О ГЛОБАЛЬНЫХ КАТАСТРОФАХ ПРОШЛОГО
Что происходило в прошлом Земли, какие глобальные катастрофы меняли ее облик? Ответы на эти вопросы ищут ученые разных стран. Что известно на сегодня? Группа исследователей из России, США, Японии, Германии, Беларуси, работая в рамках совместного интеграционного проекта, пришла к интересным выводам. Причем основаны они, в основном, на данных, полученных в Институте геохимии СО РАН.
Михаил Кузьмин,
директор Института геохимии СО РАН,
академик
Наиболее наглядно изменение лика Земли просматривается при анализе глобальных катастроф, происходивших 600 млн лет назад, в так называемый фанерозойский период. В это время теплые межледниковые эпохи совпадают с проявлением внутриплитового магматизма и высоким уровнем стояния океана, т.е. большей его площадью, что, по-видимому, было связано с отсутствием материковых ледников. И, напротив, ледниковые эпохи проявлялись на фоне сокращения уровня Мирового океана. Можно полагать, в эпохи проявления внутриплитового магматизма атмосфера Земли обогащалась углекислым газом благодаря поступлению вулканических газов в атмосферу. Вследствие чего усиливался парниковый эффект, что влекло за собой таяние ледников и подъем температуры воздуха.
Последняя теплая межледниковая эпоха, по предположению ученых, началась 250 млн лет тому назад. Как раз тогда произошли массовые излияния сибирских траппов и, соответственно, выделения при этом газов. В результате на границе перми и триаса вымерла почти половина видового состава живых организмов планеты. Внутриплитовый магматизм продолжался в течение всей теплой эпохи (более 200 млн лет) и ассоциировал с распадом Пангеи. Наряду с поступлением в атмосферу вулканических газов, прежде всего
СО2, тепловое воздействие вулканизма способствовало разрушению органического вещества осадочных толщ и образованию газогидратов, вследствие чего происходил дополнительный рост содержания парниковых газов в атмосфере. В связи с распадом Пангеи произошла коренная перестройка систем океанических течений и атмосферной циркуляции, что привело к обмену теплом между низкими и высокими широтами и уменьшению контрастности температур на поверхности Земли. В течение всего мезозоя вплоть до 65 млн лет средняя температура поверхности была на 20-25 градусов выше, чем современная. Даже температура глубинной океанической воды была на 12 градусов выше современной.
Глобальное изменение климата на Земле, переход к ледниковой эпохе начался около 70 млн лет тому назад. На графике, построенном на основе данных по изотопному составу фораминифер из осадков Атлантического океана, четко видны три эпизода резкого похолодания, с возрастом: 1-й — 36 млн лет, 2-й — 15 млн лет и 3-й — 4 млн лет тому назад.
Глубокое бурение на Байкале дало возможность получить длинные и непрерывные записи изменения окружающей среды и климата в Центральной Азии. Они до сих пор остаются самыми длинными (600 м) и самыми древними (8,2 млн лет) непрерывными континентальными палеоклиматическими записями. Палинологические, диатомовые, геохимические и биогеохимические, литологические и изотопные исследования позволили наполнить их весомым содержанием. Записи точно привязаны к возрастной палеомагнитной шкале и изотопному датированию. Возрастное разрешение байкальских записей уникально и составляет от 250 до 60 лет.
Всего на Байкале пробурено пять кустов скважин. Две из них (на Академическом хребте) представляют наибольший интерес для расшифровки палеоклимата Земли. Байкальские записи показывают, что резкое похолодание произошло на рубеже 2,8-2,5 млн лет, что четко зафиксировано полученными данными. Прослеживается резкое уменьшение содержания остатков диатомовых в интервале 2,52-2,82 млн лет. В то же время в интервале 0-115 м увеличивается количество глинистого материала и плотность осадков по сравнению с нижележащими осадками. Все указывает на появление в осадках продуктов размыва ледниковых глин, обычно выносимых талыми водами на фронте горных ледников, т.е. имеющиеся данные свидетельствуют о появлении в Байкальском горном окружении горных ледников. Об изменении состава пород в водосборном бассейне Байкала говорят и некоторые геохимические характеристики.
В одной из скважин был проведен анализ изотопного состава стронция. По всему разрезу скважины диатомовые осадки обладают менее радиогенным составом стронция по сравнению с терригенными разностями сопредельных горизонтов. Это вызвано тем, что кремниевые створки диатомей содержат стронций, заимствованный при жизни из воды озера.
В интервале глубин 0-110 м диатомовые и терригенные илы обладают менее радиогенным изотопным составом. Это свидетельствует о том, что источник сноса вещества в озеро изменялся во времени. Однако, если в глобальном процессе формирование горных массивов, как это видно на примере Тибетско-Гималайского региона, приводит к росту отношения
87Sr/ 86Sr в осадках, то в случае донных отложений оз. Байкал отмечается обратная зависимость.
