8. Методы выявления древнего климата

Породы – индикаторы климата. Учение о климатических типах литогенеза создано II.М. Страховым. При сочетании минусовой среднегодовой температуры с положительным балансом влажности возникает ледовый тип литогенеза, при сочетании повышенной температуры (более 0°С) с положительным балансом влажности – гумидный тип, а при повышенной температуре и отрицательном балансе влажности – аридный. Тропическая влажная зона всегда располагается между северным и южным аридными поясами, умеренные же гумидные зоны – к северу и югу от них. По мнению Н. М. Страхова, этот принцип при палеоклиматических реконструкциях должен быть незыблемым. Помимо ледового, гумидного, аридного и вулканогенно-осадочного типов литогенеза Страхов выделил еще особый осадочный океанский. Н. М. Страхов показал, что аридный и ледовый типы литогенеза, характерные для континентального блока, в океанах не существуют. Для океанского осадкообразования можно выделить лишь две температурные модификации: высокоширотную (с низкой температурой) и низкоширотную (тропическую).

При палеоклиматических реконструкциях важно выделять климатические типы литогенеза и выявлять среди древних отложений породы — их индикаторы.

Основными породами—индикаторами климата являются: ледового—морена; гумидного — угленосные толщи, осадочные руды железа и марганца, бокситы, аутигенные каолинитовые глины, развитые коры химического выветривания; аридного — галогенные отложения (гипсы, ангидриты, флюорит, целестин, каменная и калийные соли), карбонатные красноцветы, аутигенные монтмориллонитовые глины, палыгорскитовые и сепиолитовые глины. Морские фосфориты и карбонатные породы химического происхождения — показатели теплового или жаркого климата. На жаркий климат указывают оолитовые известняки.

Особенности выветривания как показатель климата. В обстановке ледового климата все химические процессы выветривания подавлены; происходит лишь механическое выветривание, и никаких минеральных новообразований не возникает.

В умеренном гумидном климате при выветривании широко образуются гидрослюды, иногда с каолинитом, а в жарком – каолинит и происходит даже накопление свободного глинозема. В общем, каолинитовые коры выветривания и продукты их переотложения, латеритные коры выветривания, бокситы являются показателями жаркого и влажного климата. Железистые и марганцевые руды являются показателями влажного климата, но не обязательно жаркого.

В истории формирования руд алюминия, железа и марганца намечаются три этапа определенной климатической приуроченности: ордовик, силур, девон, карбон – влажные тропики и субтропики; пермь, триас, юра, мел – влажные субтропики, иногда умеренные зоны (в тропиках же отсутствуют); неоген – преимущественно тропическая влажная зона.

Большинство породообразующих минералов интенсивно разрушается при выветривании в обстановке жаркого гумидного климата, вследствие чего при размыве кор выветривания нередко образуются кварцевые пески и песчаники.

В связи с кислой средой при выветривании в гумидных корах выветривания и наземных отложениях отсутствуют примеси кальцита, доломита, монтмориллонита и галогенных минералов. Возникающие часто при выветривании в аридных климатических условиях щелочные обстановки способствуют образованию в корах выветривания монтмориллонита, сохранению калиевых полевых шпатов, слабому выносу щелочей и щелочных земель.

Органические остатки как показатель климата. Наибольшее палеоклиматическое значение имеют остатки наземных организмов, особенно растений, в связи с тем, что они позволяют судить о температурных условиях и о влажности климата. Морские же организмы в лучшем случае указывают лишь на температурные условия.

В зонах жаркого и влажного климата, характеризующихся отсутствием сезонности, в древесине не заметны годичные кольца, в то время как в умеренных и в зонах чередования засушливых и влажных сезонов (типа саванн) годичные кольца – явление типичное. Большое значение для палеоклиматических реконструкций имеет анализ спорово-пыльцевых комплексов. Он позволяет судить не только о характере древней растительности, но в какой-то мере (по доминированию той или иной пыльцы и спор) и о климате. Споры и пыльца сохраняются несравненно чаще, чем вегетативные остатки растений.

Климат обусловливает существенные различия в разнообразии видового состава и морских животных. В общем случае морские беспозвоночные, интенсивно накапливающие в своих скелетных образованиях известь, приурочиваются к теплому и жаркому климату, что особенно резко выражено у рифообразующих организмов.

Изотопный метод определения палеотемператур. Метод определения палеотемператур по изотопному составу кислорода карбонатов разработан в начале 50-х годов XX в. Сущность этого метода заключается в следующем. Существуют три стабильных природных изотопа кислорода: 16О, 17О и 18О. Обычно количество изотопа 18 примерно соответствует 1 : 500 по сравнению с изотопом 16. Однако соотношение 18О/16О (изотопный коэффициент) в природных условиях колеблется в пределах 10%.

Если карбонатные скелеты организмов образуются в изотопном равновесии с окружающей водой, то при постоянном изотопном составе воды коэффициент 18О/16О в карбонатном материале будет уменьшаться при уменьшении температуры.

Химический метод определения палеотемператур – метод оценки температур среды обитания беспозвоночных на основе определения отношения кальция и магния в их карбонатных скелетах. Метод основан на давно подмеченной закономерности, состоящей в увеличении в более теплых морях доли магния в кальцитовых скелетах различных групп беспозвоночных. При этом используют результаты экспресс-анализов на кальций и магний небольших проб карбонатного вещества раковин моллюсков, фораминифер, ростров белемноидей и др., а также писчего мела и меловых мергелей.

Специально проведенные исследования показали общую согласованность оценок палеотемператур этим методом и изотопным, хотя определения по отношению кальция к магнию обычно и превышают на 0,5—2,5° С цифры, получаемые по отношению 18О/16О.

Химический метод определения палеотемператур привлекает своей простотой, доступностью и возможностью проводить массовые анализы.

Частные приемы выявления древнего климата. У некоторых видов моллюсков соотношение кальцитового призматического внутреннего и арагонитового перламутрового слоя зависит от температуры: арагонитовый слой с повышением ее развивается интенсивнее, а кальцитовый сокращается вплоть до исчезновения. Для некоторых видов моллюсков можно получить данные о древних температурах, используя отношение в раковинах арагонита к кальциту, содержания которых определяются, однако этот способ может быть применен лишь к немногим видам.

О сезонности древних климатов можно судить по годичной горизонтальной слоистости в отложениях (например, в так называемых ленточных глинах, некоторых лагунных отложениях, возможно во многих джеспилитах), по наличию годичных колец и т.д.