Учебник Палеогеография Лефлат без картинок и таблиц

Последние два миллиона лет развития географической оболочки изучены значительно полнее, чем более отдалённые времена. В течение этого времени сформировался современный облик Земли: её рельеф, структура климатической и природной зональности. При этом изменчивость во времени природных условий на поверхности планеты по современным представлениям была очень резкой, аналогичных контрастов не отмечено в её истории. К этому времени относят также формирование физического облика Homo sapiens и его материальной культуры. В связи с этими особенностями данный интервал, несмотря на свою непродолжительность, выделен как самостоятельный в геохронологической схеме с самого начала её создания и назван четвертичным периодом.

Четвертичный период и соответствующие ему четвертичные отложения были выделены, так же как и первичный и вторичный периоды (ныне устаревшие названия), на основании классификаций пород, слагающих земную кору. Петрографический принцип в геохронологии давно сменился палеонтологическим, однако он не без основания сохранился по отношению к четвертичному периоду. К отложениям четвертичной системы относятся поверхностные рыхлые толщи, рассматриваемые как «наносы» (Евдокимов, 2005), изучение которых необходимо для понимания процессов породообразования в ряду других современных природных процессов, а также в связи с практическим использованием рыхлых осадочных пород. Четвертичные отложения слагают поверхность, на которой живёт и ведёт хозяйственную деятельность человек; они являются материнской породой для почвообразования, а также источником многих полезных ископаемых. Пристальный интерес исследователей к данному геохронологическому этапу привёл к выделению ещё в середине XIX в. четвертичной геологии как особой ветви в системе геологических наук.

Четвертичную геологию как науку и учебную дисциплину нельзя назвать чисто геологической наукой. Географы и география играют не меньшую роль в её становлении и развитии, чем геологи и геология. Особенно отчётливо роль географических наук проявилась при разработке представлений о появлении и развитии континентальных ледниковых покровов, в результате геологической работы которых образовывались отложения, составляющие ледниковую формацию. Для понимания закономерностей развития природы в четвертичное время важнейшую роль стала играть климатология. Широкое развитие четвертичных отложений на земной поверхности привело к необходимости их изучения как компонента географической оболочки, являющегося основой рельефа земной поверхности, субстратом для формирования растительного покрова, материнской породой для почвообразования. Поэтому с конца XIX в. и по настоящее время палеогеография четвертичного времени является важнейшей ветвью общей палеогеографии, а её развитие имеет не только теоретическое, но и практическое значение для географии в целом.

Непродолжительность временного отрезка, получившего название «плейстоцен», изучению которого посвящен данный курс, в сочетании со значительностью изменений природной обстановки, происшедших за этот короткий интервал времени, требуют специального рассмотрения его положения и ранга в геохронологической схеме (табл. 1). В соответствии с геохронологической схемой плейстоцен - это эпоха, которая является частью квартера (четвертичного периода, антропогена), подобно тому как палеоцен, эоцен, олигоцен являются эпохами палеогенового периода, а миоцен и плиоцен - эпохами, составляющими неогеновый период.

Само выделение особого времени и присвоение ему названия «плейстоцен», означающее «новейший», было предложено в 1839 г. Чарльзом Лайелем, подходившим к геохронологическим рубежам с палеонтологической точки зрения (т. н. биостратиграфический подход). Основанием для отделения его от неогенового плиоцена стало то обстоятельство, что соответствующие морские отложения содержали от 70 до 90% видов существующих сейчас моллюсков. Впоследствии выяснилось, что эти отложения образовались во время развития покровных оледенений в высоких и умеренных широтах северного полушария. После того как ледниковая теория

получила общее признание, Е. Форбсом в 1846 г. для обозначения послеледникового времени был предложен термин «голоцен», означающий «полностью новый», или современный (recent). Впоследствии на Международном геологическом конгрессе в 1885 г. в четвертичном периоде, или квартере, были выделены две эпохи: плейстоцен и голоцен. Но на этом не закончились уточнения таксономического ранга самого квартера. Обсуждения продолжаются до настоящего времени и происходят на каждом международном форуме.

