ПАЛЕОКЛИМАТОЛОГИЯ

 

 

ПАЛЕОМАГНИТОЛОГИЯ. Изучение древнего магнитного поля Земли, палеомагнитный метод

 

Еще в 30-х годах было установлено, что многие вулканические и осадочные породы сохраняют остаточную намагниченность, приобретенную ими во время своего образования под влиянием магнитного поля Земли. Далее было выявлено, что ориентировка вектора естественной остаточной намагниченности горных пород отражает направление силовых линий геомагнитного поля в то время. Эти открытия позволили приступить к изучению «фоссилизованного» магнитного поля Земли и его истории.

 

Магнитные свойства горных пород связаны с присутствием в них ферромагнитных минералов: магнетита, гематита и титаномагнетита. В лавах, когда 9хлаждение достигает температур, близких к точке Кюри (630—450° Q, ферромагнитные минералы намагничиваются в направлении действующего геомагнитного поля и далее прочно сохраняют приобретенную в этот момент ориентировку вектора намагниченности. Если ферромагнитные минералы, получившие первичную термоостаточную намагниченность в лавах, попадают в осадок, их терригенные частицы ведут себя как природные магнитики, занимая в породе положение, согласное с действующим в данное время геомагнитным полем.

 

В тонких осадках, накапливающихся медленно в обстановках сильного обводнения, магнитные зерна приобретают довольно однообразную ориентировку, а в грубозернистых осадках, образующихся быстро, в условиях турбулентных течений, направления магнитных осей отдельных зерен оказываются не столь однообразными. Многолетний опыт показал, что наиболее подходящими объектами для палеомагцитных исследований являются базальтовые лавы и красноцветные песчаники, бокситы и железные руды, содержащие наибольшее количество ферромагнитного материала, обладающего высокой магнитной стабильностью.

 

Направление геомагнитного поля определяют два угла: склонение — угол между вертикальной плоскостью, проходящей через магнитный меридиан, и современным географическим меридианом, и наклонение — угол, который образуется магнитным вектором с горизонтальной плоскостью. Склонение и наклонение вектора намагниченности породы могут быть измерены и по полученным результатам вычислено положение древней широты в месте взятия пробы. Из серии частных определений находят среднюю ориентировку вектора остаточной намагниченности, по которой затем определяют положение геомагнитных полюсов.

 

 

В основу расчетов элементов древнего магнитного поля н его соотношений с осью вращения Земли положены следующие допущения.

 

Во-первых, принимается, что магнитное поле Земли — это магнитное поле диполя, помещенного в центре земного шара и пересекающего его поверхность в геомагнитных полюсах.

 

Во-вторых, считается, что во все времена ось магнитного диполя совпадала с осью вращения Земли и, таким образом, магнитный полюс совпадал с географическим. Совпадение магнитной оси и оси вращения Земли, по представлениям С. Ранкорна [1962], связано с влиянием кориолисовых сил на движения в ее жидком ядре. В течение последних столетий магнитная ось земного шара действительно была близка к его оси вращения; в настоящее время угол между ними равен приблизительно 11°.

 

Степень изученности древнего магнитного поля Земли еще невелика, определения в основном выполнены на территории Европы и Северной Америки. Но и эти данные выявили многое. Прежде всего, обнаружилось несовпадение вектора естественной остаточной намагниченности горных пород с направлением современного магнитного поля Земли. Оказалось, что вычисленные положения магнитных полюсов прошлого значительно отклоняются от современного, и тем дальше, чем древнее их эпоха. Линии, соединяющие древние полюсы в порядке их возраста, имеют вид кривых, отражающих путь миграции полюсов в течение геологической истории ( 17). Далее, выяснилась несогласованность результатов, полученных по разным континентам, и вместо одной кривой движения полюса появилось множество кривых: европейская, северо-американ- ская, индийская, японо-китайская, африканская и другие, по конфигурации более или менее подобные друг другу, но занимающие разное долготное положение. Различия в положении кривых смещения полюса, по мнению большинства геофизиков, означают, что континенты вели себя как отдельные структурные единицы, которые смещались друг относительно друга. Так данные палео- магнитных исследований заставили вновь вернуться к гипотезе перемещения континентов.

 

Если допущения, положенные в основу палеомагнитного метода, правильны и палеомагнитные исследования дают достоверные результаты, то в этом случае мы должны ожидать полного соответствия между палеомагнитными, географическими и палеоклиматическими данными и иметь свидетельства того, что в течение всей геологической истории палеоклиматические показатели изменялись соответственно магнитным широтам. Утверждения о полном согласии палеомагнитных и палеоклиматических показателей содержатся в работах многих геологов и геофизиков: С. Ранкорна [1962], М. Шварцбаха, П. Н. Кропоткина [1961], А. Н. Храмова [1964] и др.

