ПАЛЕОКЛИМАТОЛОГИЯ

ПАЛЕОКЛИМАТОЛОГИЯ (от палео... и климатология), наука о климатах прошлого и климатич. 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 геол. данным, проводятся на основе теоретич. положений климатологии, метеорологии, географии, геофизики и астрономии.

Первые попытки палеоклиматич. толкования ископаемых органич. остатков принадлежат англ. физику и математику Р. Гуку, установившему в 1686, что когда-то на Земле климат был более тёплым, и объяснившему этот факт изменением положения земной оси. Толчком к развитию П. послужило открытие и исследование в Европе следов четвертичного оледенения, к-рые стали главными объектами изучения П. Однако науч. П. ведёт начало лишь с 80-х гг. 19 в., когда в качестве показателей древних климатов начали использовать наряду с палеонтологии, данными литологические, к-рые в значит. степени зависят от климатич. факторов и служат весьма ценными климатич. индикаторами: соль (аридный

климат), бокситы и бобовая руда (чередование влажного и сухого тёплого климата), торф и кам. уголь, каолин (влажный климат), известняк (тёплый климат), ледниковые морены (холодный климат). Появляются монографии по истории древних климатов (франц. учёный Э. Даке, 1915; нем.- В. Кеппен и А. Вегенер, 1924; амер.- К. Брукс, 1926; нем.- М. Шварцбах, 1950), в к-рых развитие климата ставилось в зависимость от к.-л. 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 (литологич., палеонтологич. и др.) и в зависимости от последних применяются те, к-рые используются той или иной наукой. В сер. 20 в. широкое распространение получили различные геохимич. и геофизич. методы. Оценка темп-ры вод древних мор. бассейнов осуществляется с помощью количественных соотношений изотопов кислорода О¹⁸ и О¹⁶ в кальците раковин ископаемых беспозвоночных (белемнитов, пелеципод), а также соотношений Ca:Mg и Ca:Sr в карбонатных осадках и скелетах ископаемых организмов. Существ. значение также приобрёл палеомагнитный метод (см. Палеомагнетизм), позволяющий вычислить положение древних широт с использованием остаточной намагниченности нек-рых вулканич. и осадочных пород, содержащих ферромагнитные минералы (магнетит, гематит, титаномагнетит), приобретённой под влиянием магнитного поля Земли, существовавшего во время формирования этих пород.

Показатели древних климатов. Среди геол. индикаторов древнего климата выделяются три основные группы: литологические, палеоботанические и палеозоологические.

Литологические показатели распространены почти повсеместно; они отражают климатич. 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 преим. в химич. изменениях их минерального вещества. Для этих климатов характерны литогенетич. (климатич.) формации осадков (см. Формации в геологии), крайне пёстрые 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 тропич. 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, бёмит).

Палеоботанические показатели - ископаемые остатки растений, отражающие влияние климата, времени и места своего произрастания в родовом и видовом составе, экологич. особенностях, в жизненных формах и их морфологии, а также в дифференциации древней растительности на зональные и провинциальные типы. Напр., жарко-влажный климат реконструируется по формации тропич. лесов, жарко-сухой климат - по распространению формации саванн и ксерофильного редколесья, индикатором умеренного климата служит формация листопадных лесов. Палеоботанич. индикаторами являются также отпечатки годичных колец древесных растений, изучением к-рых занимается дендроклиматология.

Палеозоологические показатели -ископаемые остатки древних организмов, к-рые отражают климат времени своего существования в составе сообществ и в ареалах их обитания. Морская фауна начиная с каменноугольного периода была дифференцирована на биогеографич. пояса: тропич. и бореальный с широкой переходной зоной между ними; в этих поясах нашёл отражение слабо дифференцированный температурный режим прошлого. Периодич. изменения структуры и положение границ биогеографич. поясов свидетельствуют об историч. изменениях климата. Наземные позвоночные появились в девоне; последовавшие затем обновления родового состава экологич. 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 экологич. разнообразие. Млекопитающие кайнозоя обладали широким диапазоном климатич. выносливости и соответственно большим разнообразием условий обитания; среди них устанавливаются фаунистич. комплексы тропич. лесов и саванн, листопадных лесов и степей умеренного климата.

Наиболее надёжные 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 качеств. характеристики климатов прошлого (жаркий и влажный, жаркий и сухой и т. д.), но и грубые количеств. оценки его основных элементов (темп-ры, атм. осадков) по отдельным природным зонам. Заключения о характере климатов прошлого основываются на сравнении климатич. типов выветривания и осадконакопления, экологич. и термич. типов флор и фаун с их совр. аналогами, климатич. условия существования к-рых 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, чётких представлений нет, поскольку проявлялись они в условиях более плотной атмосферы, содержавшей много паров воды, СО₂, Н₃СН₄, лишённой кислорода, и при почти полном отсутствии суши. Климат раннего и среднего палеозоя был изотермичным. Широтная зональность с тропич. и бореальными (юж. и сев.) областями наметилась лишь во 2-й половине каменноугольного периода. В позднем палеозое, мезозое и палеогене климат оставался слабо дифференцированным; разница зимних темп-р высоких и низких широт не превышала 12-14 °С. Изменения климата вплоть до конца палеогена были связаны гл. обр. с колебаниями влажности и проявлялись в чередовании аридных и гумидных фаз. Гл. аридные фазы приходятся на ранний кембрий, поздний ордовик, конец силура - первую половину девона, позднюю пермь и значит. 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 геол. эпохой изменяла свой состав - уменьшалось содержание паров воды и СО₂, повышалась относит. роль кислорода. В связи с этим уменьшался её "тепличный эффект", усиливались термич. контрасты между полюсами и экватором, что способствовало развитию межширотной циркуляции атмосферы.

Со второй половины олигоцена наступает значит. похолодание, охватившее высокие широты обоих полушарий и сильнее всего проявившееся в приполярных областях, где складываются вначале умеренный, а затем и арктич. типы климатов. С течением времени усиливались континентальность и сезонность климата, сокращалось общее кол-во атм. осадков и всё более пёстрым становилось их распространение. В антропогене похолодание усиливается. Неоднократные колебания темп-ры 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 астрономич. гипотез связывает изменения климата с колебаниями кол-ва и состава солнечной радиации, с изменениями элементов земной орбиты. Группа геологогеографич. гипотез признаёт в качестве основных следующие причины: непостоянный состав атмосферы (облачности, содержания углекислоты, наличия вулканич. пепла), различный характер поверхности Земли (распределение суши и моря; высота суши над уровнем моря; горы) и солёности океана, а также перемещение полюсов и континентальный дрейф. Совр. геол. данные показывают, что ни одна из многочисл. гипотез не может до конца выяснить причины изменения климатов прошлого.

Значение П. состоит в том, что, изучая историю климатич. развития Земли, она расширяет представления о протекавших в прошлом процессах выветривания и осадконакопления и об образовании связанных с ними месторождений полезных ископаемых, показывает условия суще-

ствования растительности и животного мира в минувшие геол. 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, Типы литогенеза и их эволюция в истории Земли, М., 1963; Проблемы палеоклиматологии, пер. с англ., М., 1968; Schwarzbach M., Das Klima der Vorzeit, 2 Aufl., Stuttg., 1961; В о w e n R.. Paleotemperature analysis, Amst. - L.- N. Y., 1966. В. М. Синицын.