В 1919 г. А. П. Павлов предложил для последнего перед современностью периода наименование «антропозой», позднее преобразованное в «антропоген», что отражает главную особенность этого периода - появление Человека и развитие его материальной культуры. Таким образом, термины «антропоген» и «четвертичный период» стали синонимами. С термином «антропоген» вполне согласилось научное сообщество. Сохранение же названия «четвертичный период» вызывало возражения. В 60-е годы прошлого столетия в работах К. К. Маркова, Г. И. Лазукова, К. И. Лукашёва вместо него стало употребляться название «плейстоцен», поскольку эти учёные считали, что столь короткому промежутку времени (800 тыс. лет) не соответствует ранг «период», а более правилен ранг «эпоха». Кроме того, к середине XX века стало ясно, что термин «четвертичный период» явно устарел по принципу присвоения. В геохронологической схеме того времени уже отсутствовали понятия «первичный», «вторичный», название «третичный» употреблялось в геологических текстах изредка в случаях особого внимания к литологии соответствующих толщ. Для выделения же четвертичной системы оставались главными основаниями не палеонтологические характеристики, а литологические особенности отложений, соответствующих этому времени. Некоторое время в западной литературе использовался даже термин «дилювий» по отношению к поверхностным, самым молодым рыхлым толщам, отличавшимся от более древних непрерывным залеганием, которые понимались как «намывные». Как осадочные породы эти слои выделялись в виде пребывающих ещё в стадии формирования (in status nascendi). Соответствующее время их образования - квартер иногда даже называли «дилювиум». Но это название не несло хронологической информации, и предлагаемый термин не соответствовал принципам, принятым при составлении геохронологической схемы. С развитием ледниковой теории в виде синонима термину «четвертичный период» стал употребляться термин «ледниковый период», в котором отражалась важнейшая особенность состояния природы развитие континентальных оледенений. Однако, как выяснилось в дальнейшем, образование континентальных оледенений происходило не только в кайнозое, это явление отмечалось и в более отдалённые времена, так что и это название не несло хронологической нагрузки, что также не соответствовало геохронологическим правилам. Таким образом, из всех обсуждаемых предложений приемлемым оказалось название «антропоген» в ранге периода (синоним квартер) с подразделением на эпохи плейстоцен и голоцен.

Другой проблемой стало проведение нижней границы антропогена, поскольку время появления рода Homo пока ещё бесспорно не установлено. Новые антропологические сведения не позволяют однозначно определить возраст Человека и дискуссии по этому вопросу продолжаются. Кроме того, изучение палеогеографии квартера привело к формированию нового методического подхода, основанного не на палеонтологических, а на палеоклиматических принципах (в отличие от более отдалённых периодов). К проведению нижней границы квартера учёные смогли подойти с применением методов климатостратиграфии.

Особенностью квартера являлась небывалая ранее изменчивость климата, которая приводила в течение короткого интервала (около 2 млн лет) к неоднократному возникновению и деградации обширных ледниковых покровов в умеренном поясе северного полушария. Отличие квартера от более ранних этапов хорошо иллюстрируется кривыми, показывающими относительные отклонения температуры и атмосферных осадков от современных значений (рис. 1).

В связи с этой особенностью, по определению В. А. Зубакова (1978), нижней границей квартера следует считать время, когда стационарный климатический режим миоцена сменился на нестационарный автоколебательный режим с чрезвычайно выраженной контрастностью и ритмикой, который именуется ледниковым режимом.

Периодический характер климатических изменений в квартере доказывается чертами повторяемости в строении рыхлых толщ четвертичных отложении на всей территории умеренного пояса северного полушария: в разрезах чередуются отложения ледниковые или перигляциальные, присущие холодным интервалам, с континентальными отложениями, соответствующими современной так называемой межледниковой обстановке. В связи с этим можно реконструировать палеоклимат для соответствующих отрезков времени. Таким образом, в четвертичной геологии и палеогеографии применяется климатическая стратиграфия в отличие от биологической, на которой основана геохронологическая схема всего фанерозоя.

