научная статья по теме ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ АНТАРКТИКИ В ГЕОЛОГИЧЕСКОМ ПРОШЛОМ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ АНТАРКТИКИ В ГЕОЛОГИЧЕСКОМ ПРОШЛОМ»

Лёд и Снег • 2014 • № 4 {128)

Шлеогляциодогия

УДК 551.583.7{292.3:211.6)

Изменения климата и природной среды Антарктики в геологическом прошлом

© 2014 г. Г.Л. Лейченков

Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана имени академика И.С. Грамберга, Санкт-Петербург german_l@mail.ru

Environmental and climate changes in Antarctica in the Geological Past

G.L. Leitchenkov

Institute of Geology and Mineral Resources of the World Ocean, Sankt-Petersburg

Статья принята к печати 29 апреля 2014 г.

Антарктида, геолого-геофизические данные, изменение климата, ледниковый покров, природная среда.

Antarctica, climate change, environment, geological and geophysical data, ice sheet.

Даётся обзор изменений климата и природной среды Антарктики в кайнозое с более подробной информацией о гляциальной истории Южного континента. Покровное оледенение в Антарктиде началось около 34 млн лет назад. Предполагается, что в последующие 20 млн лет объём ледникового покрова существенно изменялся (от 50 до 130% по сравнению с современным) и только около 14 млн л.н. стал относительно устойчивым. Общие представления об эволюции антарктического оледенения основаны, главным образом, на данных об эвстатических колебаниях уровня Мирового океана и вариациях изотопного состава кислорода в раковинах фораминифер. В последние годы важная информация получена также при геологических и геофизических исследованиях на материке и в окружающих его морях.

This paper reviews environmental and climate changes in Antarctica during the Late Cretaceous and Cenozoic time focusing in more details on glacial history of this region. General notion of Antarctic glaciation is based mostly on data about sea level changes and Deep-sea oxygen isotope records but last years important information came also from geological and geophysical data collected on the Antarctic Continent and in the Southern Ocean.

Введение

Представления об изменении природной среды Антарктики и эволюции оледенения базируются на материалах об эвстатических колебаниях уровня Мирового океана и изотопном составе кислорода в раковинах бентосных фораминифер, который, в свою очередь, зависит от средней температуры поверхностных вод океана и объёма льда на Земле. Интересная информация получена также в последнее время в результате геологических и геофизических (радиолокационных, маг-нито- и гравиметрических, сейсмических) исследований на материке и в окружающих его морях. Геологические наблюдения дают прямую информацию об изменении краевых частей ледников (т.е. насколько далеко ледники отступали в глубь континента и наступали на шельфы в периоды гляциальных минимумов и максимумов), но возможности таких наблюдений ограничены из-за малой площади обнажённых участков материка и возможностей опробования (бурения) морского дна на антарктическом шельфе.

Из дистанционных геофизических методов большое значение имеют профильные радиолокационные наблюдения, позволяющие изучать

морфологию коренного ложа и характер его эрозии. В 2013 г. в рамках международного проекта ВЕБМАР-2 [12] при участии российских специалистов была издана новая карта подлёдного рельефа, существенно улучшающая наши представления о подлёдной среде (рис. 1). Анализ этой карты позволяет более уверенно подтвердить существующую точку зрения, что наиболее динамичным в прошлом был ледниковый покров Земли Уилкса, для которого характерны многочисленные протяжённые экзарационные депрессии коренного ложа. На значительном удалении от побережья обнаружены узкие линейные долины, которые интерпретируются как палео-фьорды (см. рис. 1; район между 70—73° ю.ш. и 110—120° в.д.). Их положение позволяет реконструировать положение края ледникового покрова в период позднекайнозойских оледенений.

