Климаты позднего палеозоя. Девон, Девонский период

Климат и география - Девонский период (400—350 млн. лет)

Климатическая зональность, существовавшая в девонский период, реконструирована на основе литологических, фаунистических, флористических и палео- термометрических данных. Как растительность, так и наземные формы позвоночных все еще были экологически тесно связаны с морскими побережьями и по существу отражали морской климат со свойственным ему выровненным температурным режимом.

Вместе с тем в составе фаунистических комплексов удаленных друг от друга регионов наблюдаются определенные различия. Это дает основание выделить ареалы коралловой и брахионодовой фауны, которые по существу представляют собой палеобиогеографические области и провинции. Хотя в основе распределения морской фауны скорее всего лежал температурный фактор, однако осадочные образования этих областей близки друг другу. Широко распространены такие показатели тропического климата, как органогенные и оолитовые известняки, доломиты, ангидриты, гипсы, соли, карбонатные высокожелезистые и высокоглиноземистые красноцветы.

Палеогеография. Земля в девонском периоде

Поздний девон

В. М. Синицын [79] считает, что поскольку в девонский период в Евразии были широко представлены теплолюбивые виды организмов и осадочных образований, то колебания температурного режима вряд ли выходили за пределы тропического климата. По его мнению, на северо-востоке Евразии существовал тропический климат со средними годовыми температурами 27—29 °С, а на остальной части Евразии — экстратропический, со средними годовыми температурами 32—33 °С.

Проведенные палеотермометрические исследования [106] позволили скорректировать значения температуры, установленные на качественной основе. Температура, определенная по остаткам кальцитовых раковин брахиопод эйфельского яруса Закавказья (р. Арпа), обитавших в мелководных условиях вблизи биогермных массивов, оказалась равной 26°С. Температуры, установленные по остаткам кораллов, достигали 26—28 °С. Все это свидетельствует о существовании в эйфельском веке в Закавказье высоких тропических температур. Аналогичные результаты получены при анализе эйфельских брахиопод Среднего Урала (26—29 °С).

В живетском веке климат Восточно-Европейской платформы и Урала оставался тропическим. На высокие температуры указывает тропический комплекс морской фауны, присутствие на территории Урала рифогенных образований, интенсивное бокситона- копление и образование алюможелезистых кор выветривания на островных поднятиях. В Закавказье по литологическим и палеонтологическим данным климат в живетском веке был тропическим, но по сравнению с эйфельским веком температуры несколько понизились. Средние температуры, определенные магнезиальным методом по кальцитовым раковинам брахиопод и кальцитовым скелетам ругоз и табулят, оказались высокими. Температуры среды обитания Spirifer составляли 22—23 °С, Atrypa — 23 °С, Рго- ductella — 20 °С, Camarotoechia — 25 °С, ругоз — 21—22 °С, 77шт- порога — 2\—22 °С, Calceola — 26—27 °С. Таким образом, пределы колебания температур в живетском веке Закавказья составляли 20—27°С (среднее значение 23°С). Единичные определения но кальцитовым скелетным образованиям брахиопод и кораллов Среднего Урала дали температуры 28—29 °С, а кораллов Восточно-Европейской платформы — 28—30 °С. Это в свою очередь дает основание наметить экваториальный пояс.

Средние температуры франского века, установленные по скелетным образованиям кораллов, оказались несколько ниже предполагаемых. Температуры среды обитания Favosites в Закавказье составляли 22—23 °С, Thamnopora — 25—26 °С, брахиопод — 24—28"С. Средние температуры среды обитания брахиопод Среднего Урала равнялись 29—31 °С.

Таким образом, исходя из полученных результатов, можно заключить, что в течение раннего и среднего девона Урал и прилегающие части Восточно-Европейской платформы располагались в экваториальном поясе со средними годовыми температурами 28—31 °С. В Закавказье в это время средние годовые температуры изменялись в пределах 23—28 °С и соответствовали тропическому поясу.

