10.3. Зміна клімату в геологічному минулому

Протягом історії Землі, разом із усією земною природою, мінявся і клімат. Показниками цих змін є копалини флори і фауни, включаючи пилок доісторичних рослин, ознаки процесів вивітрювання і нагромадження осадових відкладень у шарах, що відносяться до різних геологічних епох. Питання, що відносяться до кліматів геологічного минулого, вирішуються на базі геології і палеонтології.

Геологічні дані показують, що зміни клімату в минулому Землі були дуже глибокими, оскільки вони охоплювали сотні мільйонів років. Протягом цього часу докорінно мінялося положення на Землі: розташування суші і моря, орографія, розподіл океанічних течій, вулканічна діяльність, склад атмосфери. З іншого боку, могли мінятися і космічні впливи на Землю.

Розглядаючи органічні і неорганічні копалини як ознаки кліматів минулого, виходять з положення, що в минулому існували ті ж залежності флори, фауни, вивітрювання, ґрунтоутворення від клімату, які існують і в сьогоденні. Інтенсивне накопичення морських вапнякових опадів, а також утворення коралових рифів у даний час відбувається в мілководних теплих морях. Виявлення великих і могутніх товщ морських вапняків і коралових рифів у середніх широтах (наприклад, у Центральній Європі) говорить про більш теплий клімат, що існував у цих широтах у різні епохи життя Землі. У шарах бурих вугіль у Європі виявляються залишки теплолюбних рослин. Утворення кам’яного вугілля відбувалося раніше й в Антарктиді. Наявність викопних видів плазуючих і їх величезні розміри також є ознаками теплих кліматів. По розподілу викопних риб можна зробити висновок про поступове похолодання.

Одним з ознак холодних періодів є слабке хімічне вивітрювання і, навпаки, переважне фізичне вивітрювання з великою кількістю уламкового матеріалу у відкладеннях. Особливо важливими показниками є характерні відкладення і форми ландшафту, пов’язані з заледеніннями, а також, відповідні флора і фауна.

Найважливішою ознакою сухих (аридних) періодів є посилене відкладення солей (особливо якщо клімат також і жаркий). Пояса родовищ викопних солей на Землі також змінювали своє положення протягом геологічних епох. Пустелям минулого, як і сучасним, були властиві визначені явища вивітрювання, окремнення, переносу піску, дюноутворення і т.д. Ознаки таких явищ можна встановити й у геологічних шарах. Сухі періоди визначаються також по залишках сухолюбивої (ксероморфної) рослинності, по залишках степових тварин.

У вологих кліматах досить сильне хімічне вивітрювання. Тому ознаками вологих (і досить теплих) періодів у минулому є продукти хімічного вивітрювання в складі осадових порід, такі, як каолін, залізні, марганцеві і бокситові руди й ін. Важливими показниками таких кліматів є поклади торфу і кам’яного вугілля, а також залишки багатої деревної рослинності. Є визначені геологічні ознаки розподілу вітру в минулі епохи, ознаки гроз, сезонних змін клімату й ін.

Для періоду, коли на Землі з’явилася людина, крім геологічних засобів дослідження кліматів минулого, застосовуються ще й археологічні. Геологічно встановлено, що в певний період Сахара відрізнялася достатком опадів і численних повноводних рік. Археологічні дослідження показують, що кілька сотень тисяч років тому Сахара була родючим населеним плато.

Існує ряд спроб реконструкції кліматів геологічного минулого. Але в цілому, уявлення про геологічний клімат носять дуже загальний характер.

Взагалі, можна сказати, що протягом останнього півмільярда чи мільярда років клімат Землі в основному був більш теплим у помірних і високих широтах, чим у даний час. Льоди в полярних і середніх широтах протягом переважної частини цього часу були відсутні. Кліматична зональність тому не була виражена так контрастно, як тепер. Тропічна флора поширювалася далеко у високі широти.

Однак на цьому основному фоні «нормального» теплого клімату неодноразово відбувалися порівняно короткочасні похолодання, які охоплювали сотні тисяч мільйонів років. У ряді випадків при цьому розвивалися заледеніння у високих і середніх широтах. Кліматична зональність у такі періоди підсилювалася, тобто поглиблювалися теплові й інші кліматичні розбіжності між високими і низькими широтами.

Останні декілька сотень тисяч років є саме таким холодним періодом, протягом якого кілька разів розвивалися сильні заледеніння. Кліматичні умови істотно мінялися й у рамках цього періоду: льодовикові епохи змінювалися міжльодовиковими. Але в цілому цей період - холодний період в історії Землі.

Від початку першого заледеніння пройшло 600...700 тисяч років. Останнє заледеніння закінчилося кілька десятків тисяч років тому. Тепер людство живе в післяльодовикову чи міжльодовикову епоху. Однак великі площі Землі у високих широтах і зараз знаходяться під льодовиковим покривом, і клімат сучасної епохи варто відносити не до геологічної «норми», а до холодного періоду.

Про причини холодних періодів в історії Землі, і навіть останнього, дотепер немає погоджених думок. Висувалося багато гіпотез. Указувалося, наприклад, на періодичні коливання елементів земної орбіти, завдяки чому повинне було мінятися загальна кількість тепла, що приходить до Землі від Сонця. Це - зміна ексцентриситету земної орбіти з періодом близько 92 тисяч років і зміна нахилу екліптики до екватора з періодом близько 40 тисяч років. Сюди потрібно додати переміщення земної осі, що описує деяку конічну поверхню з періодом близько 21 тисячі років. Зміни клімату можуть бути поставлені в зв’язок з періодичними змінами в радіації, що надходить, але теж не можуть пояснюватися тільки ними.

Передбачалося також, що сонячна стала суттєво і періодично мінялася протягом геологічного часу, тобто що Сонце поводилося, як перемінна зірка. Перевірити таку гіпотезу, однак, неможливо.

Вважалося, що Земля в різні періоди свого життя проходила через області світового простору з різним вмістом міжзоряної речовини, яка по різному поглинає сонячну радіацію, що змінювало опромінення Землі.

На сьогодні більш ймовірно, що геологічні зміни клімату залежали не від змін у загальному потоці сонячної радіації, а від змін у сонячній активності, яка змінювала систему загальної циркуляції атмосфери. Але перевірити, чи дійсно сонячна активність зазнає циклічні зміни, порівнянні по тривалості з геологічними періодами, неможливо.

Геологічні зміни клімату зв’язувалися також і зі змінами змісту вуглекислоти і вулканічного попелу в атмосфері, зі змінами хмарності, із процесами усередині земної кори, зі змінами солоності океанів і ін. Жодна з таких гіпотез не є досить переконливою для пояснення холодних чи теплих періодів в історії Землі, хоча, може бути, деякі з цих передбачуваних причин дали свій внесок у загальну картину змін клімату.

Більш реальними причинами змін клімату були, очевидно, зміни земної поверхні: зміна розмірів і взаємного розташування материків і океанів, гороутворення, підняття великих ділянок суші, зміна системи течій. Зрозуміло, що в зв’язку з цими геоморфологічними змінами відбувалися зміни в складових теплового балансу земної поверхні, у загальній циркуляції атмосфери, в умовах кругообігу вологи, а тим самим і в кліматі. Імовірніше всього, що сильні зміни клімату були результатом спільної дії як неземних (зміни в припливі радіації до Землі й у сонячній активності), так і геоморфологічних факторів.