В соответствии с развитием климатостратиграфического принципа в 70-хгодах прошлого столетия было принято следующее определение. Климатическая стратиграфия - это система комплексного использования методов и приёмов палеоклиматических реконструкций в целях дробного стратиграфического расчленения и межрегиональной корреляции осадочных образований. В качестве инструмента были предложены следующие безранговые понятия: климатомер - геологическое тело (толща, слой и т. п), соответствующее климатическим условиям или событиям; климатохрон время и особенности этих климатических условий или событий (Зубаков, 1978). Таким образом, время максимального похолодания и оледенения - криохрон, геологическим свидетельством этого времени является крио- мер в виде ледниковой толщи; время межледникового термического оптимума - термохрон, геологическим свидетельством его являются континентальные отложения, аналогичные современным.

Именно на основе принципов климатостратиграфии Международный союз по геологическим знаниям (IUGS) принял в 2004 г. проект нового варианта геохронологической шкалы, в котором были предложены поправки в иерархическую систему ныне действующей шкалы и рекомендовано иное положение нижней границы квартера (табл. 2).

Новым в этом проекте стало то, что в иерархию кайнозоя была введена новая графа «Субэра», которая восстанавливает прежние подразделения «Третичный период» и «Четвертичный период», и таким образом подчёркивается необходимость разделить два контрастных по палеоклимату состояния тёплое третичное время и холодное четвертичное. С точки зрения сопоставления с классическими построениями кайнозойская эра подразделяется не на три, а на два периода - палеоген и неоген, состояние природы в которых отличается в связи с кардинальным изменением в неогене глобального рельефа и климата, как следствий альпийского диастрофизма. В неогене выделено четыре эпохи: миоцен, плиоцен, плейстоцен и голоцен, при этом в неогене же проходит граница между субэрами третичной и четвертичной по нижней границе века галазий, входящего в плиоцен. В этом проекте пока явно видна незаконченность схемы, поскольку не изменена граница между плиоценом и плейстоценом в соответствии с границей между субэрами (логически изменение необходимо). При этом главные изменения обоснованы. Так, понижение границы квартера до 2,588 млн л. н. имеет климатостратиграфическую основу: палеогеографические исследования показали наличие глубокого климатического песси мума в интервале 2,7-2,1 млн лет назад, с которым связано распространение многолетней мерзлоты на севере Азии (Изменение климата 1999).

Таким образом, отрезок времени «плейстоцен», фигурирующий в названии нашего курса, в настоящей таксономии новейшего времени является частью субэры «квартер», частью неогенового периода, его эпохой, наряду с частью эпохи плиоцен и эпохой голоцен, и, в свою очередь, подразделяется на три звена: раннее, среднее и позднее.

В геохронологической схеме кайнозоя, разработанной российской палеогеографической школой, которой мы будем пользоваться в дальнейшем при изложениии курса «Палеогеография плейстоцена», есть отличия от схемы, предложенной IUGS, особенно в части подразделения плейстоцена.

В процессе изучения палеогеографии плейстоцена мы не будем ограничиваться строго его хронологическими рамками 0,0118- 1,806 млн л. н., так как понадобится обращаться к палеогеографии и более ранних и более поздних времён, которые тесно связаны с данным временем.

Глава I

Изменение природы Земли в позднем кайнозое

Новейшее геологическое время - плейстоцен - преемственно связано с событиями начала позднего кайнозоя (неогена), которое определяется переломом в тектоническом развитии планеты. Палеогеография неогена изложена в учебном пособии (Лефлат, 2005), укажем главные её черты.

Усиление тектонической активности, начавшееся ещё в конце палеогена (Альпийская складчатость), и продолжавшееся расползание материков быстро и резко меняли облик глобального рельефа, который за 25 млн лет достиг современного облика.

Произошло разделение южного блока материков на Индию, Австралию, Антарктиду. Индийская глыба двигалась к Азии. Австралия перемещалась на северо-восток, поворачиваясь вокруг своей оси против часовой стрелки. Индийский океан, который был уже выражен к концу мела, приобрёл очертания, близкие современным.

Наименее подвижными оказались Антарктида и Африка, но и они не оставались неизменными. На платформах закладывались новые глубинные разломы: образовалось Красное море, Восточная Африка деформируется системой глубинных разломов (рифтов) от нижнего течения реки Замбези к южной оконечности Сомали; такие разломы отмечаются и на других континентах - рифт озера Байкал, рифт Калифорнийского залива.