По другим регионам имеются данные только по Западной Австралии. В. Компстон [125] определил соотношения изотопов кислорода и углерода в кальцитовых раковинах брахиопод из формации Гнеудиа (Западная Австралия). Наиболее реальными автор считает колебания в пределах 29,6—33,0 °С.

Исходя из широкого распространения индикаторов тропического и экваториального климата, считается, что в девонский период на всех материках были высокие температуры. В то же время в распределении влажности можно наметить чередование аридных и гумидных областей, разделенных зонами переходного переменно-влажного климата.

Аридная область, охватывающая значительную часть Северо- Американского, Африканского, Австралийского и Евразиатского (Фенно-Сарматия, Ангарида) континентов (), характеризовалась сильным дефицитом влаги и резким преобладанием испарения над увлажнением. Дефицит влаги отразился в б-ольшом развитии континентальных красноцветных гипсоносных и эоловых фаций. Мало глинистого материала, а на тонкозернистых терригенных отложениях часто сохраняются текстуры типа трещин усыхания. Терригенные отложения аркозового и реже полимиктового типа, а нелитовая фракция имеет гидрослюдистый и гидрослюдисто-монтмориллонитовый состав. Реликты кор выветривания, известные, например, на склонах Балтийского щита, имеют монтмориллонитовый состав. Известно, что в современных условиях монтмориллонит в корах выветривания и почвах образуется в щелочной среде в безлесных районах, расположенных в теплом, но сухом климате.

В мелководных зонах морей аридных областей были широко распространены высокомагнезиальные известняки, доломиты, гипсы, ангидриты, каменная и калийная соли. В условиях открытого моря накапливались органогенные и оолитовые известняки, часто с высокой магнезиальностью, но нередко по простиранию сменяющиеся доломитизированными известняками и доломитами.

В среднем девоне аридный климат господствовал на значительной части Канады. Соленакопление кроме Аппалачского и Вилли- стонского бассейнов осуществлялось в провинциях Альберта, Саскачеван, в бассейне р. Маккензи и на севере Британской Колумбии.

В пределах Северо-Американского континента существование аридных условий в позднем девоне обосновывается достаточно широким развитием эвапоритовой формации в США ( 4.5). Пласты доломитов, гипсов и ангидритов известны в бассейне Вил- листон и на юге Аппалачей. Каменная соль встречается в штатах Колорадо, Юта, Виргиния и Мичиган. Небольшим распространением пользуются карбонатные красноцветы (штаты Нью-Йорк, Монтана), выполняющие передовой прогиб Аппалачей. Основная роль принадлежит морским карбонатно-терригенным и существенно карбонатным формациям, состоящим из толщ органогенных и оолитовых известняков с большим количеством разнообразных кораллов и брахиопод.

Достаточно подробное обоснование аридных условий в Евразии приводит В. М. Синицын [79]. Во впадинах Балтийского щита развиты красноцветные песчаники с прослоями пестрых мергелей с косой слоистостью руслового и дельтового типа. Иногда встречается перекрестная и дюнная слоистость, свойственная эоловым фациям. В бассейновых фациях среди красноцветных и пестро- цветных мергелей имеются прослои каменной соли и гипса.

В прибрежной части морей отлагались красноцветные хорошо отсортированные песчаники, гипсоносные мергели, гипсы, доломиты и ангидриты. Особенно обширным было накопление сульфатно-карбонатных (гипсово-доломитовых) и сульфатно-соле- носных осадков в среднем девоне.

В прибрежных осадках наряду с остатками теплолюбивой фауны (кораллы, мшанки, брахиоподы) встречаются водоросли и панцирные рыбы и даже стебли растений, которые, несмотря на сильный дефицит влаги, произрастали на приморских низменностях, периодически подверженных затоплению. Растительность, возможно, образовывала заросли типа мангровых.

Во второй половине девона, по-видимому, в связи с нарастанием трансгрессии аридность климата несколько ослабела.

Засушливость стала сезонной, а это совместно с неустойчивыми палеогеографическими условиями нашло отражение на литологических особенностях осадков. Этим по крайней мере можно объяснить значительную пестроту осадочных образований, когда наряду с сульфатно-эвапоритовыми разностями встречаются существенно органогенные известняки, а на приморских низменностях формировались каолинитовые глины (Воронежское поднятие), сидериты и шамозитовые руды (Вологда, Казань).