 

Н. Н. Форш и А. Н. Храмов, предпринявшие сравнительное изучение палеомагнитных и палеоклиматических данных по карбону и перми Русской платформы, пришли к заключению, что отложения, характерные для приэкваториальной гумидной зоны, располагаются между экватором и параллелью 15 с. ш., хорошо согласуясь с современным положением этой зоны. Осадки — индикаторы аридной зоны (гипс, соль, доломиты) — везде располагаются между 15 и 35е с. ш., что совпадает с положением современной зоны пустынь. Угленосные отложения умеренной зоны в основном располагаются выше 40° с. ш. В общем, авторы пришли к выводу о том, что смещения климатических зон в карбоне и перми происходили в полном соответствии со смещениями палеомагнитных параллелей.

 

Другие авторы также отмечают согласные с'миграциями магнитных полюсов смещения поясов галогенеза, угленакопления и рифообразования. В частности, это утверждают И. Брайден и Е. Ирвинг [Briden, Irving, 19641. Они составили серию схематических карт для различных периодов (от кембрия до неогена), на которые нанесли линии палеоширот и ареалы некоторых осадочных пород, хорошо отражающих климатические условия (карбонатные породы, галогенные толщи, красноцветы и др.). Кроме карт ими были составлены диаграммы, на которых по горизонтальной оси отложены палеошироты, а по вертикальной — распространение осадочных пород-индикаторов. Анализ карт и диаграмм привел их к следующим выводам: а) 90% карбонатных пород (по площади) сосредоточено в симметричной зоне, ограниченной палеоширотами 40е с. ш. и 40° ю. ш., с максимальным распространением около широты 30° по обе стороны экватора; б) 95% доломитов в прошлые эпохи формировались на палеоширотах меньше чем 30°, пояс максимального распространения доломитов ограничен палеоширотами 10—20°; в) до 95% древних рифов заключено в поясе, протягивающемся вдоль экватора и ограниченном палеоширотами 30°; г) в пределах этого же пояса формировалось не менее 88% древних красноцветов и галогенных толщ.

 

К близким выводам пришел и Н. М. Страхов, наметивший для послерифей- ской истории Земли три плана климатической зональности: раннепалеозой- ский, позднепалеозойский и мезо-кайнозойский, обладавшие разной ориентировкой зон по отношению к современной экваториальной плоскости. В первой половине палеозоя климатическая зональность, как и плоскость древнего экватора, была ориентирована так, что пересекала нулевой меридиан под углом 75° к современной экваториальной плоскости. Во второй половине палеозоя этот угол составлял 45°, а в мезозое и кайнозое план климатической зональности отвечал современному.

 

Однако «хорошее совпадение» палеомагнитных и палеоклиматических данных получается лишь при недостаточно детальном их сопоставлении. Уже давно выявилось противоречие этих групп данных для Восточной Азии (Северный Китай и сопредельные с ним территории). По палеомагнитным сведениям эта территория в позднем палеозое и мезозое являлась полярной областью, а по геологическим показателям (угленосные отложения с остатками растений, близких к тропическим, известняки с кораллами, фораминиферами и брахио- подами, бокситоносные отложения, остатки крупных амфибий и рептилий) обладала климатом типа экваториального.

 

Если бы перемещались только сопряженные друг с другом магнитный и географический полюсы, то климатическая (природная) зональность испытывала бы лишь поворот, согласный и соразмерный с их движением, оставаясь при этом целостной и общепланетарной. Но поскольку геофизики допускают независимые перемещения материков, разнонаправленные и значительные по расстоянию, то, следовательно, при реконструкциях климатов и природных условий прошлого мы получили бы картину не единой общепланетарной зональности, а лишь разрозненные ее фрагменты в пределах отдельных материков, резко не соответствующие друг другу на стыках как по ориентировке зон, так Ч по их характеру.

 

Степень беспорядочности такой реконструируемой картины природной зональности прошлого становится еще больше после того, как палеомагнито- логи вынуждены были признать, что независимыми движениями обладали не только материки, но и отдельные входящие в них глыбы. В составе Евразии автономное поведение приписывается Русской платформе с ее палеозойским геосинклинальным обрамлением, Иберийскому массиву, Индостану, Сибирской платформе (в протерозое и раннем палеозое), восточным массивам Китайской платформы, отдельным частям Японской островной дуги. Причем одни из этих глыб (Индостанская) переместились на многие тысячи километров, а другие, оставаясь на месте, совершали поворот вокруг своей оси (Иберийский массив в кайнозое повернулся по отношению к Французскому против часовой стрелки почти на 30°; юго-западная часть Японского архипелага в кайнозое повернулась относительно его северо-восточной части на запад на угол 60°)..

