ДРЕВНИЙ ОКЕАН

Температура океана на протяжении геологического времени. История температуры шельфовых морей

Оценки изменений температуры океана в прошлые геологические эпохи обычно калиброваны по предполагаемым изменениям в экстремальных условиях ледниковых и неледниковых периодов.

Кроме трех рассмотренных можно привести и четвертую линию доказательств. Современный геотермический градиент до глубины 10 км составляет примерно 15 "С/км. В докембрии (вплоть до 1,3 млрд. лет назад) он был равен 70—100 2С/км [716]. Реконструкция Р—Т-условий для архейских гранулитов предполагает, что тепловой поток на поверхности Земли 3 млрд. лет назад «в два-три раза превышал современные значения» [223]. Если это так, то дно докембрийского океана было нагрето гораздо сильнее, чем сейчас, что должно было привести к усилению океанской конвекции. Вероятно, поэтому и максимальная температура в докембрийском океане была выше, чем в современном.

Основным аргументом против гипотезы горячей ранней Земли является присутствие ледниковых отложений (тиллитов с гальками, несущими царапины ледового перемещения) с возрастом около 2,3 млрд. лет в формации Гауганда Канадского щита [817. 363]. Более поздний период оледенения приходится на поздний докембрий (==0.8 млрд. лет назад).

Подводя итог рассмотрению температур докембрийского океана, следует отметить, что некоторые части поверхности Земли, вероятно, были холодными (на что указывают следы оледенения), а другие обладали температурой поверхности от 50 до 70 гС и даже выше. К концу докембрия, судя по всем фактам, температура океана не превышала 30Г,С.

Температура поверхности океана в палеозое не поднималась выше 30—40° С. Одна независимая линия доказательства — кремни, температура формирования которых, усредненная по времени независимо от формы стяжения, находилась в интервале 20 — 35 СС [466]. Вторая независимая линия доказательства — оледенения. Хорошо подтверждены две палеозойские эпохи континентального оледенения: поздний ордовик — ранний силур и поздний карбон — ранняя пермь [см. 931].

Начиная с мезозоя получены надежные изотопно-кислородные данные для морских карбонатов. Эмилиани [252] открыл, а Дуглас и Савин ([216] и более ранние работы) подтвердили тот факт, что, согласно значениям 8'вО по глубоководным бентосным фораминиферам, температура глубинных вод в раннем и позднем мелу была около 14 °С, а затем уменьшилась до современного значения ^2 С ( 4-12). Для интервала времени от позднего мела до современности (около 70 млн. лет) эта тенденция была независимо установлена Шеклтоном и Кеннеттом [761] по бентосным фораминиферам, а Колодным и Эпштейном [471] по глубоководным кремням. Однако образцы пород от верхней торы до верхнего мела не столь многочисленны, и вопрос относительно возможности даже более высоких температур глубинных вод океана в этом интервале времени остается открытым.

История температуры открытого океана в третичное время известна значительно лучше, чем в более древние эпохи. Температуру глубинных вод океана можно определить либо по ископаемым остаткам из глубоководных осадков, либо по морским отложениям внешнего шельфа и континентального склона в высоких широтах, где формируются придонные воды. Имеющиеся данные, подтверждают точку зрения о существовании постоянного термоклина в тропиках как характерной постоянной Мирового океана. При этом амплитуда термоклина изменялась от 5 до 20 =С. Савин, Дуглас и Стели [714] обнаружили, что в периоды наиболее сглаженного климата (как, например, в позднем мелу) величина постоянного термоклина составляла всего 5 —6°С вместо современных 20 "С ( 4-12). Пока неясно одно: как глубинные океанские воды могли становиться теплее? Теплые поверхностные воды слишком легки для того, чтобы вытеснить холодные глубинные воды, а тепловой поток от поверхности дна (или адиабатический нагрев), вероятно, не имеет особого значения тля океанских глубин менее 5 км, которые присущи почти всему океану.