Изучение изотопного состава стронция в породах, окружающих озеро Байкал, и сравнение отношения с байкальскими осадками показало следующее. Изотопный состав стронция осадков древнее 2,5 млн лет и близок к таковому в корах выветривания. В то же время для более молодых осадков изотопный состав стронция в большей мере определяется составом кристаллических сланцев, карбонатных пород слюдянской серии, святоноситов, т.е. пород, вскрытых в результате орогенической деятельности.
Важную информацию по истории Байкальской рифтовой зоны содержат данные по вулканитам. Наиболее детально изучены вулканические образования Южно-Байкальской вулканической области (ЮБВО), приуроченной к зоне сочленения горных систем Восточного Саяна, Хамар-Дабана и Восточного Сангилена. Морфология лавовых излияний и появление лавовых рек вместо мелких вулканических депрессий более раннего возраста говорит об образовании 3 млн лет тому назад крупного горного сооружения.
В осадочных записях оз. Байкал можно получить возрастные данные по активизации орогенических процессов и вулканизма в его горном окружении. Свидетельством этих процессов может быть содержание в породах ртути. С 1997 года ведется подекадный гидрогеохимический мониторинг байкальского стока в районе пересечения активных Обручевского и Ангарского разломов. Особое внимание уделяется ртути. В 2002-2005 гг. было проведено исследование «ртутного дыхания» разломов БРЗ по серии профилей. Характер временной зависимости концентрации ртути на исследованных станциях мониторинга в целом совпадает для всех станций наблюдения (исток Ангары, падь Крестовая, колодец), что, очевидно, свидетельствует о единой причине, обуславливающей ее вариации. На среднем восьмилетнем фоне особенно выделяется неспокойным трендом 1998 год и относительно спокойным ходом — период 2001 (первая половина) — 2004 гг.
Аномальный период 1998 — начало 1999 года хорошо сопоставляется с роевой последовательностью землетрясений февраля-марта 1999 года. Повышенные значения концентрации ртути стали фиксироваться одновременно с сейсмическим затишьем, начавшимся после форшокового события 13.01.98 г. Высокий уровень концентрации ртути держался до момента активизации роевой последовательности 9.02.1999 г., когда в районе истока были зафиксированы максимальные всплески концентрации ртути. Таким образом, есть серьезные основания связывать аномальные вариации содержания ртути в воде истока р. Ангары с современной тектонической активностью Байкальской рифтовой зоны.
Вполне возможно, что повышение ртути в осадках связано не только с увеличением активности вулканической деятельности, но и активизацией тектонических процессов, в частности, орогенических движений. Можно полагать, что около 4 млн лет назад начался процесс интенсивного роста гор, формирование которых связано с коллизией Индостанской и Евразиатской литосферных плит, а также с действием мантийных плюмов.
Все это позволяет представить этапы развития Байкальской рифтовой зоны следующим образом. В формировании Байкальской рифтовой области выделяются две основные стадии: протобайкальская и необайкальская. С протобайкальской стадией связано формирование углистой молассы, среди отложений которой большое место занимают лагунные и болотные фации, что указывает на существование в то время равнинного, слабопересеченного рельефа и существенного развития кор выветривания. Необайкальская стадия, начавшаяся примерно 4 млн лет тому назад, характеризуется красноцветной формацией, которая формировалась в условиях сильнопересеченного горного рельефа, а в поздний (современный) этап стадии широкое развитие получили ледниковые образования.
Таким образом, 4 млн лет тому назад произошло катастрофическое событие в Прибайкалье — начался рост молодых гор, что привело к резкому изменению рельефа: вместо плоского, равнинного появились горы, изменился тип формирующихся геологических формаций. Развитие данного этапа стадии привело к появлению первых горных ледников 2,8-2,5 млн лет тому назад. Смена ледниковых и межледниковых периодов в Байкальском регионе проходила и происходит согласно циклам Миланковича.
В раннюю протобайкальскую стадию отличное развитие, по сравнению со всей территорией, получили Южно-Байкальская и Центрально-Байкальская впадины, которые могли характеризоваться более быстрым прогибанием, в них формировались крупные глубокие озера. Это подтверждается данными глубоководного бурения. Разрез скважины BDP-98 на Академическом хребте говорит о существовании здесь глубокого озера, начиная с 5-6 млн лет тому назад. Очевидно, активный рост гор начался около 4 млн лет тому назад, а их окончательное формирование закончилось около 3-2,8 млн лет.
Именно интервал времени 2,8-2,5 млн лет характерен резким похолоданием, что фиксируется в резком сокращении количества диатомовых водорослей в осадочном разрезе, а также изменением видового состава диатомей. В этом интервале отмечается и заметное изменение состава растительности, что показывают данные палинологических исследований.
