ДРЕВНИЙ КЛИМАТ

Литологические показатели климата

Выполненные в последние десятилетия литологические и геохимические исследования Р. Гаррелса и Ф. Маккензи, И. И. Гинзбурга, Ю. П. Казанского, В. П. Казаринова, У. Д. Келлера, А. Б. Ронова и его сотрудников, Н. М. Страхова и других со всей очевидностью показали, что главным фактором, определяющим процессы гипергенеза и состав продуктов седиментации, является климат.

Климатическая принадлежность ряда осадочных образований общеизвестна. Соли, гипсы, ангидриты и седиментационные доломиты образовались главным образом в условиях жаркого арид- лого климата, а горючие сланцы и угли —в гумидном климате. Пли. II qucmpunp пмтп.ппгичрских огпбрннпгтрй осадочных пород, для палеоклиматологии подробно рассматриваются в работах JI. Б. Рухина [73], В. М. Синицына [78], Н. М. Страхова [83] „ М. Шварцбаха [97]. Вместе с тем нельзя переоценивать климатическую роль осадочных пород, так как многие из них формируются в достаточно широком климатическом диапазоне, а значение некоторых из них как индикаторов климата до настоящего времени все еще остается дискуссионным.

Основные профили коры выветривания (латеритные, каолини- товые, каолинит-гидрослюдистые, монтмориллонитовые, гидрослюдистые и т. д.) могут рассматриваться как звенья одного типоморфного ряда, производного главным образом от баланса тепла и влаги. В различных климатических областях как в современную эпоху, так и в древности формировались коры выветривания вполне определенного состава и мощности, а их продукты, в частности глинистые минералы, в процессе переноса и аккумуляции в пределах устойчивых геоструктурных единиц изменяются весьма мало, и, следовательно, минеральный состав продуктов переотложенной коры выветривания также отражает климатические условия областей сноса.

В областях тропического влажного климата в результате высокой средней годовой температуры и обильного увлажнения, выветривание протекает весьма интенсивно. Этому способствует повышенное содержание в природных водах углекислого газа и разнообразных органических кислот. Выветривание достигает наивысшей стадии вплоть до выделения наиболее устойчивых полуторных окислов железа и алюминия.

В областях тропического сухого (аридного) климата дефицит влаги и связанное с ним отсутствие сплошного растительного покрова резко ограничивают развитие процессов химического выветривания, и поэтому в корах выветривания сохраняется большое количество не подвергшихся разложению минералов и продуктов начальных стадий выветривания.

В умеренном климате процессы химического выветривания: ослабевают, и оно проявляется сезонно. Довольно часто выветривание останавливается на стадии гидратации, когда из горных пород удаляются наиболее подвижные химические элементы (щелочи и щелочные земли) и частично кремнезем. С угасанием химического выветривания в умеренном и особенно в субарктическом (субантарктическом) климате ведущее положение занимают процессы физического выветривания. Последнее ограничивается механической дезинтеграцией исходных пород с сохранением в элювии неустойчивых минералов. Приуроченность типов кор выветривания к ландшафтно-климатическим областям показана в  3.1. В ней отражены средние годовые и средние сезонные температуры, радиационный баланс и общее количество атмосферных осадков, в пределах которых могут формироваться определенные типы кор выветривания.

В областях динамичного рельефа, аридного или холодного типа климата формируются полимиктовые или аркозовые пески с низкими коэффициентами устойчивости. В условиях жаркого н влажного климата неустойчивые минералы разрушаются и формируются олигомиктовые и мономиктовые пески. Последние своим образованием в большой мере обязаны процессам глубокого химического выветривания и пространственно ассоциируются с као- линитовыми и бокситовыми глинами.

Ассоциация глинистых минералов часто отражает климатическую обстановку. В холодном климате образуются гидрослюда и хлориды. Во влажной умеренной зоне образуются монтмориллонит и гидрослюда, а в тропической — каолинит и галлуазит. Но в то же время в морских осадках гумидной тропической области роль каолинита снижается. Главенствующая роль принадлежит гидрослюдам и монтмориллониту. В аридной области образуются гидрослюда, монтмориллонит, палыгорскит и сепиолит, их соотношение изменяется в зависимости от ландшафтных обстановок. В континентальных бассейнах формируются гидрослюда и палыгорскит. Отсутствие или ничтожно малое содержание каолинита в глинистых толщах вызвано слабым проявлением процессов выветривания. В лагунах накапливаются палыгорскит, монтмориллонит и гидрослюда, а в морских условиях — гидрослюдисто-монтмориллонитовая ассоциация.

Горючие сланцы формировались в мелководных зонах морей и озерных бассейнов. Основными генераторами органического углерода являлись остатки разнообразных водорослей бентоса и планктона. В областях накопления горючих сланцев климат был жарким и характеризовался значительным солнечным освещением, способствующим развитию фитопланктона и фитобентоса.