История температуры шельфовых морей, безусловно, отражает более локальные условия. Фораминиферы гораздо меньше пригодны для изучения шельфов, чем другие бентосные организмы. Диагенез и колебания солености также делают изучение образцов шельфовых отложений более сложным, чем изучение глубоководных образцов. Хотя осадки шельфов отбирать нетрудно, получить первую изотопную палеотемпературную кривую по северо-западной Европе для третичного времени удалось только в 1978 г. [107]. С середины палеоцена до среднего эоцена происходил подъем температуры с 14 до ~ 28 °С.

За ним последовало значительное понижение температуры к середине олитоцена (до ~4 СС). В дальнейшем сохранялись довольно однообразные условия (5 — 10 С). Эти вариации температуры свидетельствуют о различных источниках шельфовых вод, поскольку палеогеография и характер циркуляции, как и климат, подвергались* изменениям.

Поэтому конкретная история бассейна в третичное время представляется сложной.

Наиболее интенсивно, с применением всех методов палеотемпера- гурного анализа, изучается плейстоцен. В течение последних 700 000 лет происходили квазипериодические колебания температуры поверхностных тропических вод с периодом порядка 10s лег ( 4-13). Они, вероятно, были обусловлены «астрономическими движениями Земли», поскольку 10s лет — величина того же порядка, что и период подобных шижений [257].

Установлено, что во время ледниковых максимумов температура фопических поверхностных вод, по данным разных авторов, была на 2—7°С ниже, чем в настоящее время. Эмилиани ([255] и другие работы) на основании данных по Б1вО пришел к выводу, что ледниковые условия понизили температуру тропических вод Карибского моря на 7 СС по сравнению с современной (28 *С). Хечт [377], используя метод фаунистического сходства, описанный выше, нашел, что разница температур между ледниковыми и межледниковыми эпохами составляет 4.5—5,8 °С (± 1,5е). Однако эти величины колебаний температуры карибских вод почти вдвое превышают значения в 2 - 3 СС, установленные другими авторами (Шеклтоном и Опдайком [762]. использовавшими изотопно-кислородный метод, и Имбри и Киппом [410], применившими «функции переноса»). Разница температур по изотопно- кислородным данным обусловлена различными допущениями о значениях изотопного состава морской воды в ледниковые эпохи, которые варьируют от 0,5 до 1,7 %„. Методом рацемизации было установлено, что температура прибрежных вод Средиземного моря понижалась на 4СС (±1°) в течение последнего оледенения [743].

Выдающимися образцами применения методики последовательного приближения с использованием «функции переноса» Имбри и Киппа [410] являются карты температур поверхности океана в течение плейстоцена, когда в высоких широтах распространялся ледниковый покров мощностью 3 км ([144] и некоторые главы в книге Клайна и Хейса [145]). На  4-14 ноказаны летние (августовские) температуры для времени 18000 лет назад. Из сравнения с современными августовскими температурами, показанными на  4-2, следует, что ширина экваториального пояса не изменилась, а зоны более высоких широт значительно сузились.

Краткое содержание

Вероятно, механизмы отрицательной обратной связи постоянно устанавливают естественный предел (33 °С) для температуры поверхности океана. Наиболее важным из этих механизмов является охлаждение при испарении; оно уравнивает эффект потепления при нагревании поверхности моря. Видимо, исторически не случайно, что интервал летальных температур для тропических морских организмов очень узок (34 — 37 СС). То, что он не является эволюционным пределом для многоклеточных, доказывается присутствием способных к воспроизводству популяций членистоногих (остракод) в пресной воде горячих источников при температуре 50 е С.

Для того чтобы получить представление о температурах прошлых геологических эпох, применяют изотопные и другие химические методы, изучают таксономию и морфологию, флористические и фаунистические градиенты. У каждого из методов есть свои ограничения, поэтому их следует применять комплексно. Любое данное значение температуры устанавливается с точностью 2 —3ГС. Климатическое моделирование, основанное на изменениях состава атмосферы, альбедо, облачности и яркости Солнца, способно объяснить основные изменения температуры в геологической истории, однако это еще не сделано. Считается, что 3,4 млрд. лет назад температура океана могла достигать 70 °С, но в этом еще нет уверенности. По имеющимся данным, с раннего палеозоя до настоящего времени температура не превышала 30 'С. В течение последних 70 млн. лет температура глубинных вод Мирового океана понизилась с 14 до 2СС.