Глава V

Цикличность в изменениях природы в плейстоцене

Охлаждение земной поверхности в плейстоцене, как отмечалось ранее (см. главу II), представляло собой не простой процесс: направленное похолодание осложнялось колебаниями. В первую очередь это проявилось в неоднократном возникновении и расширении покровных континентальных ледников в умеренном поясе на равнинах северного полушария, на смену которым в результате потепления приходила их полная деградация вплоть даже до исчезновения морских льдов у побережья Северного Ледовитого океана. Концепция полигляциализма в ледниковой теории утвердилась одновременно с появлением концепции материкового оледенения. Так, Дж. Гейки (1874) расчленил моренные отложения Шотландии на отдельные горизонты, разделённые межледниковыми слоями. В России в толще ледниковых отложений слои неледникового генезиса выделил Н. А. Криштафович, изучивший их под Москвой у с. Троицкое.

Особенно большое значение приобрели исследования А. Пенка и Э. Брюкнера (1901-1909), которые выделили в четвертичной истории Альп несколько ледниковых эпох и таким образом подошли к выделению циклов в климатических колебаниях плейстоцена. Они построили знаменитую кривую, на основании которой возникла широко известная альпийская схема подразделения плейстоцена. В бассейне Верхнего Дуная были обнаружены разновозрастные морены и коррелятные им флювиогляциальные галечники; между ледниковыми толщами были найдены межледниковые отложения с теплолюбивыми ископаемыми флорами. А. Пенк и Э. Брюкнер выделили от более древних к молодым четыре ледниковых эпохи: гюнц, минделъ, рисс и вюрм, названия которым были даны по названиям малых рек и озёр бассейна Верхнего Дуная, близ которых были обнаружены соответствующие разновозрастные морены. Кривая Пенка-Брюкнера по сути отражает колебания снеговой линия Альп, которые связывались с климатическими изменениями, поэтому её называют климатической кривой (рис. 8).

Поскольку геохронометрических методов определения возраста отложений не существовало, исследователи попытались определить продолжительность межледниковых и послеледниковой эпох, основываясь на различной высоте уступов альпийских рек, которые формировались в межледниковые интервалы. Отношение высот этих уступов для всего Альпийского региона оказалось повторяющимся: 3:12:3:1, при этом время формирования последнего уступа с относительным значением 1 соответствовало послеледниковью, его приняли за 20 тыс. лет, основываясь на археологических сведениях. Посчитав, что сумма межледниковых интервалов равна 380 тыс. лет, авторы приняли, что весь плейстоцен может быть определён приблизительно в 600 тыс. лет. Таким образом, несмотря на приблизительность построений, порядок величин оказался вполне сходным с современными представлениями.

Попытки объяснить циклические климатические флуктуации, приводившие к повторяющейся смене оледенений межледниковьями, уже в первой четверти XX в. привели к появлению множества климатических гипотез, которые связывали эти флуктуации с колебаниями инсоляции, поступающей на внешнюю границу атмосферы (Лефлат, 2004). Цикличность в поступлении инсоляции к внешним границам атмосферы связывают с переменностью положения Земли по отношению к потоку солнечных лучей при постоянстве солнечной радиации, т. е. с неравенствами или возмущениями земной орбиты. На изменение распределения солнечной радиации по поверхности Земли в связи с изменениями орбитальных характеристик указывали астрономы Дж. Кролл и В. Кеппен, А. Вегенер. В дальнейшем математик М. Миланкович построил интегральные кривые для избранных широт (высоких) на весь четвертичный период (1 млн л. н.). Интерес климатологов к кривым Миланковича менялся в течение XX в., но в настоящее время к анализу этих кривых обращаются вновь. На новом уровне познания интегральные кривые, учитывающие главные орбитальные возмущения, продолжают разрабатываться. На базе их анализа формируется орбитальная теория климата (Большаков, 2003).

К середине XX в. на основании обширных геологических исследований в разных странах северного полушария, в том числе и в СССР, утвердилась схема разделения четвертичного периода на три звена, каждому из которых соответствовало оледенение и межледниковье (полная деградация континентальных ледниковых покровов). Границы между звеньями проводили под тёплой поло-виной ритма - межледниковьем, а для всего плейстоцена - под предледниковьем, которому соответствовало вытеснение неогено-вых лесов четвертичными (Марков и др., 1968). Поскольку пред-ставления о плейстоценовой истории базировались на истории покровных оледенений, главной задачей было выявление границ оледенений и их стадий. Площади континентальных оледенений, их объёмы и интенсивность оледенений связывались со степенью похолодания климата. С конца прошлого века и практически до настоящего времени употребляется традиционная терминология ледниковых и межледниковых событий, принятых для Альп, Европы и Северной Америки (табл. 7).