Развитие геосинклинальных поясов приводит к смятию мягких осадочных пород в складки. Так произошёл рост гор субширотного Альпийско-Гималайского пояса, когда вместо геосинклинального прогиба поднялись складчатые средневысотные горы, которые в течение всего позднего кайнозоя росли и образовали глобальный действующий в настоящее время орографический климатораздел.

Древнейший океан Тетис сначала разделился на Северный и Южный бассейн, а затем каждый из бассейнов разделился на изолированные моря. Остатками этих морей являются Средиземное и Черное моря и бессточные озёра - Каспийское море и Аральское море. В настоящее время эти пересыхающие внутриконтинентальные моря и озёра лишь напоминают о некогда грандиозном океане, разделявшем Лавразию и Гондвану.

Значительные вехи кайнозойской истории Восточной Азии связаны с развитием вулканических поясов, параллельных восточному ограничению континента, и зоны глубоководных жёлобов, а также со становлением и разрушением «Берингийского моста».

Важным событием позднего кайнозоя, повлиявшим на циркуляцию океанических вод, был подъём на рубеже миоцена и плиоцена Панамского перешейка и ликвидация существовавшего с середины мезозоя пролива, отделявшего Северную Америку от Южной Америки.

Начало полной изоляции Антарктиды приходится ещё на палеоген, на рубеж эоцена и олигоцена, климатические же последствия этого события сказались в неогене. С раскрытием пролива Дрейка разрушились последние континентальные связи Антарктиды с Южной Америкой и при образовании сплошного циркумполярного течения стал увеличиваться ледовый щит Антарктиды, что привело к первому понижению уровня Мирового океана в конце палеогена (около 30 млн л. н.). Медленно развивавшаяся теократическая регрессия, сопровождавшая тектоническую активизацию начала неогена, резко усилилась за счёт изъятия воды на формирование ледового панциря Антарктиды.

За короткое время позднего кайнозоя глобальный рельеф приобрел современные черты в положении крупных участков суши по отношению к экватору и полюсам.

Следствием тектонических процессов стали также высотные изменения глобального рельефа: на фоне теократической регрессии океана возрастала высота континентов и резко увеличивались океанические глубины. Наиболее революционной частью неотектонического этапа предполагают интервал 15-7 млн л. н. Орографические контрасты, возникшие за это время уникальны: средняя высота суши увеличилась более чем вдвое, амплитуды вертикальных перемещений возросли в 4-5 раз (Марков, 1968). Для Альпийского региона приводятся такие оценки: амплитуда поднятий в Центральных Альпах достигала 3-4 км; Ломбардская низменность погрузилась за неоген-плейстоцен на 3 км, (возможно, и более). По средней высоте суши и по глубинам Мирового океана глобальный рельеф за поздний кайнозой достиг современных характеристик.

Изменения в глобальном рельефе планеты в позднем кайнозое привели к значительным изменениям климата Земли. Продолжалось устойчивое похолодание, связанное с направленным увеличением высоты суши. С увеличением же глубин Мирового океана стала формироваться зона холодных донных вод с температурой ниже 18° С, что также способствовало понижению глобальной среднегодовой температуры. Эта тенденция наметилась ещё в палеогене, но темпы похолодания в неогене увеличились. Если с эоцена по миоцен понижение среднегодовой температуры в Западной Европе определено в 7° С (с 22 до 15° С), то только за плиоценовую эпоху неогена оно составило 13° С (с 15 до 2° С). Впрочем, столь значительные изменения глобальной температуры есть следствие не только возрастания абсолютной высоты континентов.

Ещё более значительное изменение климатической системы связывают с кардинальной перестройкой в океанической и атмосферной циркуляциях. В результате появления Панамского перешейка и раскрытия Атлантики в циркуляции поверхностных вод Мирового океана произошла смена циркумэкваториапьного большого кольца океанических течений на более сложную циркуляцию океанических вод, состоящую в каждом океане из большого приэкваториального кольца и малого - в умеренных широтах. Эта перестройка привела к охлаждению высоких широт, лишённых приносимого течениями тепла. На севере Евразии и Северной Америки возникли умеренно холодный и умеренный типы климата.