Во впадинах Казахстана в течение девона накапливались аллювиальные и озерные красноцветы. В Чуйской, Сарысуйской, Джезказганской и Тенизской впадинах грубозернистые красноцветы имеют аркозовый и граувакковый состав. Однако появление в позднем девоне не только тонких и хорошо отсортированных разностей кварцево-аркозового и кварцево-полевошпатового состава, а также наличие железного и марганцевого оруденения является показателем ослабления аридных условий.

Аридные красноцветы, сульфатно-карбонатные и эвапоритовые осадки распространены в пределах Ангариды. В Тунгусской впадине и Хатангском прогибе в раннем девоне накапливались ла- гунно-континентальные отложения, представленные красно- и пестроцветными песчаниками, алевролитами, аргиллитами, мергелями, доломитами, гипсами, ангидритами, каменными и калийными солями. На поверхностях напластования часто встречаются трещины усыхания. Крупные солеродные лагуны располагались на западе и северо-западе Анабарского массива. Широким развитием пользовались эвапоритовые осадки в пределах Вилюйской впадины.

В конце девона широкое распространение получили доломитизированные известняки с большим количеством органических остатков и параллические пестроцветы с прослоями доломитов и гипсов, а также гипсы, обогащенные гидроокислами железа и окислами марганца. Это является показателем постепенно возрастающей влажности и переменно-влажных условий. В континентальных условиях накапливались кварцевые песчаники и алевролиты, имеющие известковый, доломитовый и кремнистый цемент. Среди них встречаются горизонты, обогащенные конкрециями силеоита и фосфора.

На юге Ангариды накапливались грубые красноцветные осадки предгорного шлейфа и тонкие параллельно-слоистые озерные осадки. Последние представлены тонкозернистыми песчаниками, алевролитами, глинами, мергелями, обогащенные сульфатами. Слои гипса и ангидрита присутствуют в среднем девоне Минусинской впадины, а каменной соли — в верхнедевонской части разреза Тувинской, Убсанурской и Назаровской впадин.

Красноцветные отложения, состоящие из косослоистых песчанистых мергелей, известково-доломитовых и доломитовых толщ с остатками панцирных рыб, встречаются на архипелаге Северная Земля (острова Пионер, Комсомолец, Октябрьской Революции) и на Таймыре. Наличие среди пестрых сланцев прослоев гипса и ангидрита характерно для среднего девона Мамского и Сетта- Дабанского антиклинориев.

На значительных пространствах Южно-Американского, Африканского и Австралийского континентов в течение среднего и позднего девона (см.  4.5) господствовали аридные тропические условия. С одной стороны, на это указывает распространение разнообразных континентальных красноцветных и морских сульфатно-карбонатных отложений, а с другой — полное отсутствие каких-либо индикаторов гумидного климата. Особенно большое развитие красноцветы имеют в Капской области, во впадине Конго, в Тасмании и Восточной Австралии.

Наряду с карбонатными толщами, среди которых хотя и встречаются доломитизированные известняки и доломиты, но ведущая роль принадлежит органогенным известнякам, довольно часто встречаются сульфатные и соленосные отложения. Наибольшие залежи солей верхнего девона известны в бассейне Амазонки, на северо-западе Сахары (Алжир) и на востоке Австралии.

Имеющиеся в настоящее время фрагментарные данные указывают на возможность существования несколько более увлажненных условий в конце девона. Во всяком случае, присутствие остатков флоры среди красноцветов Австралии (шт. Виктория), где обнаружены Archaeopteris, Sphenopteris, Cordaites, Leptophloeum, и в Мали (Archaeosipillaria, Frotolepidodendrom, Cyclotigma, Hap- lostigma, С alamophy ton) дает основание предполагать это. По- видимому, заросли располагались на приморской низменности, которая подвергалась периодическому затоплению морем и характеризовалась резко выраженным морским климатом.