К 80-м годам XX в., по мере накопления геологических сведений и развития аналитических методов в палеогеографии четвертичного времени появились представления не только о недавних, но и о более древних оледенениях. Так, некоторые оледенения, которые были выделены в альпийском регионе (Дунай, Гюнц), оказались плиоценовыми. Выяснилось, что плейстоценовые оледенения в разных регионах развивались не всегда синхронно. Например, поздний эльстер одновозрастен раннему Иллинойсу, (410 тыс. л. н.), а канзасское оледенение древнее и длительнее миндельского; возраст небрасской толщи определён в интервале от 2 до 1,2 млн л. н., т. е. оледенение в Северной Америке по крайней мере на 1 млн лет предшествует первому покровному оледенению Европы. Появилась проблема «первого оледенения», не решённая до сих пор (Зубаков, 1978), и углубились представления о разнообразии связей покровных оледенений с климатическими колебаниями, которые оказались не всегда прямыми. Развитие покровных оледенений зависит не столько от температуры, сколько от соотношения температурного режима и режима увлажнения, а ход изменения температуры и увлажнённости не идентичен. Значит, покровное оледенение, будучи отражением глубокого похолодания климата, в разных природных обстановках появляется не одновременно; его деградация, вызванная потеплением климата, происходит разными темпами, поскольку поведение ледяных образований, различных по массе и объёму, по-разному отражает глобальные похолодания или потепления климата.

Таким образом, для палеоклиматических реконструкций понадобилось изучать другие природные объёкты, реагирующие на климатические флуктуации, не только ледовые. К таким объектам относится береговая линия, отражающая положение уровня Мирового океана. Её изучение показало, что даже такому короткому интервалу времени, как плейстоцен, присущи колебания уровня океана. Обнаруживаются относительно недавние следы существования моря в пределах современной суши, в других местах ниже современного уровня моря обнаруживаются речные долины, имеющие форму речных каньонов, дельты, береговые отмели и

континентальные отложения, такие как почвы, пласты пресноводного торфа и т. п.

Движения уровня Мирового океана в истории планеты были весьма разнообразны по генезису и определяли конфигурацию суши (Лефлат, 2004). Для плейстоцена характерны гидрократические колебания уровня Мирового океана (гляциоэвстатические), связанные с поступлениями или изъятиями вод покровных ледников, хотя и теократические колебания тоже имели место. Идею об изменении уровня океана при образовании и таянии ледников впервые высказал Чарльз Макларен (1842) и за этими пульсациями закрепилось название колебаний Макларена. Соотнесение данных об объёмах льдов, изъятых из Мирового океана в виде ледников, с оценкой понижения уровня океана, сделанное в 30-х годах XX в., выглядело таким образом: во время максимального оледенения (рисского) уровень Мирового океана понижался на 183 м; во время последнего оледенения (вюрмского) - на 75-103 м. В настоящее время количественные оценки понижения уровня Мирового океана производятся только для последнего оледенения, поскольку сведения об объёме более ранних оледенений очень приблизительны. По разным оценкам, понижение уровня во время последнего оледенения предполагается в пределах от 90 до 170 м (Селиванов, 1996). Повышение уровня Мирового океана в связи с колебаниями Макларена по отношению к современному уровню оценивается в пределах 3,5-6 м, поскольку и во время межледниковий в плейстоцене ледники Антарктиды и Гренландии оставались источником поступления воды в Мировой океан. Следовательно, и в современных условиях при всяком длительном потеплении может происходить повышение уровня Мирового океана, а при похолодании - его понижение.

Анализ колебания уровня Мирового океана в плейстоцене показал, что каждому оледенению соответствует его регрессивный уровень, каждому межледниковью - трансгрессивный на фоне современного трансгрессивного состояния (межледникового). Следовательно, колебания уровня океана в плейстоцене так же, как и климатические колебания, - цикличны. Важнейшим следствием этих колебаний являлись порождаемые ими ритмы в развитии рельефа и седиментации на шельфах, в береговых зонах и приморских областях в соответствии со схемой: климатический

ритм » трансгрессивно-регрессивный ритм » седиментационный ритм » геоморфологический ритм.