Значительные изменения в атмосферной циркуляции связаны с образованием высоких гор, ставших климаторазделами. Восточная часть Тетиса уже к началу миоцена стала сушей, но поднимающиеся Гималаи ещё не достигли такой высоты, чтобы оказать сильное воздействие на климат, в предгорьях продолжали господствовать влажные тропические условия; позднее, к концу миоцена и в плио-цене горообразование привело к тому, что Гималаи поднялись огромной стеной и за этим последовала быстрая аридизация клима-та внутри континентальной Азии. Воздымание прибрежных цепей на восточном ограничении Азии сузило область развития внегропических муссоннов и привело к усилению изоляции внутренней Азии. Такую же роль стали играть и Кордильеры, рост которых привёл к ограничению роли западного переноса, аридизации климата на высоких плато Северной Америки и возникновению там пустынь (Изменение климата ..., 1999).

Однако сущность происшедших изменений заключалась не только в образовании геоморфологических барьеров на пути воздушных масс. Происходило формирование Гималайско-Тибетской высокогорной страны, с которой связано развитие Центрально- Азиатской области высокого давления (антициклона) - важнейшего центра действия атмосферы глобального уровня. Одновременно возникает обширная горная страна в условиях усиливающегося похолодания на северо-востоке Азии, которая стала областью формирования Сибирского антициклона с его выхолаживающим воздействием на запад субконтинента и, особенно, на Полярный бассейн, в котором появились плавучие льды, хотя он ещё не стал Ледовитым.

Окончательное закрытие океана Тетиса и дальнейшая история морей Паратетиса привели к различным климатическим и географическим последствиям. Изоляция Тетиса от Атлантики произошла на рубеже миоцена и плиоцена, остаток Тетиса - Средиземное море, расположенное в жарком климате, стало быстро иссушаться, разбиваяясь на множество остаточных водоёмов-испарителей. В них накапливался ангидрит, гипс, каменная соль. В начале плиоцена Гибралтарская перемычка рухнула и воды Атлантики быстро, в течение нескольких десятков лет, заполнили котловину Средиземного моря (Клиге и др., 1998). В палеогеографии это событие называется «мессинский кризис»; влияние его на состояние уровня Мирового океана приравнивается к влиянию возникновения и исчезновения оледенений. Это событие дополнительно понизило уровень Мирового океана, который и без того регрессировал.

Образование Берингийского моста привело к отделению Арктического бассейна от Тихого океана. На побережье Арктического бассейна установился очень холодный климат, стала развиваться вечная мерзлота.

Особую роль в глобальном похолодании позднего кайнозоя играет палеогеография Антарктиды. В Антарктиде в связи со значительными абсолютными высотами и высокоширотным положением уже в олигоцене происходило развитие горного оледенения (Монин, 1977). В середине олигоцена окончательно сформировалось Антарктическое циркумполярное течение, которое привело к обособлению континента. Сокращение обмена водами между полярными и теплыми средними широтами усилило климатическое похолодание. Постепенно горное оледенение стало переходить в покровное (Свиточ и др., 2004). Полагают, что к началу плиоцена оно достигло побережья и в дальнейшем пульсировало. Антарктида стала всемирным холодильником.

В северном полушарии сходные процессы привели к образованию ледникового щита Гренландии, которое произошло в конце миоцена; тогда же образовались горные ледники Исландии и Северной Америки. Покровные ледники на островах Канадского архипелага и Северного Ледовитого океана образовались позже, только в середине плиоцена. В это же время появились плавучие льды близ Северного полюса, но весь Северный Океан покрылся паковым льдом и стал Ледовитым позже, в антропогене.

