ые деревья, мелколиственные растения. В таком климате деревья и вовсе могут отсутствовать, поэтому их остатки в породах не обнаруживаются. В сухом климате росли растения с мелкой редкой листвой или с колючками.
Отпечатки растений прошлых эпох встречаются значительно чаще, чем сами растения, которые в отложениях сохраняются плохо. Но зато в отложениях хорошо сохраняется пыльца растений и споры. Анализ пыльцы и спор растений прошлых эпох дает очень ценную информацию об изменении и характере климата в это время. Этот метод позволяет установить не только климат, но и растительность в данном регионе в прошедшие эпохи.
Анализ структуры торфа также дает информацию о климате. Торфяники развиваются как в умеренных широтах, так и в холодных климатических зонах. Разные пласты торфа свидетельствуют о разных климатах. Пласт влаголюбивых мхов свидетельствует о том, что он формировался в период влажного климата. Пласт торфа, состоящий из лесной растительности, свидетельствует о том, что в то время в данном регионе был сухой климат.
Существует еще один метод определения климата в прошлом. Он основан на том, что ширина годичного прироста толщины стволов деревьев весьма четко связана с количеством осадков в данном году. Была установлена также зависимость этого прироста от температуры воздуха. Было установлено, что в одинаковых климатических условиях имеет место одинаковый ежегодный прирост колец. Это позволяет по ширине годичных колец деревьев разного возраста — как захороненных в торфяниках, льдах и морене, так и найденных при археологических раскопках, — определять климат в прошлом. Деревья при этом можно использовать самые разные. Так был выстроен по срезам деревьев, по годовым кольцам дендрохронологический календарь (греческое слово «дендрон» означает дерево), который охватывает период в 12 тысяч лет. Здесь ценно то, что речь идет не о влажных или сухих периодах, а об отдельных годах. Собственно, не только о годах, но и о сезонах. Информация о сезонных изменениях климата получается из тщательного анализа годичного кольца (с применением микроскопа, рентгеноскопии и компьютера). Таким образом специалисты получают информацию о средней летней температуре воздуха, поскольку максимальная плотность летней древесины четко связана со средней летней температурой воздуха. А это уже немало, поскольку перекрывается более 10 тысяч лет.
Ценную информацию о климате в прошлом содержат и сведения о распределении животных на суше и в море в то время. Речь идет об останках животных, которые сохранились в отложениях. В данном случае анализ имеющегося материала проводится по той же схеме, что и в случае остатков растений. Так, изобилие или бедность видового состава животных является свидетельством того, был ли климат в тех местах теплым или холодным. Холоднокровные животные свидетельствуют о теплом климате. Размеры животных также могут рассказать о климате. Ведь известно, что теплокровные животные тем больше, чем холоднее климат, в котором они живут. Что же касается холоднокровных животных, то наибольших размеров они достигают в условиях теплого климата. Это же справедливо и по отношению к крупным насекомым. Обитатели моря прошлых эпох свидетельствуют о климате тех времен по-особому. Те из морских организмов, которые выделяют известь, в частности фораминиферы, а также организмы, которые строят коралловые рифы, находились в условиях теплого климата. Это очевидно, поскольку только в условиях теплого климата верхний слой морской воды насыщен известью.
Мы лишь в общих чертах описали метод, позволяющий изучать, каким был климат в прошлом. Практическое применение указанного метода очень непростое. Приходится семь раз отмерить, прежде чем отрезать. Только совместный анализ всей совокупности имеющихся фактов позволяет сделать окончательные выводы о том, каким был климат в то или другое время в прошлом. Но при всем этом самым важным является вопрос о времени. Наряду с хронологией деревьев (по годичным кольцам деревьев) и с хронологией по ленточным глинам очень важными являются изотопные методы определения возраста.
Метод, основанный на измерении содержания изотопов кислорода, был разработан в 1950 году. Он основан на следующей закономерности: при осаждении карбоната кальция (CaCO3) из воды соотношение между содержанием «легкого» изотопа кислорода (O16) и «тяжелого» изотопа (О18) зависит от температуры воды. Значит, измерив соотношение содержания изотопов, мы получаем информацию о температуре воды. Где же берут исследователи эти изотопы? Их консервируют в течение тысяч и даже миллионов лет организмы, которые сохранились в осадочных породах. Дело в том, что организмы, которые строят раковины, отбирают из воды карбонатные ионы. Именно в этих ионах соотношение изотопов кислорода соответствует температуре воды. Так информация о температуре воды закладывается в скелеты организмов. Далее она вместе с организмами накапливается в отложениях, эти архивные данные о температуре воды сохраняются там тысячи и даже миллионы лет. Метод, который можно назвать изотопным термометром, очень широко используется и позволяет получать количественную информацию об изменении климата в прошлом. Ясно, что этот метод применяется в совокупности с другими методами. Изотопный метод позволяет определять температуру воды морей и океанов в те времена, когда в океане появились первые организмы, которые строили свой скелет из карбонатов.