 

Попытка реконструкции природной и климатической зональности Евразии, предпринятая нами (результаты ее изложены в главах 2—4 и 7), показала, что такие сложные, граничащие с хаосом соотношения, вытекающие из допускаемых палеомагнитологами автономных движений материковых глыб, на самом деле не имели места. В действительности выявляется единая природная зональность материка, в которую нормально «(вписываются» все его части, включая Индостан и Восточный Китай.

 

Во все эпохи мезозоя и кайнозоя, к времени которых палеомагнитологи относят крупнейшие перемещения материковых глыб, существовала одна и та же география климатов: северо-восток материка представлял собой область океанического климата с несколько пониженным термическим режимом, юго- запад — область тропического аридного климата, а юго-восток — область тропических муссонов.

 

Данные по природной зональности свидетельствуют о том, что Индостан в это время являлся неотъемлемой частью Евразии. Его северо-западная часть по природным условиям тесно связана с древним Средиземноморьем (Западный Тетис), а восточная и южная принадлежат Малайской провинции (Восточный Тетис). Северо-западную часть, постоянно испытывавшую влияние аридного климата, отличает характерное для Западного Тетиса повышенное'распространение органогенных известняков и красноцветов, слабое развитие угленосных отложений, присутствие специфической средиземноморской фауны. Восточную и южную части Индостана, находившиеся под влиянием муссонного климата Юго-Восточной Азии, характеризует преимущественное распространение отложений гумидного типа и фаун Малайской провинции.

Обобщение палеоклиматических данных в масштабе всего земного шара, предпринятое Н. М. Страховым, также показало существование единой планетарной природной (климатической) зональности, не искаженной беспорядочным дрейфом континентов.

 

Самым трудным в палеоклиматологии остается вопрос позднепалеозойского оледенения Индии. По представлениям мобилистов, Индия в палеозое являлась частью огромного континента — Гондваны, объединявшей все южные материки. В пермо-карбоне Гондвана, находившаяся вблизи Южного полюса, подвергалась мощному оледенению, свидетельствами которого являются широко распространенные тиллиты, ледниково-континентальные отложения с остатками холодостойкой глоссоптерисовой флоры и ледниково-морские отложения с холодолюбивым моллюском эвридезма, а также поверхности ледниковой полировки, бараньи лбы, шрамы и пр. По приблизительным подсчетам льды на территории Индостана покрывали площадь около 3 млн. км2. Местами они спускались до прибрежных низменностей, о чем свидетельствует переслаивание ледниковых отложений с морскими (Шварцбах, 1955).

 

Разрез нижнепермских отложений Индии, отражающий потепление климата (тиллиты и песчаники, несущие остатки глоссоптерисовой флоры, сменяются угленосными отложениями с более богатой флорой, которые в свою очередь покрываются пестроцветной толщей с остатками амфибий и рептилий, местами заключающей прослои продуктусовых известняков), трактуется моби- листами как результат выхода Гондваны из южной полярной области.

 

Целостность Говдваиы сохранялась до конца мезозоя. Лишь 70 млн. лет назад последовали ее распад и расползание материковых глыб. Особенно энергично двигалась индийская часть, которая к концу миоцена (12 млн. лет) достигла Азии.

 

Однако оледенение Индии на границе карбона и перми может быть объяснено и с других позиций, без привлечения больших горизонтальных перемещений материковых глыб. Расчеты климатолога М. И. Будыко [19641 показали, что в палеозое в условиях слабо выраженной термической зональности ледниковые покровы могли возникать и в тропической зоне, если в ней местами складывались благоприятные для оледенения соотношения атмосферных осадков и рельефа. При обильном увлажнении ледниковые щиты могли образоваться в тропической зоне уже на высоте 2,5—3 км. На вероятность такого подъема, как впервые отметил К. Брукс 119521, указывает большая мощность отложений пермо-карбона в гондванских грабенах Индии.

 

В условиях обширного континента, каким представляется мобилистам палеозойская Гондвана (объединявшая все южные материки и Индию), оледенение не могло получить широкого развития, так как большие площади суши неизбежно повышают континентальность климата, которая препятствует оледенению.

 

Палеомагнитный метод, несомненно, интересен, но и возможности ошибок значительны. Пока сложилась такая ситуация, что по мере накопления данных по палеомагнетизму горных пород трудности их палеоклиматического истолкования только возрастают. Для более определенного выяснения степени соответствия палеомагнитных и палеоклиматических показателей и для изучения причин их расхождений необходимо создание карт с совмещением этих групп данных.

 

 

К содержанию: В.М. Синицын «Введение в палеоклиматологию»

 

Смотрите также:

 

Науки о Земле    Древние климаты   Климат в неолите   Оледенение и Жизнь