якісь
важливі особливості стародавніх кліматичних систем
[18]. Hе
виключено, що в теплій біосфері існували свої особливі циркуляційні
механізми в атмосфері та гідросфері, які забезпечували більш інтенсивний і
цілорічний перенесення тепла з низьких широт в полярні області і з прибережних
районів у континентальні. Питання про зимові температурах і способи виживання
організмів під час довгих полярних ночей у високих широтах представляється
суттєвим для розуміння умов проживання і фізіології організмів полярних
біоти на безледніковой Землі. Найважливіша передумова для зимового спокою рослин і
тварин - різке уповільнення метаболізму. Відомо, що рослини досягали
цього, скидаючи листя. Передбачалося також, що тварини впадали в зимовий
анабіоз або сплячку в укриттях. Відкриття численних залишків великих (до 10
м завдовжки) стадних рослиноїдних і хижих динозаврів, у тому числі залишків
ледь вилупилися особин, на палеошіротах 65 - 85o в Південному і в
Північному півкулях
[19] сильно ускладнило, однак, цю
просту інтерпретацію фізіології крейдяних полярних мешканців. Hайті зимові
укриття великим стадним тваринам практично неможливо. У науковій літературі
виникла жвава і далеко ще не закінчена дискусія: чи були динозаври
постійними теплокровними мешканцями Заполяр'я (для чого потрібні досить
теплі, з рясною їжею, зими) або вони були кочовими тваринами, що здійснював
далекі міграції. Останнє видається нам більш ймовірним.
Зупинимося ще на одній особливості крейдяних високоширотних
біоти. Схоже, тоді умови вельми сприяли розвитку життя і
накопиченню органічної речовини в опадах. Досить теплий і вологий,
безперервний полярний день, який тривав 1.5 - 4.5 міс., і велика загальна
тривалість вегетаційного періоду (5 - 7.5 міс.), очевидно, сприяли
високої продуктивності рослинності. Вона забезпечувала кормом стада великих
травоїдних динозаврів, а теплий літній клімат створював хороші умови для
вирощування молодняка.
Різкий перехід від полярного дня до холодної полярної ночі
знижував процеси біологічної та хімічної деструкції відмерлої рослинної
маси і сприяв її поховання. Остання разом з великою
продуктивністю рослинного покриву призводило до швидкого накопичення торфом і
виникнення грандіозних покладів вугілля. Ресурси верхньокрейдяними басейну Колвілл
на північному узбережжі Аляски, наприклад, оцінюються, в 2.5.1012
т високоякісних вугіль (близько 1/3 сучасних запасів вугілля в США і близько
17% світових запасів). Величезні запаси крейдяних вугіль і в Ленський вугленосному
басейні (оцінки коливаються від менш 1.1012 т до 2.1012т).
високопродуктивної в крейдяний період була і морська полярна
біота: в морських шельфових басейнах в пізньому крейди Арктики накопичилося велике
кількість мулів багатих органічною речовиною - "чорних сланців",
важливих нефтематерінскіх порід.
среднеширотной теплі пояса. Середні широти
характеризувалися в крейдяному періоді досить теплим і досить вологим або
змінно вологим кліматом. Про це свідчать і викопна теплолюбна
флора і фауна, і численні місцезнаходження бокситів, каолінових кор
вивітрювання, і широке поширення вугленосних відкладень. Тут росли
саговая пальми (цікадофіти) і деякі близькі до них рослини, а з середини
крейдового періоду вже справжні пальми і платанообразние. Переважали
вічнозелені вологі і, мабуть, сезонно вологі ліси і рідколісся, головним
чином хвойні з підлеглим кількістю деревовидних папоротей і
цікадофітов, а також чагарники і, можливо, трави покритонасінних. Деревоподібні
папороті і цікадофіти володіли характерними для дерев безморозного
клімату стовбурами маноксіліческого типу (з переважанням кори і серцевини, але
слабким розвитком деревини). У рідколісся, по берегах річок і водойм мешкали
численні динозаври і теплолюбні комахи.
Cреднегодовие температури в південній частині північного
среднеширотной пояса по морфології листя рослин оцінюються в 10 - 15oC,
температури самого теплого місяця - близько 20 - 22oC, а самого холодного
- 1 - 8oC. Виходячи з дуже широкого розповсюдження бокситів у
межах цього поясу (в Західно-Сибірському регіоні до 60o пн.ш.) і
інтерпретації умов їх утворення на основі аналізу сучасних процесів,
деякі дослідники схиляються до висновку, що для всього цього поясу, аж
до його північних кордонів, були характерні більш високі середньорічні температури
(не менше 20 - 22oС) і значна вологість
[20].
Результати математичного моделювання теж передбачають більш високі
температури для даного поясу.