В целом для климата позднего кайнозоя характерно: прогрессирующее похолодание, имеющее колебательный характер с чередованием похолоданий и потеплений; развивающееся оледенение Антарктиды, превратившееся в конце неогена в покровное; усиление температурных контрастов между высокими и низкими широтами; появление континентальных климатов и рост аридизации внутриконтинентальных областей. Однако структура климатических поясов не была идентичной современной, хотя она очень приблизилась к ней в плиоцене. Не было климатического арктиче-ского пояса с нивальным климатом в северном полушарии, шире были субтропические пояса, вероятно, менее аридными были внутриконтинентальные области обоих полушарий. Глубокое климатическое похолодание для севера Евразии отмечается в конце плиоцена (2,7-2,1 млн л. н.) и его считают началом устойчивого развития криосферных процессов на суше (Изменение ...,1999).

Развитие органического мира в позднем кайнозое отражает стремительные климатические изменения в это время. Филогенетическое развитие растений привело к окончательному господству в растительности покрытосеменных, среди которых характерно увеличение роли трав, большая часть которых принадлежит к подклассу однодольных растений. В животном мире утвердилось господство млекопитающих, количество родов и видов которых быстро увеличивалось. Разнообразие млекопитающих связано с приспособлением их к обитанию в засушливых, пустынно-степных ландшафтах, которые появились в неогеновом периоде позднего кайнозоя.

Наряду с появлением в растительном и животном мире новых форм в позднем кайнозое происходит изменение структуры географических поясов и провинций. Дифференциация лесных флор стала максимальной и привела к формированию мозаичной системы современных фитохорий, в которой выделяют шесть современных царств: Голарктическое, Палеотропическое, Неотропическое, Капское, Австралийское и Антарктическое.

С середины миоцена, по мере усиления похолодания стала возрастать широтная дифференциация Бореальной области Голарктического царства: здесь началось формирование новых зональных типов растительности, в частности таёжной растительности. Темнохвойная тайга как тип растительности сформировалась в плиоцене. Листопадные леса также претерпели изменения. Тургайная лесная флора преобразовалась в широколиственные леса Дальнего Востока, Русской равнины, Западной Европы. Хвойные и лиственные древесные образовали лесную зону умеренного пояса (бореальные леса) с несколькими подзонами.

В Тетисовой области, там, где влажный субтропический климат сменился на сезонный средиземноморского типа, сформировались области, которые стали местом распространения полтавской флоры. Похолодание на рубеже эоцена и олигоцена привело к тому, что Средиземноморская область сменила Тетисовую область. В ней господствовала сходная с полтавской средиземноморская флора, но границы растительных зон сместились к югу. Средиземноморская область заняла ближайшую периферию Средиземноморского бассейна и северные окраины Африки. На смену полтавской флоре пришла современная средиземноморская флора, более ксерофитная, чем предшествующая. Тенденция ксерофитизации в растительности проявилась в появлении значительно позднее (в плейстоцене) тундровой растительности - крайнего варианта ксерофитизации на фоне похолодания.

Травянистые растения в миоцене, занимая всё более обширные пространства в условиях переменного увлажнения, образовали зону саванн. С позднего миоцена при направленном похолодании пятна безлесных травянистых ландшафтов стали обособляться из лесных пространств на юге умеренного пояса, образуя степные зоны и, благодаря распространению сухих климатов, степи стали занимать все большую и большую площадь. Плиоцен в связи с их развитием называют временем великого остепнения.

В связи с нарастающим похолоданием появляются (возможно, в плиоцене) альпийские и арктические растения.

В соответствии с предложенной А. А. Величко концепцией Яшамики общепланетарной зональной структуры, в Северной Евразии на протяжении неогена происходила смена монозональ- ной структуры (господство лесной гиперзоны) полизональной структурой, когда за счёт сужения лесной гиперзоны возникали новые зоны (Изменение климата ...,1999). Вероятно, подобные перестройки в зональности со своей спецификой происходили и в Северной Америке.

Природная обстановка в плейстоцене, сильно отличающаяся от предшествующей, не возникла внезапно. Развитие природных сфер, последовавшее за кардинальными изменениями глобального рельефа в позднем кайнозое, привело к новому состоянию географической оболочки, главным в котором было образование криосферы. Появление новой природной сферы с самостоятельной ролью в природных процессах и легло в основу предложения выделить снова третичный и четвертичный интервалы в качестве нового ранга - субэра.