В ряде районов южных материков и в течение раннего девона, возможно, существовали гумидные условия (см.  4.4). На это указывает развитие хорошо отсортированных мономиктовых и оли- гомиктовых терригенных осадков, в том числе и кварцевых песков, наличие глинистых прослоев и полное отсутствие эвапоритов коасноцветов.

На протяжении девонского периода гумидный климат господствовал на севере-северо-западе Северо-Американского континента, на значительной части Евразии, на северо-востоке Африки и северо-востоке Австралии. В морских бассейнах накапливались существенно органогенные, в том числе и рифогенные известняки и росли рифовые тела, но в прибрежном мелководье и лагунах соленость моря в отличие от аридной области оставалась нормальной. Среди континентальных отложений распространены главным образом сероцветные глинистые толщи, обогащенные каолинитом и содержащие остатки растительности. На центральной Аляске в бассейне рек Нейшен и Татондун встречаются остатки папоротникообразных Callixylon, Leiotriletes, Leozonotrilites, Hymenozo- notriletes, Retasotrilites, Spenozonotrilites, Cenvolatispona, на северо-востоке Австралии — Hostimella, Zosterophyllum. В пределах северной Аляски и Канадского Арктического архипелага известны небольшие прослои угля (п-ов Гаспе, о. Батхерст).

На северо-западе Африканского континента в условиях значительного дефицита влаги и, возможно, с сезонным распределением атмосферных осадков в морских бассейнах осаждались органогенные (рифогенные) и оолитовые известняки. Крупные рифовые постройки известны в Марокко и Алжире. В их строении принимают участие ругозы, восьмилучевые кораллы и мшанки, присутствуют табуляты и строматопороидеи. В прибрежных зонах морей формировались главным образом кварцевые песчаники и каоли- нит-монтмориллонитовые глины с оолитами железа.

Климатические условия в девонский период были относительно стабильными. В целом специалисты утверждают, что в девоне климат был теплым и влажным, с обильными осадками. Однако в больших континентальных массах, существовавших на планете, климат был сухим и сухим.

В начале этого периода средняя температура окружающей среды составляла около 30 ° C. С течением времени наблюдалось снижение до достижения примерно 25 ° C..

Позже, в конце периода температуры снизились настолько, что произошло оледенение или оледенения (специалисты не сошлись во мнении по этому вопросу).

Наибольшее количество палеоклиматических данных имеется по Евразии. На юге Западной Европы, на Урале, Тимане, в Ал- тае-Саянской области, Катазии, Индо-Тибетии и на северо-востоке Азии господствовал влажный тропический климат. Среди осадочных образований этой обширной территории отсутствуют сульфатные и галогенные породы, доломиты, карбонатные и гипсоносные континентальные красноцветы. В морях происходила интенсивная мобилизация карбонатного вещества. В океане Тетис и прилегающих эпиконтинентальных морях формировались мощные толщи разнообразных органогенных известняков (коралловые, стромато- поровые, брахиоподовые, криноидные известняки), а в зонах мелководий располагались крупные рифовые постройки. В их строении принимали участие восьмилучевые кораллы, табуляты, ругозы, строматопоры и мшанки. Глубоководные осадки бассейнов Тетиса и Урала состояли из кремнистых сланцев и битуминозных глин, содержали остатки пелагической фауны (головоногие моллюски, фораминиферы).

Карбонатонакопление осуществлялось также в Колымском море, в Уссурийском бассейне и эпиконтинентальных морях Сино- Гобии и Катазии. Толщи органогенных известняков чередуются со слоями терригенных осадков, которые по своему составу отвечали мезомиктовому и олигомиктовому типам.

Среди прибрежных осадков Евразии значительная роль принадлежала глинам каолинит-монтмориллонитового и существенно каолинитового состава. В районах, примыкающих к аридным областям Фенно-Сарматии и Ангариды, в небольших заливах и лагунах осуществлялось накопление слабо сульфатных и доломи- тизированных осадков. В то же время здесь довольно широким распространением пользовались прослои, обогащенные гидроге- тит-шамозитовыми рудами и сидеритами. Залежи железных руд особенно многочисленны в Южной Европе, северо-западной части Африки, в странах Средиземноморья и Юго-Восточной Азии, в Восточном и Южном Китае.

