Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Обратите внимание!
 
  Наука >> География >> Океанология | Популярные статьи
 Написать комментарий  Добавить новое сообщение

Океанская и климатическая эволюция в миоцене

И.А.Басов.
Опубликовано в журнале "Природа", N 5, 1999 г.
Содержание

Средний миоцен (16-11 млн лет назад)

Средний миоцен отмечен событиями, которые кардинальным образом трансформировали глобальную ситуацию в океане и климате, привели к значительным изменениям в распределении поверхностной биоты и осадков. Именно в это время была заложена близкая к современной циркуляция, которая характеризуется значительными вертикальным и широтным температурными градиентами и определяющей ролью водных масс, формирующихся в высокоширотных областях Южного и Атлантического океанов. В разных широтных зонах по изотопным данным фиксируются синхронные сдвиги в сторону похолодания4. При этом увеличение тяжелых изотопов кислорода наблюдается в раковинах и планктонных, и бентосных видов. Это свидетельствует о быстром росте в это время объема льда в Антарктиде, который, как показывает анализ, происходил в два этапа: 14.5-14 и 13.5-12.5 млн лет назад. В эти периоды окончательно сформировался ледовый покров в Восточной Антарктиде, объем которого в последующие эпохи претерпевал лишь незначительные изменения. Начало быстрого роста ледового щита в южной полярной области совпало с закрытием Восточного Тетиса и прекращением свободного водообмена между всеми океанами в экваториальной области. Связь между этими событиями очевидна.

Второе событие, с которым связаны эти кардинальные изменения, - возникновение в начале среднего миоцена глубоководной связи между Норвежско-Гренландским бассейном и Северной Атлантикой и интенсивное формирование североатлантической глубинной водной массы. Оно началось после погружения Фареро-Исландского порога на рубеже раннего и среднего миоцена. С этого времени североатлантическая вода в больших объемах распространяется на юг вдоль Американского континента и затем, смешиваясь в высоких широтах Южной Атлантики с антарктической глубинной водной массой, формирующейся главным образом в море Уэдделла, проникает через Индийский океан в юго-западную часть Тихого океана, откуда течет на север, достигая Алеутской островной дуги. Здесь глубинные воды поднимаются на поверхность и течениями переносятся обратно в Северную Атлантику, образуя таким образом глобальный круговорот, так называемый конвейер Брокера5.

Эти два взаимосвязанных события (резкое увеличение объема льда в Антарктиде и начало интенсивного формирования североатлантической водной массы) предопределили всю дальнейшую эволюцию океана и климата планеты. Формирование в это время системы циркуляции, принципиально схожей с современной, привело к устойчивой стратификации водных масс и развитию резких температурных градиентов. Если в раннем миоцене температуры поверхностных вод в низких и высоких широтах различались незначительно, то к концу миоцена в Тихом океане градиент между температурами вод на экваторе и в приантарктических районах составил 12° С. Рост градиентов сопровождался интенсификацией как поверхностной, так и придонной циркуляции, что отразилось в широком распространении в океанах перерывов в осадконакоплении6. Последствия этих событий наиболее заметно проявились в глобальном распределении планктонных микроорганизмов и осадков.

Рис.2 Глобальный круговорот водных масс в Мировом океане (конвейер Брокера). Придонные течения заштрихованы, стрелки указывают направления течений.

Начиная со среднего миоцена становится отчетливой широтная дифференциация карбонатного микропланктона, наблюдаемая во всех океанах. Это хорошо видно на примере распространения планктонных фораминифер в Северной Атлантике. Если состав раннемиоценовых ассоциаций от экватора до плато Рокколл был очень близким и различия заметны только в их структуре, то в среднем миоцене их широтная дифференциация уже хорошо выражена7. В это время среди них достаточно отчетливо выделяются экваториально-тропическая, субтропическая, переходная и бореальная, или субарктическая группировки. Похожие изменения претерпело и распределение карбонатного нанопланктона8.

В осадках среднего миоцена приантарктических районов заметно увеличились содержание и размерность материала ледового разноса. Одновременно в Южном океане происходит расширение области распространения этого материала. В это время северная ее граница значительно отодвигается на север, достигая широты плато Кэмпбелл к югу от Новой Зеландии.

Рис.3 Возраст наиболее древнего материала ледового разноса в скважинах глубоководного бурения в арктической части Северной Атлантики. Точками на карте обозначены скважины глубоководного бурения с номерами (знаменатель) и возрастом - млн лет - самых древних находок материала ледового разноса (числитель).