Возрастание абсолютных высот горного обрамления Байкала и похолодание привели к господству в его бассейне после 2,8 млн л.н. темнохвойных лесов, холодных степей, моховых болот. В составе лесной растительности начинает активно распространяться лиственница, индицируя наступление холодного, континентального климата, понижение общего атмосферного увлажнения. Второй холодный эпизод (1,75-1,45 млн лет) байкальской записи совпадает с другим глобальным похолоданием, отмечаемом во многих регионах северного полушария на границе плиоцена и плейстоцена, и соответствует холодному эбурону Западной Европы. Важно подчеркнуть, что с этого времени происходит чередование ледниковых и межледниковых периодов согласно циклам Миланковича, т.е. согласно положению Земли на орбите. Основными причинами, обусловившими изменение состава флоры и облика ландшафтов, стали постепенно прогрессирующее похолодание климата в третичное время и его резкие колебания в четвертичном периоде, взаимодействие климатических и тектонических факторов. По сути, выделяются три катастрофических для растительности региона события: 2,8 млн лет назад, когда из состава флоры произошло массовое выпадение широколиственных таксонов; 1,78 млн л.н., после которого в регионе началась массовая инвазия лиственницы в условиях наступления резко континентального и холодного климата; и около 0,78 млн л.н., когда в регионе появился кедровый стланик, что могло индицировать эпоху развития мощной многолетней мерзлоты в ледниковые периоды.
Ледниковые и межледниковые циклы оказывают огромное влияние на изменения и водной биоты оз. Байкал. Рубежи вымирания большинства диатомовых видов в озере совпадают с границами начала ледниковых периодов, характеризуя значительные (катастрофические) экологические изменения в Байкале.
Таким образом, функционирование экосистемы Байкала и его бассейна связано с климатическими изменениями, что нашло четкое выражение в изменении минералогического, химического, литологического, органического составов отложений озера. Можно констатировать, что примерно до кульминации первого сильного похолодания плиоцена (2,7 млн л.н.) в изменении климата Земли важная роль принадлежала вариациям орбитальных параметров, а именно, изменениям в наклоне земной оси и прецессии земной орбиты (42- и 23-17-тысячелетние ритмы). В позднем плиоцене, 2,5-1,7 млн л.н., климатические изменения также были обусловлены орбитальными параметрами, но большей частью уже изменением прецессии. А после 1,3 млн л.н. климат Земли следовал изменению эксцентриситета земной орбиты с ритмом в 100 тысяч лет.
Анализ комплекса геолого-стратиграфических данных показал, что на катастрофические изменения природной среды бассейна озера на рубеже 2,7-2,5 млн лет назад оказывала влияние совокупность глубоких тектонических (регионального и материкового масштаба) и климатических (глобального масштаба) изменений.
Таким образом, отмечаются катастрофические изменения среды обитания водных систем, а также сообществ растительности, т.е. всей окружающей среды, связанные с переходом от ледниковых к межледниковым периодам и наоборот.
Однако существуют изменения окружающей среды и климата на планете, которые могут происходить внутри периодов. Они не связаны ни с астрономическими (циклы Миланковича), ни с геологическими процессами, а определяются периодическими катастрофическими выбросами армад айсбергов в Северную Атлантику. События «Хайнрик» (как теперь называют эти выбросы) были связаны со значительными похолоданиями в бассейне Северной Атлантики и резкими снижениями продуктивности морского планктона. Было также показано, что события «Хайнрик» способны оказать значительное влияние на циркуляцию Мирового океана и, следовательно, на климат за счет резкого замедления формирования северо-атлантических глубинных вод в результате катастрофического сброса огромного объема пресных вод в поверхностный слой Северной Атлантики.
События «Хайнрик» и связанные с ними циклы Бонда широко проявляются также и в Байкальском регионе. Снижение содержания диатомовых на байкальских «хайнрик-интервалах» свидетельствует о том, что изменения режима стока в Байкал сопровождались региональными похолоданиями.
Таким образом, изучение осадочных разрезов глубоководных скважин из озера Байкал, а также малых озер в Байкальском регионе, позволяют реконструировать историю природных катастроф прошлого, связанных с геолого-тектоническими, вулканическими и климатическими причинами, которые имеют огромное влияние на изменения природной среды и климата. Одни из рассмотренных нами событий охватывают огромные части нашей планеты, другие проявляются локально, только в отдельных регионах. Ряд изменений природной среды имеют уже установленные цикличности, и мы можем их прогнозировать. Для других закономерность их проявлений не установлена. В то же время изучение осадочных разрезов с Байкала, а также других водоемов Байкальского региона показывает, что имеются хорошие показатели изменения окружающей среды прошлого. Возможность их точной возрастной оценки может позволить в дальнейшем точно установить их цикличность и разработать способы прогнозирования.
стр. 5
|