В областях гумидного климата широко распространены углистые породы. Углистые сланцы и тонкие терригенные породы, обогащенные углистыми частицами, известны на Тимане, в Сино- Гобии и Катазии. Угли среднего девона обладают высокой зональностью и представляют собой углистые аргиллиты. В то время как в среднем девоне угли возникают в результате преобразования водных псилофитов, позднее углеобразователями становятся папоротникообразные и древние представители лепидофитов. По мнению В. М. Синицына [19], угленакопление в девонский период имело азональный характер. Оно осуществлялось не только в гу- мидном, но и в аридном климате, так как растительность этого времени все еще была тесно связана с водной средой и мало зависела от атмосферного увлажнения. Поэтому углистые толщи нередко встречаются среди лагунных доломито-известковых осадков и даже соседствуют с пластами гипса, как, например, в ряде районов Восточно-Европейской платформы.

Гумидное выветривание получило большое развитие на островах эпиконтинентальных морей и на крупных участках суши. На Урале, Тимане и в Алтае-Саянской области известны горизонты высокоглиноземистых пород и бокситы. В Предуралье (Башкирия, Татария) наряду с прослоями оолитовых шамозитовых руд встречаются залежи каолинита и слои кварцевых песчаников с каолинитовым цементом. Каолинитосодержащие сланцы и кварцевые песчаники известны на юге Западной Европы и свидетельствуют о происходивших интенсивных процессах выветривания в условиях влажного климата.

Процессы выветривания в девоне по сравнению с более поздними периодами протекали в более ослабленной форме, так как в этом процессе довольно слабое участие принимала растительность. Поэтому выветривание редко достигало латеритной стадии. По-видимому, этим можно объяснить присутствие большого количества неразложенного аркозового материала в песчаниках и преимущественное развитие аргиллитов гидрослюдисто-монтмориллони- тового состава. Хотя в этом случае немаловажную роль могли играть активные тектонические перемещения и существование расчлененного и высокого рельефа.

По мнению подавляющего большинства палеоботаников, оккупировать суши растительностью произошло в девоне, когда при высоком содержаний водяных паров в воздухе и при обильных атмосферных осадках разница между водной и субаэральной средой приморских низменностей была незначительной. В этих условиях водные растения закреплялись на болотистых приморских низменностях и постепенно продвигались в глубь континента.

В раннем девоне на прибрежно-морских территориях и на приморских низменностях развивались псилофиты, в среднем девоне появились древние группы лепидофитов и папоротникообразных. Среднедевонская флора получила название гиенивой. В позднем девоне появилась разнообразная археоптериевая флора, состоящая из папоротникообразных, плауновых и членистостебельных и только в самом конце девона появились птеридоспермы.

По режиму увлажнения в ряде случаев в Евразии удается выделить области переменно-влажного климата. Такие районы известны в Центральной Европе, Средней Азии, Иране, на Тарим- ском массиве и в Приамурье [79]. Хотя лагунные отложения не содержат сульфатных и тем более соленосных отложений, но наряду с органогенными известняками присутствуют доломиты. Прибрежно-морские и континентальные отложения характеризуются развитием пестроцветов с обильным ожелезнением.

Таким образом, в девонский период практически на всех континентах существовал тропический климат. Экваториальные условия в Евразии свойственны Тиману, Уралу, Алтае-Саянской области и Южному Китаю. На Северо-Американском континенте экваториальные условия предположительно были на юге США и на севере Мексики, а на Австралийском континенте — в его северовосточной части.

Климат девона

Девон характеризуется жарким и засушливым климатом. Высокие температуры способствовали испарению влаги, сокращая тем самым площади водоемов. На большей части континентов установился засушливый пустынный климат – образовались пустыни и полупустыни, формировалась климатическая зональность. Перераспределение суши и моря, происходившие в девоне, вулканизм, космические и атмосферные явления были причинами массового вымирания живых существ предыдущих геологических периодов.