У епіконтінентальних морях середніх широт накопичувалися
глауконітового і фосфорітоносние відкладення, а пізніше почали формуватися
потужні товщі органогенного писального крейди і багаті органікою чорні сланці. У
Тетіс були широко поширені карбонатні органогенні банки, мілини та рифи
(карбонатні платформи) з багатим спільнотою великих кубковідних двустворок
(рудіст), форамініфер, а також інші індикатори теплого клімату. З
карбонатними платформами пов'язані численні місцезнаходження карстових
бокситів, що говорять про часткові осушення. У Південній півкулі среднеширотной
теплий гумідних пояс простягається від півдня Південної Америки та Африки до Австралії та
характеризувався формуванням на суші вугленосних відкладень, каолінових кор
вивітрювання, залишками теплолюбний флори і досить численними залишками
динозаврів.
За набором палеоботаніческіх і літологічних індикаторів, а
також за наявними оцінками температурним обидва теплих среднеширотной пояса
крейдового періоду часто іменують "тропічними" або
"субтропічними". Це, мабуть, не зовсім правильно, оскільки вони
вельми віддалені від тропіків і субтропіків. У Північній півкулі теплий пояс
простягається приблизно між 60o і 30o пн.ш., а в
Південному - між 40o і 65o пд.ш.
Аридний пояса. У першій половині крейдяного періоду низькі і
частина середніх широт обох півкуль Землі займав величезний аридний пояс,
простягається в американському секторі приблизно від 45o пн.ш. до
45o пд.ш. Тут по окраїнах континентів були широко розвинуті
облямовані рифами солеродние басейни, в яких відкладалися гіпси і різні
солі (евапоріти). Під внутріконтинентальних западинах накопичувалися красноцвети,
нерідко теж містять евапоріти. Серед евапорітов особливо примітними
були порівняно рідкісні різновиди солей - тахгідріти (водні
кальцій-магнієві Хлорити).
Аналогів такого пояса, названого нами аридних (посушливим)
тропічних-екваторіальним, на сучасній Землі немає. У морях і океанах цього
пояса мешкала багата і теплолюбна фауна, велике поширення мали
карбонатні платформи з бар'єрними рифами і обмілинами, а в океанських западинах
- "Чорні сланці", які вказують на високу продуктивність
крейдового Планктони.
На суші в цьому поясі був жаркий і сухий клімат (висока
вміст пилку рослин посушливих зон і пальм). Зона екваторіальних
дощових лісів на початку крейдяного періоду на Землі, мабуть, була відсутня,
оскільки в цей час навіть поблизу екватора і по обидва боки його відкладалися
евапоріти.
Пояс екваторіальних лісів гумідних виник в межах
Західної Гондвани в середині крейдяного періоду. Він розділив єдиний
тропічних-екваторіальний аридний пояс на два арідних - північний і південний.
Екваторіальний гумідних пояс. Як уже зазначалося, в
середині крейдяного періоду з'являються ознаки вологого клімату в
приекваторіальних зоні. Hа північному сході Африки, між областями евапорітовой
седиментації, спочатку встановлюється ще досить вузький пояс накопичення
бокситів, каолінітові порід і залізних руд, а на північному заході Південної Америки у
відкладеннях цього віку різко зменшується вміст пилку Ксерофіти.
У другій половині крейдяного періоду екваторіальний гумідних
пояс розширюється і простежується за місцезнаходженням кам'яного вугілля, бокситів,
каолінітові порід і залізних руд від Аравії через Центральну і Західну Африку
до північно-східних районів Південної Америки. Одночасно в позднемелових
відкладеннях тут зменшується кількість пилку Ксерофіти, спочатку біля західного
узбережжя Екваторіальної Африки, а потім вона майже зникає в усьому екваторіальному
поясі. Це вказує на широке розповсюдження екваторіальних вологих
тропічних лісів. Звертає на себе увагу, що становлення екваторіального
гумідних поясу у західній Гондване йшло паралельно з розкриттям південній частині
Атлантичного океану і прогресивним скороченням і роздроблення областей
аридної седиментації. Мабуть, ці процеси були взаємопов'язані.
Загадки теплої біосфери
Багато особливості крейдяний біосфери відображають своєрідне,
не цілком вивчене і далеко ще не зрозуміле безледніковое, тепле стан
біосфери. Перша і головна загадка теплих біосфер - їх причина. Про неї йдуть
жаркі дискусії. Часто висловлювалися думки, що подібні потепління
викликалися переміщенням континентів в більш низькі широти, посиленням теплих
океанічних течій, підвищенням рівня океану і збільшенням площі морів,
зниженням середньої висоти суші, збільшенням вмісту парникових газів в
атмосфері або якимись астрономічними причинами. Мабуть, всі ці процеси
могли вносити якийсь внесок у потепління, але який же з них був головним?
Як показує зіставлення динаміки кліматичних
змін (кліматичних кривих) для різних широтних поясів
[21],
підвищення температури на Землі в крейдяний період було глобальним, синхронним і
синфазних. Тому воно могло відбуватися лише в результаті збільшення теплового
балансу Землі, а не тільки через перерозподіл тепла в біосфері, як
припускає гіпотеза теплих течій. Математичне моделювання крейдяних
клімату свідчить про те, що переміщення континентів в низькі широти або
зниження альбедо