Наиболее существенные изменения в среднем миоцене произошли в биогенном кремненакоплении. В то время как вокруг Антарктиды пояс кремнистых осадков продолжал расширяться, в других частях Мирового океана происходило перераспределение центров кремненакопления (в американской литературе этот феномен получил название "silica shift", или "silica switch"). На рубеже раннего и среднего миоцена ареалы биогенных кремнистых осадков, до этого широко развитые в разных районах Северной Атлантики9, начали здесь резко сокращаться или постепенно исчезать. К концу раннего миоцена они сохранялись только в Лабрадорском море, в районах плато Рокколл и регионального апвеллинга у берегов Северо-Западной Африки. В это же время (около 17-15 млн лет назад) биогенные кремнистые осадки начали интенсивно накапливаться в северной части Тихого океана и у калифорнийского побережья. Следует отметить, что на подводных поднятиях Обручева и Паттон-Меррей в северной части Тихого океана повышенные содержания кремнистых организмов отмечены уже в основании нижнемиоценового разреза. Но собственно биогенные кремнистые осадки в этих районах появились приблизительно на рубеже раннего и среднего миоцена, что подтверждает наблюдения американских исследователей.

Воды современного океана, особенно поверхностные, в целом недонасыщены кремнием, поэтому подавляющее большинство скелетов кремневых микроорганизмов растворяются, не достигнув дна. Подсчитано, что более 90% биогенного опала, продуцируемого микроорганизмами в поверхностных водах, растворяется при погружении отмерших раковин на дно. Поэтому накопление кремнистых осадков с содержанием биогенного SiO2 более 30% возможно только в тех районах, где, с одной стороны, продуктивность кремневого микропланктона в поверхностных водах исключительно высока, а, с другой стороны, промежуточные и глубинные воды в достаточной мере насыщены кремнием. Учитывая, что поверхностные воды океана сильно недонасыщены этим элементом, высокая продуктивность кремневых микроорганизмов в настоящее время отмечается только в зоне экваториальной дивергенции (расхождения течений) и в районах апвеллингов. В этих областях ресурс кремния в поверхностных водах постоянно пополняется за счет его поступления с поднимающимися на поверхность промежуточными и глубинными водами.

В настоящее время глубинные и промежуточные воды в океане представляют собой смесь так называемых "молодой" и "старой" вод, которые резко различаются по степени насыщения кремнием. "Молодая" вода образуется за счет североатлантической глубинной водной массы, интенсивное формирование которой началось, как говорилось выше, на рубеже раннего и среднего миоцена в Норвежско-Гренландском бассейне. Она резко недонасыщена растворенным кремнием. "Старая" вода, заполняющая глубоководную часть океана, напротив, отличается более высоким его содержанием. Североатлантическая водная масса, погружаясь и распространяясь на юг, "омолаживает" "старые" воды, понижая в них концентрацию кремнезема. Однако на своем пути из Северной Атлантики в Тихий океан она постепенно насыщается этим элементом, и поэтому глубинные и промежуточные воды Северной Пацифики характеризуются повышенным его содержанием.

Тот факт, что перемещение центров биогенного кремненакопления из Северной Атлантики в Северную Пацифику произошло во время климатического оптимума, т.е. несколько раньше начала интенсивного роста ледового щита в Восточной Антарктиде и глобального понижения температуры вод в океанах, дал основание предполагать, что это событие связано в первую очередь именно с началом формирования больших объемов "молодой" североатлантической глубинной водной массы. Последовавшее затем глобальное похолодание, вероятно, привело лишь к ускорению этого перемещения и расширению масштабов кремненакопления в северной части Тихого океана, с одной стороны, путем интенсификации процесса формирования указанной водной массы, а с другой, за счет усиления общей циркуляции и подъема на поверхность глубинных вод, обогащенных питательными элементами, в том числе кремнием, в высокоширотных областях Северного и Южного полушария. Расширение пояса кремненакопления вокруг Антарктиды на протяжении среднего миоцена и в более поздние эпохи подтверждает это предположение.

Поздний миоцен (11-5 млн лет назад)

В позднем миоцене тенденция похолодания, отчетливо проявившаяся в среднемиоценовое время, получила дальнейшее развитие. Изотопные исследования показывают, что в это время температуры поверхностных вод в высокоширотных областях океанов продолжали неуклонно понижаться, испытывая колебания во времени. В низких же широтах они не менялись и даже несколько повышались. Это указывает на прогрессирующее похолодание и дальнейшую дифференциацию водных масс. Продолжалось формирование ледового щита в Антарктиде, в том числе и в ее западной части. Наиболее интенсивно ледник рос в начале (около 10-9 млн лет назад) и в конце (6.5-5 млн лет назад) позднего миоцена. Это привело к понижению температуры поверхностных вод в Приантарктическом регионе до 3° С (и менее) и к исчезновению здесь планктонных микроорганизмов с карбонатным скелетом.

Похолодания начала и конца позднего миоцена были разделены периодом потепления, который отмечен возвращением в море Уэдделла планктонных фораминифер и нанопланктона и миграцией тепловодных видов нанопланктона в высокие широты Северной и Южной Атлантики. Это потепление также фиксируется изотопными исследованиями.