Ценную информацию о прошлом, в том числе о климате, содержат льды, и прежде всего льды Антарктиды. Лед накапливается слой за слоем в результате выпадения осадков в виде дождя и снега. А состав этих осадков (в смысле изотопов кислорода) зависит от температуры и характера испарения. Было установлено, что чем ниже температура формирования осадков, тем меньше вода, которая выпадает в виде дождя или снега, обогащена тяжелыми изотопами кислорода (О18). Значит, остается слой за слоем считывать всю толщу ледника Антарктиды, Исландии, Арктики. Перелистав этот журнал наблюдений, мы получим количественную информацию об изменении температуры за весьма продолжительное время — сотни тысяч лет. Так мы можем заглянуть в прошлое на полмиллиона лет назад. Правда, читать такой журнал непросто — страницы его не переворачиваются. Остается сверлить (бурить) дырку (скважину) и заглядывать в журнал через нее. Так и сделали. Наши и зарубежные специалисты пробурили скважины в ледниковых покровах Антарктиды и Гренландии. Был проведен анализ образцов льда, который доставали с разных глубин. Кстати, эти образцы льда оказались информативными вдвойне. Мало того, что в них содержится информация о температуре воды. В них сохранились пузырьки воздуха, пробы воздуха, как сказал бы специалист. Эти пробы «брались» (консервировались) регулярно, от года к году. Анализ этих проб позволяет определять состав атмосферного газа в определенный момент в прошлом.
Но лед сохранил не только пузырьки воздуха. Лед является прекрасным улавливателем частиц (пыли), которые переносятся потоками воздуха. А эти частицы (пыль) служат своего рода трассером. По тому, что собой представляет эта пыль, можно сделать заключение о том, откуда она прилетела, или, другими словами, откуда дул ветер. А это немало. Это информация о циркуляции атмосферы, а значит о климате. Исследуют и состав пыли. По нему можно выявить степень влажности и даже восстановить состав солей в океане, поскольку в прибрежной морской зоне воздуха содержится много солевых частиц, которые попали туда из моря.
Восстанавливая картину климата в прошлом, ученые, конечно, анализируют и различные письменные источники. Но на этом вопросе мы останавливаться не будем — здесь многое очевидно и известно читателю. Мы же прямо перейдем к результатам, то есть кратко, схематично опишем картину изменения климата на Земле в прошлом.
Описывая исторические события, говорят о годах, столетиях и тысячелетиях. Описывая всю историю Земли, поступают по-иному — весь период геологического времени разбивают на отдельные периоды.
Еще 2000 лет назад полагали, что вся геологическая история Земли укладывается в 6000 лет. Но позднее стало очевидным, что для формирования осадочных пластов необходимы не тысячи, а миллионы лет. Когда стали использовать радиоизотопный метод датирования, то стало ясно, что геологическое время Земли измеряется не миллионами, а миллиардами лет.
Ученые поделили все геологическое время Земли на отдельные отрезки, для которых характерны однотипные процессы. Прежде всего геологическое время было поделено на два эона. Название происходит из греческой мифологии. Эон — это неостанавливающееся, неумолимое время, отпрыск Хроноса — бога времени. Эти два эона названы докембрийским и фанерозойским. Фанерозой начинается там, где (в смысле времени) встречаются явные следы жизни. Слово «фанерозой» означает «эра явной жизни». В докембрийских отложениях также встречаются следы жизнедеятельности организмов. Но они сохранились плохо. Докембрийский эон занимает 85 % всего времени, которое прошло после момента образования Земли. «Эру явной жизни» (фанерозой) делят на три эры, которые имеют разную продолжительность. Это палеозой — эра древней жизни, мезозой — эра средней жизни, и кайнозой — эра новой жизни. Наше время входит в кайнозойскую эру. Специалисты каждую эру поделили на периоды, названия которым даны по названиям тех районов, где отложения данного периода были описаны впервые. Эти периоды ученые поделили на эпохи. В кайнозойской эре выделено всего два периода — третичный и четвертичный. В третичном периоде было 4 эпохи — плиоцен, эоцен, олигоцен и миоцен. Мы живем в четвертичном периоде. В нем выделена одна эпоха — плейстоцен. Она пока что совпадает по продолжительности с периодом плейстоцен. После таких пояснений перейдем к описанию картины изменения климата Земли в прошлом.
ИСТОРИЯ КЛИМАТА
Говоря о климате всей Земли, оперируют средней температурой на ее поверхности. В отдельных регионах температура может меняться очень значительно. Но когда в одних регионах температура понижается, она повышается в других. Поэтому средняя температура на поверхности Земли при этом меняется незначительно или вовсе не меняется. Если нас интересуют не региональные проблемы изменения климата, а глобальное его изменение, то надо рассматривать среднюю температуру. Она определяется соотношением двух энергий — той, которую Земля получает от Солнца, и той, кото