Поскольку изучение колебаний уровня океана в плейстоцене выявило связи между высотой уровня и развитием покровных оледенений, то, казалось бы, теперь получена возможность по высоте уровня океана судить о размерах покровных оледенений, а также использовать эти сведения для оценки продолжительности циклов «оледенение межледниковье». Однако, выяснилось, что эти связи не однозначны. Древним берегам присуще большое генетическое разнообразие. В зависимости от знака тектонических движений территории их разделяют на берега средиземноморского типа и берега западносибирского или нидерландского типов. Для средиземноморского типа берегов характерна лестница вложенных абразионных террас; чем терраса ниже, тем она моложе. Такие террасы впервые были обнаружены на побережье Средиземного моря, на алжирском и французском берегах, где они были изучены географами Л. Ламотом и Ш. Депере. Ими было отмечено, что террасы в разных частях Средиземноморья сохраняют4 всюду почти одну и ту же высоту (рис. 9).

Лестницы террас широко распространены и на других побережьях. В настоящее время они изучены не только в Средиземноморье, но и в Индии, Австралии, на побережьях обеих Америк и многих архипелагов. В Калифорнии террасы поднимаются на высоту 500 м и более (Марков и др., 1968). Их широкое распространение в районах, значительно удалённых друг от друга, примерно одинаковые высоты для нижних уровней, различия в высотах для более древних уровней и деформации их поверхностей свидетельствуют не только о гидрократических колебаниях уровня Мирового океана, но и о тектонических движениях, как глобальных, так и дифференцированных. В плейстоцене продолжалось прогибание океанического дна океана, отразившееся в планетарной позднекайнозойской регрессии уровня океана. На фоне глобальной теократической регрессии в связи с климатическими флуктуация ми происходили гидрократические трансгрессивные всплески. Самые высокие и древние террасы, имеющие различные высоты и нередко деформированную поверхность, вероятно, подверглись дифференцированным движениям, весьма разнообразным в плейстоцене. Низкие террасы, сформировавшиеся в течение последних сотен лет, не деформированы и имеют в разных частях Земли одинаковые высоты в связи с единым процессом прогибания дна моря.

Таким образом, средиземноморский тип побережий сформировался в результате интеграции теократических и гидрократических колебаний уровня океана в плейстоцене. Построенная позднее на материалах де Ламота и Депере модель, представленная Фэрбриджем (Боуэн, 1981), показывает снижение уровня моря с высоких отметок в раннем плейстоцене до низких в позднем плейстоцене, на фоне которого выделяются трансгрессивные всплески межледниковий, соответствующих террасовым уровням.

Береговые линии западносибирского (нидерландского) типа представляют собой аккумулятивные покровы, наложенные друг на друга (прямое залегание) в районах тектонического прогибания земной коры. Геологическое профилирование позволяет обнаружить переход аккумулятивных покровов в террасы средиземноморского типа там, где опускание сменяется стабильным состоянием или поднятием.

Особый тип береговых линий связан с явлением гляциоизостазии, когда таяние покровных ледников приводит к тому, что территория, погруженная под давлением льда, поднимается со скоростью, значительно большей, чем это происходит в областях положительных тектонических движений. Амплитуда гляциоизостатических движений зависит от мощности континентальных льдов и увеличивается по мере приближения к центру оледенения. Гляциоизостатические движения поэтому называют автономными. Высота уровней, связанных с гляцоизостазией, может служить основанием для реконструкции объёмов покровных ледников. Значение гляциоизостатических движений выявляется на примере районов развития центров покровных оледенений. Так, 8000 лет назад Финляндия поднималась в 6-7 раз быстрее, чем в настоящее время. Объясняется это тем, что произошло совпадение по времени максимума скорости неотектонического поднятия Балтийского кристаллического щита и его ледниковой разгрузки, которая осуществилась с большой скоростью, так как последние фрагменты ледникового щита растаяли за несколько (до 5) тыс. лет. Таким образом, быстрое поднятие Скандинавского полуострова имеет гляциоизостатическую природу (Марков, 1960).

Изучение плейстоценовой береговой линии стало важной составной частью для палеогеографических реконструкций, способствовавших выявлению циклических изменений климата плейстоцена. Однако соотношение теократических и гидрократических колебаний уровня океана не однозначно для разных районов и разных этапов плейстоценовой истории. В связи с этим пока нет надёжных критериев для оценки вклада климатического фактора в положение океанического уровня. Для подразделения плейстоцена на звенья в соответствии с климатическими циклами оказалось недостаточно представлений о развитии континентальных оледенений даже при условии корреляции ледниковых событий с колебаниями уровня океана. Хотя циклические изменения инсоляции единовременно воздействуют на систему географической оболочки, они проявляются в климатических изменениях, в том числе и в появлении и деградации покровных оледенений, а тем более в колебаниях уровня океана, несинхронно. Нужны исследования многих природных явлений, зависящих прямо или косвенно от климатических условий, дополняющих друг друга, чтобы получить более или менее полную картину цикличности развития природы Земли в плейстоцене.

Начиная с 50-х годов XX в. внимание палеогеографов обратилось к изучению процессов, происходивших вне собственно гляциального пояса в пределах перигляциального пояса. Развитие учения о почвенно-лёссовой формации, расширение сферы применения спорово-пыльцевого анализа позволили получить новые представления о динамике почвенно-растительного покрова в северном полушарии в плейстоцене, который, как известно, чутко реагирует на климатические изменения. В перигляциальной части пояса при потеплениях и похолоданиях менялись границы природных зон, под влиянием ледниковых покровов возникали новые ландшафты. Поскольку главными индикаторами палеоландшафтов являются погребённые почвы и ископаемая растительность, изучаемая с помощью спорово-пыльцевого анализа, подразделение плейстоцена разрабатывалось на региональном уровне. Ключевым районом стала Восточно-Европейская равнина. На начальном этапе исследования в разрезах рыхлых отложений выделялись толщи, сформировавшиеся в контрастных климатических условиях - тёплых (межледниковья) или холодных (оледенения), которые стали называть термомеры и криомеры, а время их формирования, соответственно - термохрон и криохрон. Объединённые две полуволны (тёплая и холодная) образуют климатический цикл. Один или несколько циклов объединяются в звено плейстоцена (табл. 8).

Из данных приведённой таблицы следует, что внеледниковая область сохраняет в своём строении более подробные палеоклиматические свидетельства: меньше перерывов в накоплении отложений. Вместе с тем очевидно, что такие климатостратиграфические подразделения, как лёссы, почвы, спорово-пыльцевые зоны, так же, как и в ледниковой области морены могут использоваться в качестве местных подразделений, поскольку на их формирование влияет не только температура, но и увлажнённость. Чтобы произвести глобальное разделение плейстоцена как эпоху на циклы (криохроны и термохроны), нужно отделить температурную составляющую от изменений увлажнённости. Это стало возможным с появлением технического обеспечения в изучении донных осадков океана.

Ещё в 50-х годах К. К. Марков отметил роль изучения донных океанических отложений в палеогеографических реконструкциях. Он отмечал, что «...стратиграфия донных отложений океана отражает, хотя и упрощенно, по сравнению с сушей, изменения климата Земли (глобальные), так как именно изменения температуры были не только повсеместны, но и равнонаправлены (К. К. Марков и др., 1968, с. 251). Кроме того, донные океанические отложения накапливаются практически непрерывно, в отличие от континентальных отложений, для которых характерны значительные перерывы в ос ад ко накоплении. Однако в середине XX в. состояние аналитических методов в палеогеографии не позволяло в полной мере воспользоваться этими преимуществами морских отложений.

Биостратиграфические методы не позволяли расчленить океанические осадки плейстоцена, так как за такой короткий промежуток времени среди беспозвоночных моря не возникло новых видов. Возможно было применение климатостратиграфической методики, в основе которой лежит выделение климагоседиментационных

циклов различными методами: микропалеонтологнческимн, лито- логоминералогическими и изотопными. Микропалеонтологическая методика позволила выделять климатические зоны путём статистической оценки содержания по разрезу планктонных фораминифер, чувствительных к изменениям температуры (например. Globorotalia menardi), либо используя процентное соотношение холодно- и тепловодных видов. В связи с этим стал широко использоваться метод Имбри, который позволил выделить в плейстоценовом разрезе до 10-15 подразделений. Большое

| Ответить с цитатой |

07.05.11, 20:45 Вверх #6 (permalink)

Dumuc

Новичок

Географический

Постов: 21

Репутация: 0 (0) Re: Учебник Палеогеография Лефлат без картинок и таблиц

практическое значение имело также выделение карбонатных циклов, изучение которых связано с работами С. Аррениуса (Марков и др., 1968).

С развитием изотопных методов для определения палеотемператур океанических вод продуктивным стало использование величины изотопного отношения О18/О16 в раковинах морских организмов. Суть метода заключается в том, что карбонат кальция раковины имеет изотопный состав кислорода, который определяется температурой образования раковины. После смерти моллюска раковина падает на дно и перекрывается более поздними осадками. Изотопный состав кислорода раковин остаётся неизменным во времени и раковины служат своеобразным термометром для прошлых эпох (Руководство ...,1976). Оказалось, что все рассмотренные циклы - микропалеонтологические, карбонатные, изотопно-кислородные - соответствуют друг другу, отражая изменения в содержании С02 в атмосфере, колебания инсоляции, т. е. они представляют разные стороны одного сложного процесса - колебаний климатической системы. Использование изотопно-кислородных коэффициентов имеет преимущества перед прочими характеристиками, поскольку они могут применяться как в глубоководном, так и в континентальном разрезах (Зубаков, 1986).

Изотопно-кислородные циклы положены в основу разработки эталонной климатической шкалы плейстоцена и более отдалённых промежутков времени. Выбранные стратотипические колонки глубоководных кернов, обработанные с целью геохронометрического датирования разными методами, были приняты как эталонные. Анализ полученных палеотемпературных кривых подтвердил выделение в донных отложениях криомеров и термомеров, которые получили название изотопно-кислородные стадии.

Они представляют собой климатоседиментационные циклы с примерной длительностью в десятки тысяч лет.

Сопоставление температурной кривой океанического плейстоцена со стратиграфическими региональными континентальными схемами показало несомненно более сложный характер последних, что привело к необходимости разработки принципов климатостратиграфии. Прежде всего надо оценить иерархию комплексов континентальных отложений (криомеров и термомеров). В разрабатываемой в настоящее время геохронологической шкале плейстоцена выделяются подразделения, каждое из которых соответствует термомерной или криомерной полуволне климатического цикла. Эти подразделения имеют среднюю длительность от 560 (позднеледниковье и голоцен) до 450 тыс. лет (ранний плиоцен). В качестве материального носителя следов глобального климатического события предлагается подразделение, именуемое «климатема» - комплекс отложений, формирующихся в условиях определённой климатической обстановки. Поскольку этот термин безранговый, в его определение не вводится ни длительность, ни амплитуда температурного тренда, есть необходимость выделения рангов. Вариант ранжирования, представленный в табл. 9, предложен В. А. Зубаковым (1986).

В континентальном осадконакоплении, в отличие от океанического, большую роль играют не только температурные условия, но увлажнённость. Известно, что ход изменения температурного режима и режима увлажнённости, связанные между собой, в своих максимумах и минимумах не совпадают. В схеме полный климатический цикл, состоящий из двух полуволн, в свою очередь, имеет 4 фазы: «тепло-влажно», «влажно-холодно», «холодно-сухо», «сухо-тепло». Температурные изменения, отражающие колебания инсоляции, происходят синхронно по всей планете, но приводят к различным природным последствиям в разных климатических поясах и в разных морфоседиментационных обстановках. Именно по сходству условий осадконакопления, одинаково отражающих фазы полного климатического цикла, выделяются и ранжируются страторайоны (см. главу IV).

Синхронные глобальные температурные изменения, полный цикл которых, состоит из двух полуволн, находят своё отражение в океаническом осадконакоплении, этим и отличающемся от континентального. Их последовательность и продолжительность отражены в температурной кривой с выделением изотопно-климатических стадий. На современном уровне в эталонной кривой выделены для геомагнитной эпохи Брюнес, соответствующей неоплейстоцену, 21 стадия (полуволны). С этими стадиями, отражающими глобальные температурные изменения, коррелируют палеоклиматические события на континентах, где не только по- разному проявляются условия увлажнённости, но отсутствует непрерывное накопление отложений, т. е. в геологической летописи много перерывов. Практическим результатом этих работ становится выработка унифицированной стратиграфической шкалы четвертичной системы для различных страторайонов, необходимой для геологический съёмки среднего и крупного масштабов. Один из её последних вариантов приводится в табл. 10.

Концепция полигляциализма в ледниковой теории, появившаяся почти два века назад, легла в основу подразделения плейстоцена на звенья на основе климатостратиграфического принципа, который продолжает разрабатываться в настоящее время. Циклические климатические колебания плейстоцена, проявившиеся в чередовании криохронов и термохронов, несомненно вызваны изменениями инсоляции в результате вариаций орбитальных характеристик Земли. Эти колебания привели к циклическим изменениям всех природных компонентов: уровня Мирового океана, рельефа, литогенеза, растительного и почвенного покрова, животного мира. Но при этом после каждого цикла, которые могли быть разного ранга, возникали новые качественные состояния в природной обстановке. Поэтому каждый термохрон, сменяющий очередной климатический катаклизм, имел отличные от предыдущего растительность и животный мир и другую ландшафтную структуру. Направленность в развитии природы в плейстоцене проявлялась в особенностях новых термохронов, а циклические колебания климата происходили на фоне направленного его похолодания.