В конце миоцена объем льда достиг максимальных значений10. Это подтверждается значительным (на 300 км) смещением в северном направлении границы распространения биогенных кремнистых осадков, которые к этому времени сформировали сплошной пояс вокруг Антарктиды, а также широким развитием эрозионных процессов. Резко ускорившееся накопление льда синхронно понижению уровня океана на 40 м и глобальной регрессии, что, как считается, стало причиной так называемого "мессинского кризиса", т.е. полной изоляции Средиземного моря и накопления мощной соленосной толщи.

К концу миоцена в океане, вероятно, уже сформировалась система циркуляции, близкая к современной, с хорошо выраженными широтной климатической зональностью и гидрологическими фронтами в обоих полушариях, что нашло отражение в четкой биполярности в распределении карбонатных планктонных организмов. Например, в высоких широтах Северной Атлантики в позднем миоцене развивается сообщество планктонных фораминифер, практически идентичное существующему в Австрало-Новозеландском регионе. Интересно отметить, что в этом районе ареал распространения сообщества смещен в более низкие широты, что указывает на асимметрию в расположении климатических поясов в Северном и Южном полушариях за счет влияния антарктического ледового щита.

В позднем миоцене появляются также первые признаки оледенения в Северном полушарии. Сплошное покровное оледенение здесь сформировалось позднее, около 2.6 млн лет назад, о чем свидетельствует резкое увеличение количества материала ледового разноса в осадках и расширение районов его распространения в Северной Пацифике и Северной Атлантике. Однако отдельные гальки и обломки пород, разносившиеся плавающими льдами, отмечаются здесь намного раньше. В северной части Тихого океана первые их находки датируются поздним миоценом, около 6 млн лет. В Северной Атлантике ледовый разнос начался еще раньше. Наиболее древний материал ледового разноса имеет здесь возраст около 11 млн лет в проливе Фрама, 8- 9.5 млн лет в Баффиновом заливе и Лабрадорской впадине, 7 млн лет во впадине Ирмингер и 5.5 млн лет на плато Воринг. Приведенные данные свидетельствуют о том, что в позднем миоцене в Арктике активно формировались горные ледники, при этом некоторые из них, по-видимому, достигали уровня моря, хотя сплошного покровного оледенения здесь, разумеется, не существовало. Различия в возрасте материала ледового разноса в разных районах указывают, что оледенение в Арктике началось, вероятно, в Гренландии и постепенно распространялось в восточном и западном направлениях.

Заключение

Изложенные материалы, разумеется, не могут претендовать на полный охват всех аспектов исключительно сложной истории океана и климата в миоцене. Такие важные события, как колебания уровня океана, изменения во времени глубины карбонатной компенсации (границы, ниже которой CaCO3 растворяется), оказавшие значительное влияние на осадконакопление и биоту, здесь не были рассмотрены из-за ограниченного объема статьи. Степень решенности проблем, упоминающихся в данном обзоре, также весьма различна. Некоторые из них, например точное время, причины и механизм перераспределения центров биогенного кремненакопления, по существу только сформулированы. Еще ждет своего решения проблема зарождения и эволюции покровного оледенения в Северном полушарии.

В данный момент можно только констатировать, что усилиями огромного числа исследователей и научных коллективов из разных стран уже прочитаны многие страницы кайнозойской истории океанов, однако полная расшифровка миоценовой летописи еще далека от завершения.


4Kennett J.P. A review of polar climatic evolution during the Neogene, based on the marine sediment record // Paleoclimate and Evolution with Emphasis on Human Origins. New Haven, 1995. P.49-64.
5Broecker W. // Geol. Soc. Amer. Today. 1997. V.7. N 5. P.1-7.
6Barron J.A., Keller G. // Geology. 1982. V.10. P.443-470; Басов И.А. // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1988. N 12. С.59-68.
7Крашенинников В.А., Басов И.А. Планктонные фораминиферы миоцена Северо-Восточной Атлантики (стратиграфия, палеоэкология) // Тез. докл. XII Междунар. школы морской геологии. М., 1997. Т.2. С.233-234.
8Haq B.U. // Micropaleontology. 1980. V.26. N 4. P.414-443.
9Baldauf J.G., Barron J.A. Evolution of biosiliceous sedimentation patterns - Eocene through Quaternary: paleoceanographic response to polar cooling // Geological History of the Polar Oceans: Arctic versus Antarctic. Amsterdam, 1990. P.575-607.
10Savage M.L., Ciesielski P.F. A revised history of glacial sedimentation in the Ross Sea region // Antarctic Earth Science, Canberra, 1983. P.555-559.

В основу статьи положены результаты исследований в рамках проекта РФФИ N 96-05- 64257.

Назад


Написать комментарий
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования