Палеоэкология: учебное пособие

1.1. Климат на Земле возник лишь тогда, когда появились атмосфера и гидросфера как самостоятельные оболочки Земли. Произошло это около 3,8–4 млрд лет назад, когда при остывании молодой планеты ее парогазовая оболочка – пневматосфера – разделилась в результате конденсации водяных паров, входивших в ее состав, на газообразную и жидкую фракции, и с этого времени атмосфера и гидросфера существую раздельно.

Первичная атмосфера была практически лишена кислорода. Она состояла из смеси водяного пара, водорода, метана, аммиака и паров сильных кислот (серной, соляной, плавиковой). Позднее, около 3,5 млрд лет назад, она стала азотно-аммиачно– углекислой. Количество углекислого газа в ней росло за счет усиливавшейся вулканической деятельности и достигло максимума в 60 % от ее объема. Свободный кислород, выделявшийся из недр Земли при различных геологических процессах, почти полностью затрачивался на окисление метана, сероводорода и аммиака атмосферы, в результате чего доля этих газов в атмосфере снизилась до исчезающе малых величин, и на окисление металлов в поверхностных слоях земной коры.

Первичная гидросфера несколько отличалась от современной по составу и количеству растворенных в ней солей (соленость достигала 50 %о, содержание кальция было меньше современного, а содержание натрия и калия – больше и т. д.). Близкий к современному солевой состав Мирового Океана установился лишь при достаточно долгом развитии жизни, где-то на грани Криптозоя и Фанерозоя (см. ниже). Температура же Мирового Океана первоначально, видимо, еще довольно долго была выше современной (от +35 до +40 °C у экватора, против +25… +27 °C в настоящее время).

1.2. Восстановление климатических (более обобщенно – экологических) условий прошлых эпох возможно в связи с учетом выдвинутого Ч. Лайелем принципа актуализма. Согласно этому принципу, факторы, действующие в настоящее время, точно так же действовали и в прошлом. Наблюдая образование под действием определенных факторов той или иной горной породы, в настоящее время мы делаем вывод, что и в прошедшие геологические эпохи она образовывалась под действием тех же факторов. Так, соли, гипсы, ангидриты накапливаются в условиях сухого и жаркого климата, а каменные угли и каолиновые глины – в условиях жаркого и влажного. Следовательно, минеральный состав горных пород уже дает определенные сведения, помогающие восстановить климат прошлых эпох. Еще в большей степени климат влияет на характер растительности. Если мы находим в слоях каменного угля отпечатки хвощей, плаунов, папоротников, то можем с уверенностью сказать, что климат в это время был жаркий и влажный: споровым растениям для оплодотворения нужна вода.

Но хорошо сохранившиеся отпечатки ископаемых растений встречаются довольно редко, и палеоклиматологам, и палеобиологам пришлось бы испытать очень большие трудности при восстановлении экологических условий в прошлые геологические эпохи, если бы не споры, а с появлением семенных растений и пыльца древних растений, которая в больших количествах содержится в осадочных породах и имеет высокую видовую специфичность, т. е. легко определяется. По ней довольно просто восстановить тип растительного покрова определенных геологических эпох, а вместе с тем и климат. При реконструкции климата также помогают сведения о видовом составе и распространении морских, пресноводных и сухопутных животных. Жизнь многих из них, особенно теплолюбивых морских (кораллы, губки, моллюски), протекает в довольно узких температурных диапазонах. Соотношение изотопов кислорода, магния и кальция в раковинах и других минерализованных фрагментах ископаемых морских беспозвоночных животных позволяет установить даже абсолютное значение температуры морских вод.

Развитие климата на Земле связано главным образом с двумя процессами: с характером расположения и конфигурацией океанов и континентов на поверхности Земли и с газовым составом атмосферы.

1.3. Сейчас уже не вызывает сомнения тот факт, что положение океанов и континентов в разные геологические эпохи было различным. Восемь основных литосферных плит скользят по поверхности горячего слоя мантии Земли – астеносферы. Скорость их передвижения от 1 до 12 см в год. Движение плит обеспечивается энергией распада радиоактивных элементов в глубине Земли и выделяющимся при этом теплом. Возникают конвекционные потоки. Расплавленный материал поднимается и, охлаждаясь, превращается в базальтовую кору, формирующую океанское дно. В месте выхода расплавленного материала образуется подводный океанический горный хребет. Вновь возникшая кора движется по обе стороны от него и разносит в стороны более легкие гранитные континентальные плиты, как на конвейерной ленте, при этом хребет оказывается по центру океана, на равном удалении от расходящихся континентальных плит. Это явление называется спрединг. Океаническая кора при расхождении континентальных плит может «поднырнуть» под их края, сминая и поднимая их. Происходит так называемая субдукция. Путем субдукции возникли, например, Кордильеры и Анды.