Читая каменную летопись Земли...

Когда говорят об «углеродной помпе», обычно не учитывают, что органическое вещество в осадках из зоны апвеллинга относится к особому, амикагиновому типу [Вассоевич, Конюхов, Лопатин, 1976]. В структуре слагающих его гетерополиконденсатов связано много кислорода, азота и серы (N до 6 %, отношение Н/С_ат достигает наивысших значений, 1,4–1,45). Разрушение этих гетерополиконденсатов и облагораживание органического вещества за счет удаления кислорода, азота и серы произойдут лишь при погружении вмещающих отложений в глубокие недра спустя миллионы лет. Таким образом, вместе с углеродом в органике амикагинового типа на долгое время связываются многие другие элементы, в том числе и входящие в состав атмосферы.

По соседству с углеродистыми, слабодиатомовыми осадками в зонах подъема глубинных вод формируются многие аутигенные образования, в том числе глаукониты, фосфориты, цеолиты. Хотя рост этих стяжений протекает очень медленно, масштабы аутигенеза подобных осадков весьма значительны. Только на континентальном склоне Западной Сахары глауконитовые пески и алевриты занимают, согласно нашим исследованиям в 1990 г., полосу протяженностью около 500 км в диапазоне глубин от 500 до 2500 м. Огромные поля глауконитовых песков оконтурены и в других зонах апвеллинга. В кристаллической решетке этих слоистых силикатов, аналогичной структуре трехэтажных глинистых минералов, находится много атомов кислорода. В эпоху похолодания усиливается «проветривание» океанских и морских глубин, ведущее к образованию (или утолщению) верхнего, окисленного слоя донных осадков. На это также расходуются значительные массы кислорода (в том числе на перевод закисных форм железа в оксиды), растворенного в воде, куда он поступает из атмосферы.

В эпохи похолодания на суше усиливается контрастность климатических условий. В пересыхающих водоемах обширных аридных поясов активно формируются псевдослоистые силикаты — сепиолит и палыгорскит. В структуре этих новообразованных минералов также связывается много растворенного в воде кислорода. Не просто подсчитать, какое количество последнего расходуется в отмеченных выше процессах. Несомненным, однако, является то, что его «потребление» в седиментационных процессах в эпохи похолодания значительно выше, чем в периоды господства теплого климата.

Движение ледников сопровождается эрозией обширных пространств суши. Разрушению подвергаются самые разнообразные породы, в том числе известняки и доломиты. Однако если большинство других образований в виде обломков разной величины остаются в моренных грядах или сносятся в конечные водоемы стока, то мелкие карбонатные зерна при переносе разрушаются полностью. Значительное количество углекислого газа, некогда связанного в их составе, возвращается в воду и воздух.

Благодаря перечисленным выше факторам, а также вследствие накопления продуктов вулканических извержений, окисления органического вещества, метана и нефтяных углеводородов, просачивающихся к поверхности, наконец, из-за лесных и степных пожаров равновесие вновь начинает смещаться в сторону повышения роли углекислого газа в атмосфере. Похолодание постепенно сменяется потеплением, ледники начинают отступать и таять. Маятник снова качнулся в другую сторону.

Вот как, на наш взгляд, действуют биологические и седиментологические механизмы регуляции климата, приводимые в действие главным образом живыми организмами. На одной стороне биологических «качелей» находится кремнестроящий фитопланктон, на другом — организмы с карбонатной функцией и высшая наземная растительность. На длительность периодов похолодания, потепления и перестройки климата от одного состояния к другому влияет, естественно, множество факторов, в том числе астрономические и тектонические. Так, резкое повышение вулканической активности приводит сначала к помутнению верхних слоев атмосферы, отражению части солнечных лучей и тепла в космос, что способствует похолоданию. Однако связанное с извержениями поступление углекислого газа в воздушную среду в долговременном плане должно приводить к глобальному потеплению климата.

Можно думать, что в течение длительных промежутков геологического времени, по крайней мере в фанерозое, сохранялось устойчивое равновесие между потреблением и поступлением в атмосферу таких важнейших ее составляющих, как кислород и диоксид углерода. Причины, приведшие к существенному нарушению сложившегося баланса, имели, скорее всего, тектоническую природу (рис. 11). Позднепалеозойское оледенение в гондванской части Пангеи закончилось одновременно с распадом этого суперматерика, начавшимся с углубления и расширения реликтового океана Тетис. Об этом свидетельствует накопление в центральных его котловинах радиоляриевых илов, ныне обнажающихся в Альпах, Апеннинах, Оманских горах, а в позднем триасе и юре накапливавшихся ниже уровня карбонатной компенсации. Однако на обширных шельфах и континентальных склонах, окружавших океан, господствовала аккумуляция карбонатов. Дальнейший распад Пангеи на фрагменты и раскрытие молодых неглубоких океанов резко расширили площадь шельфов, подводных склонов и неглубоких котловин, которые стали на долгое время областями накопления карбонатных осадков. Глобальные же трансгрессии моря в позднеюрскую и особенно в позднемеловую эпохи привели к еще большему распространению организмов с карбонатной функцией и благоприятствовали рифостроительству. За несколько десятков миллионов лет огромные количества углекислого газа были связаны в виде карбоната кальция, образовавшего мощные толщи известняков и доломитов на континентальных окраинах океанов Тетис, Атлантического и Индийского. Уже к концу мела климат на полюсах стал заметно меняться. Об этом свидетельствует анализ органических остатков, состава растительных сообществ, а также колец роста и сосудистой системы окаменевших деревьев в районе арктического склона Аляски. В позднем мелу этот регион располагался от 75 до 85°с. ш. Если в коньякский век среднегодовая температура близ Северного полюса достигала + 13 °C, то в Маастрихте и палеоцене она упала соответственно до + 5 и + 6… + 7 °C. В Маастрихте отмечалась некоторая аридизация климата в летние месяцы, а зимы стали морозными. Однако море вряд ли покрывалось льдами [Spicer, Totman, 1990]. В сеномане ледники сохранялись лишь на высотах более 1700 м, в Маастрихте они опустились до 1000 м.

Рис. 11. Площади, занятые континентами и океанами в различных широтах, в современную эпоху (а) и в фанерозое (б) ITardy el а!., 1989) Условные обозначения те же, что и на рис. 8

В высоких широтах южного полушария также отмечается похолодание, начавшееся в Маастрихте, т. е. до предполагаемого столкновения Земли с небесным телом, вызвавшего глобальный катаклизм. Небезынтересно отметить, что именно в Маастрихте произошло закрытие южного рукава океана Тетис и сближение Аравийско-Африканского континентального блока с Евразией. Тем самым тенденция к распаду материков сменилась тенденцией к их объединению. Первые признаки похолодания, зафиксированные в Маастрихте, обозначили лишь точку перелома, от которой началось смещение климатического маятника в сторону глобального понижения температуры. Однако только по прошествии 60 млн лет это привело к широкомасштабному оледенению.

За 300 млн лет до того к такому же похолоданию, вернее, к перелому тенденции от потепления к похолоданию привело пышное развитие высшей растительности на континентах (каменноугольный период). Вместе с древесными остатками, давшими начало многочисленным скоплениям угля, в недрах было захоронено огромное количество углерода, усвоенного растениями в процессе фотосинтеза и разложения углекислого газа атмосферы. Начавшемуся в позднекаменноугольную эпоху в южном полушарии оледенению благоприятствовало, как подчеркивалось выше, помимо указанного фактора, объединение континентов в гигантский суперматерик. Как видим, уже в то время действовали биологические и седиментологические «качели». Так, накопление карбонатов, достигшее максимума в девоне, постепенно сменилось во многих районах формированием кремнистых толщ — фтанитов, которые широко распространены в Уральском регионе, Северном Казахстане, на тихоокеанской окраине Северной Америки (Скалистые горы) и в других местах. Похолодание в позднем карбоне привело, таким образом, к вытеснению карбонатстроящих организмов холоднолюбивыми кремнистыми. Стали преобладать процессы, приведшие к снижению потребления углекислого газа и увеличению расхода кислорода.

Такова в общих чертах схема, позволяющая увязать трансформации климата на Земле в геологическом прошлом с тектоническими, биологическими и седиментационными процессами, протекающими у ее поверхности и в недрах.

Заключение

Анализируя изменения погодных условий по сезонам, фиксируемые в северном полушарии в последние годы, многие ученые приходят к выводу, что на Земле уже установился режим парникового эффекта. А коли так, то граничный уровень содержания углекислого газа в атмосфере, определяющий возникновение парникового эффекта, равен приблизительно 0,03-0,35 %. Удвоения этих значений ожидают к середине следующего столетия. В связи с этим на страницах популярных и научных журналов появляются самые разнообразные, зачастую противоречащие друг другу прогнозы. Большинство исследователей предрекают надвигающуюся экологическую катастрофу. Она будет заключаться прежде всего в непредсказуемых и необратимых изменениях климата, а также в повышении уровня вод Мирового океана на 1,5–2 м вследствие быстрого таяния антарктических и гренландских льдов уже в первые десятилетия следующего столетия. Видный советский ученый М. И. Будыко, а вслед за ним и академик A. Л. Яншин, проанализировав эту проблему с палеогеографических позиций, приходят к выводу, что назревающие климатические изменения в целом будут благоприятны для многих регионов [Яншин, 1989].

Дело в том, что повышение среднегодовой температуры должно сопровождаться возросшим испарением воды с поверхности морей и океанов, а это приведет к увлажнению климата прежде всего в умеренных широтах. Последнее же создаст благоприятные условия для сельскохозяйственного производства, в частности позволит продвинуть многие культуры, выращиваемые ныне только на юге, дальше на север. Многие пустыни и полупустыни будут напоены водой и станут пригодными для обживания людьми.

В недавней истории нашей планеты известны так называемые плювиальные эпохи, приуроченные к относительно коротким временным интервалам, отделявшие один ледниковый максимум от другого. С этими эпохами были связаны буйное развитие наземной растительности, превращение Сахары, среднеазиатских и аравийских пустынь в саванну, а также накопление сапропелей в глубоководных котловинах Средиземного и Красного морей, другие события. Согласно данным изотопного анализа, среднегодовая температура в межледниковые эпохи поднималась в умеренных и высоких широтах на 1,5–2° выше современной. Не следует, однако, забывать, что увлажнение климата в плювиальные эпохи происходило благодаря не только повышенному уровню испарения с поверхности морей и океанов, но и таянию материковых льдов, которые сейчас отсутствуют. При этом ледовый панцирь Антарктиды, да и льды Гренландии «пережили» эти эпохи, хотя частичное их таяние происходило. Иначе трудно понять, за счет каких источников уровень океана поднимался до отметки 10–15 м против современного.

Следовательно, опасность затопления низменных участков побережья в будущем вполне реальна. Даже повышение уровня морских вод на 1–2 м создает серьезную угрозу для некоторых стран, например Голландии, отчасти Египта, Нигерии и Бангладеш. Вопрос лишь в том, как скоро это случится: в следующем веке или через два-три столетия. Не исключено, что под угрозой окажутся плавни Кубани и Дона, низовья Днепра и Дуная, некоторые прибрежные районы Прибалтики и северных морей. Сильно расширится зеркало каспийских вод. Грядущие изменения будут способствовать возрождению Арала. Таким образом, несмотря на определенные потери, в целом для нашей страны предсказываемые изменения климата благоприятны. Жителям средней полосы России, видимо, придется распрощаться со снежными зимами, а для катания на лыжах выезжать на Урал или Кольский полуостров.