Масштаб и особенности угленакопления определяются сочетанием многих природных факторов, среди которых ведущими являются климат, палеогеографическая обстановка, тектонических режим и тип растительности. Все основные ландшафтные и геохронологические закономерности угленакопления определяются климатом, от которого полностью зависят характер и степень развития растительного покрова, физико-географические и фациальные условия угленакопления и степень фоссилизации растительных остатков. Тектонический режим и палеогеографическая обстановка определяют ритмичность и масштабность угленакопления.

Климат находит свое отражение и в петрографическом составе углей. Угли класса гелитолитов, для которых свойственны высокая степень остудения растительных тканей и большая разложен- ность, образовались в условиях равномерно-влажного климата, а угли класса фюзенолитов, с сохранившимися структурами растительных тканей, — в условиях переменно-влажного климата в обстановке свободного доступа кислорода в периодически подсыхающих болотах [78].

Исследования последних лет убедительно показали, что латеритные покровы (элювиальные бокситы) являются образованиями равномерно-влажного экваториального климата [1]. Смена режима выпадения атмосферных осадков приводит сперва к образованию на поверхности латеритных бокситов инфильтрацион- ного горизонта (кирасы). Условия переменно-влажного тропического климата с одним или несколькими сухими сезонами общей продолжительностью около 2—3 мес приводят к деградации лесной растительности, смене ландшафта влажных лесов парковыми и высокотравными саваннами и широкому развитию процессов эрозии.

Мобилизация фосфора в континентальных условиях осуществляется в условиях теплого влажного климата.

Фосфоритообразование морского генезиса приурочено к границам гумидной и экстрааридной областей и постепенно угасает в зоне равномерно-влажного и экстрааридного климата. Вместе с тем фосфоритоносность гумидных и аридных областей существенно различна. Для аридного типа фосфоритов характерны высокое качество и большое содержание Р2О5, пластовый тип залежей и преобладание оолитовых и зернистых разностей. В областях переменно-влажного теплого климата распространены желваковые залежи фосфоритов с невысоким содержанием Р2О5. Согласно Н. М. Страхову [83], при гумидном фосфорито- накоплении преобладает биогенная фиксация фосфора и фосфориты ассоциируются с глауконитовыми сидеритоносными отложениями.

Повышенное содержание железа в земной коре является одной из основных причин его значительной роли в аутигенном минералообразовании. В окислительных условиях (областях аридного и переменно-влажного климата) преобладает трехвалентное железо, а в восстановительных (равномерно-влажный климат)—двухвалентное. Следовательно, отношение Fe203 к FeO в аутигенной части осадка может быть использовано в качестве индикатора климата [78]. Оно качественно выявляется и по окраске пород. Осадки, обогащенные соединениями трехвалентного железа, обладают красным цветом, а двухвалентного — зеленой, зеленовато-голубой и зеленовато-серой окраской.

Накопление железа в морском мелководье осуществляется в гумидном климате в двухвалентной форме в составе железистых хлоритов, глауконита и сидерита. В зависимости от окислительно-восстановительного потенциала среды железистые минералы в бассейне дифференцируются и образуют последовательно сменяющие пояса [90]. Вблизи берега моря образуются гидроокислы и окислы железа, далее глауконит и окисные железистые хлориды, в сторону открытого моря возрастают закисно-окисные железистые хлориты, которые сменяются сидеритами, закисными железистыми хлоритами, пиритом и марказитом. Присутствие глауконита в осадках указывает на существование теплого климата, так как глауконит в осадках современных морей распространяется до районов со среднегодовыми температурами 12 °С (изотерма самши лилодною месяца).

Многолетние исследования Н. М. Страхова [83, 84] и А. П. Лисицына [51—53] показали, что кремнезем в морской воде находится в стадии недосыщения и в современных морях осуществляется его биогенное осаждение диатомеями в высоких широтах и радиоляриями — в низких. В щелочных средах растворимость кремнезема повышается и увеличивается его миграционная способность Источником кремнезема в морских образованиях являются разнообразные коры выветривания. Достаточно убедительно связь кремненакопления с корами выветривания обнаруживается в позднемеловом и палеоцен-эоценовом бассейнах Западной Сибири [27, 28, 39, 102, 104]. Здесь наблюдается последовательная смена континентальных кварц-каолинитовых песков с опаловым цементом прибрежно-морскими кварцево-глауконитовыми песками, а далее опоками и кремнистыми глинами.

Палеоклиматические реконструкции, проведенные за последние годы, убедительно показали, что образование хемогенных кремнистых осадков, синхронных корам выветривания, происходит в областях влажного тропического климата, а биогенных — в областях умеренного климата.

Большое значение для установления климатических условий имеют тиллиты, или древние моренные отложения. В настоящее время хорошо разработаны точные методы диагностики тилли- тов, распространение которых позволяет оконтурить области ни- вального климата.