Палеоклимат океана и история развития системы водной циркуляции

   В прошлые эпохи внешний облик Земли, и ее обитателей на континенте и в океане отличался от современного. Одной из главных причин этого было изменение климата.

   Ключом к пониманию климата прошлого является современный климат, хотя аналогия имеет свои границы: чем древнее геологическая эпоха, тем меньше общего оказывается у ее климата с современным. И все же у климатов всех эпох есть по меньшей мере одна общая черта - зональность. Эта зональность определяется прежде всего астрономическими климатообразующими факторами: шарообразностью Земли, движением ее вокруг Солнца, наклоном земной оси к плоскости эклиптики и т. п.

   Зональность в количестве получаемой Землей солнечной энергии определяет закономерности атмосферной и океанской циркуляции.

   В самых общих чертах зональность атмосферной циркуляции выглядит следующим образом. В экваториальной зоне, где поступление солнечной энергии наибольшее, идет активное испарение с поверхности суши и океана. Нагретый теплый влажный воздух, поднимаясь вверх, охлаждается, влага конденсируется: экваториальный пояс является жарким и самым влажным поясом Земли. Поднявшийся остывший воздух растекается в сторону полюсов и постепенно опускается, возвращаясь к экватору вдоль поверхности Земли. Получается как бы замкнутое кольцо тропической циркуляции, причем в экваториальной зоне существует барический минимум, а в области опускания воздуха, в районе 30-х градусов широты, - динамический тропический максимум.

   Вследствие кориолисовой силы (она возникает при меридиональном движении по вращающемуся телу) кольцо тропической циркуляции отклоняется в субширотном направлении. Опускающийся в области тропиков сухой воздух нагревается и образует в обоих полушариях зоны пассатов - сухих теплых ветров северо- и юго-восточного направления. К этим тропическим зонам приурочены основные области пустынь и в южном, и в северном полушариях. Пассатам у поверхности Земли соответствуют антипассаты противоположного направления в более высоких областях атмосферы. Тропические воздушные массы отделяются от масс, расположенных ближе к полюсам, поверхностью раздела, называемой полярным фронтом.

   В районе полюсов как бы шапками расположены области холодного тяжелого воздуха, ограничиваемые арктическими фронтами. Между полярной и тропической зонами высокого давления в обоих полушариях лежат области барического минимума средних широт. Важнейшей особенностью этих областей являются циклоническая деятельность и преобладание западных ветров, западного переноса воздушных масс.

   При более детальном рассмотрении циркуляция атмосферы оказывается значительно сложнее. Огромную роль играют, в частности, горы (отклоняют воздушные потоки, изменяют режим влажности и т. п.), разная теплоемкость суши и моря (возникают муссонные виды климата) и еще целый ряд факторов.

   Но в общих чертах существование такой зональности атмосферной циркуляции поддерживается термическим градиентом. Чем больше разница в температуре экваториальной и полярной областей, тем активнее атмосферная циркуляция. Чем активнее атмосферная циркуляция, тем активнее циркуляция вод океана, что незамедлительно сказывается на особенностях разноса осадочного материала, поставляемого с континентов, на количестве и составе осадочного материала, создаваемого обитателями океана, а, следовательно, и на составе формирующихся на дне осадочных образований.

   Сочетание температуры и влажности, а вернее, соотношение количества выпадающих атмосферных осадков и интенсивности испарения определяет на суше как характер выветривания, так и характер осадконакопления. Поэтому на континентах еще давно был выделен ряд седиментационно-климатических зон.

   Но не только на суше климатические факторы являются определяющими в процессах осадкообразования.

   Как говорилось в предыдущей главе, в океане основные процессы также подчиняются климатической зональности. Климат определяет соленость и температуру воды, направление и скорость течений, расположение зон подъема и опускания вод, а значит, и распределение зон большей или меньшей первичной продукции фитопланктона и через это - продукции зоопланктона. Иными словами, климатические факторы определяют процессы не только континентального, но и океанского осадкообразования, причем характер зональности в океане по своим размерам и положению в пространстве соответствует барическим системам атмосферы.

   Это дало основание в последние годы и в океане выделять те же седиментационно-климатические зоны, что и на суше. Зоны осадкообразования в океане тесно связаны с аналогичными зонами суши, являясь как бы их продолжением по широте. Вызывается это прежде всего тем, что для поверхностных, самых подвижных и тесно связанных с климатом вод наибольшее значение имеет широтная составляющая переноса материала, которая по меньшей мере на порядок выше меридиональной. Хотя в нижележащих толщах вод роль меридиональной составляющей и возрастает, все же суммарный перенос идет в широтном направлении.

   Глобальное выделение сухих аридных зон, между которыми лежит экваториальная гумидная (влажная) зона, а в стороны полюсов - умеренные гумидные и ледовые зоны, позволяет надежно реконструировать общую схему климатической зональности, положение экватора и полюсов. Кроме того, по изменению размеров и положения аридных зон можно составить представление об относительной влажности или сухости климата. Значение глобального выделения этих зон тем более важно, что для их распознавания в прошлом и на суше, и в океане имеются достаточно четкие геологические критерии. Для палеоклиматологии крайне важны геологические данные не только потому, что по ним можно надежно выделять аридные и гумидные зоны, но в ряде случаев они могут дать представление, хотя и грубое, о палеотемпературе.

   В пределах океана наиболее существенно реагирующими на климатические изменения областями являются приполярные и экваториальные высокопродуктивные зоны. Интенсивность биологических процессов в них находится в прямой зависимости, от интенсивности поставки к поверхности океана питательных веществ с глубинными водами. Увеличение контрастности климатических зон, увеличение термического градиента приводят к усилению атмосферной и океанской циркуляции, а значит, и к расширению этих зон.