Динамика Антарктического ледникового покрова в основном определяется условиями на подошве ледника (наличие или отсутствие таяния), морфологией коренного ложа и составом пород, слагающих его. Именно детальное картирование подлёдного рельефа и изучение геологического строения Антарктиды позволяют лучше понять

_Q1

Рис. 1. Подлёдный рельеф Антарктиды [11]:

1 - залив Прюдс; 2 - ледник Ламберта; 3 - горы Принс-Чарльз; 4 - подлёдные горы Гамбурцева; 5 - о. Александра I; 6 -о. Кинг-Джордж

Fig. 1. Subglacial topography ofAntarctica [11]:

1 - Prydz Bay; 2 - Lambert Glacier; 3 - Prince-Charles Mountains; 4 - Gamburtsev Subglacial Mountains; 5 - Alexander I Island; 6 -King George Island

эволюцию оледенения в геологическом прошлом и оценить его поведение в ближайшем будущем под влиянием возможного существенного потепления, вызванного антропогенным воздействием. Интерпретация геофизических данных показывает, что ббльшая часть коренного ложа Восточной Антарктиды сложена прочными и трудно эродируемыми кристаллическими породами главным образом гранитоидного состава (область на карте подлёдного рельефа, расположенная преимущественно выше уровня моря; см. рис. 1). Вместе с тем на значительной площади — от западной части Земли Королевы Мод до Земли Уилкса — лёд подстилается платформенным чехлом палеозойско-мезозойского возраста (область на карте подлёдного рельеф, расположенная преимущественно ниже уровня моря; см. рис. 1). Осадочные породы чехла в большей степени подвержены разрушению, чем

кристаллические породы, а образующаяся под ледниковым покровом морена (во многих случаях во-донасыщенная) способствует повышению скорости базального течения льда. Несмотря на то, что основная часть Антарктического материка находится подо льдом, исследования двух последних десятилетий дают достаточно обширную информацию об эволюции климата и природной среды Антарктики в геологическом прошлом.

Изменения климата и природной среды Антарктики (по данным геологических и изотопно-геохимических исследований)

О климате и природной среде Антарктики в далёком геологическом прошлом (до мелового периода) существуют лишь самые общие соображения. В позднем палеозое Восточная Антарктида уже находилась в субполярных и полярных ши-

ротах и ббльшая её часть, вероятно, была покрыта льдом. Этот вывод основан на находках ледниковых осадков (тиллитов) в Трансантарктических горах и горах Элсуэрта [9].

Юрское и меловое время характеризуется развитием в Антарктике влажного субтропического и тропического климата, вызванного общим глобальным потеплением. В начале мелового периода Антарктида уже полностью находилась за Южным полярным кругом, однако субтропическая растительность колонизировала только районы, находящиеся в очень высоких широтах [10]. Так, на о. Александра I в Западной Антарктиде, расположенном примерно на 70° ю.ш. (см. рис. 1), средние летние температуры в период мелового термального максимума (100—85 млн л.н.) составляли около 20 °С, а зимние не опускались ниже 0 °С [10].

Данные бурения на шельфе залива Прюдс (см. рис. 1) показывают, что в этой части Антарктики среднегодовая температура и влажность были относительно высокими в апте (125—120 млн лет) и умеренными — в туроне (около 90 млн лет) [28]. При геологических исследованиях и изучении изотопного состава кислорода в раковинах ми-крофоссилий следов оледенений в меловое время не обнаружено, однако резкие краткосрочные (< 1 млн лет) и значительные по амплитуде (> 25 м) эвстатические колебания уровня Мирового океана могут свидетельствовать о возникновении и разрушении ледниковых куполов в полярных регионах [20]. К концу мела в Антарктике, как и на планете в целом, среднегодовые температуры снижались [27], однако в палеоцене — раннем эоцене тёплый климат снова вернулся в высокие южные широты (рис. 2) [10]. Для позднего палеоцена среднегодовые температуры в Западной Антарктике (на семидесятой широте) оцениваются в 13—14 °С (предполагается сезонный климат с летними температурами около 28 °С и зимними 0—5 °С), а среднегодовое количество осадков — в 2100 мм [10].

Начиная с раннего эоцена (после 51 млн л.н.) отмечается устойчивый тренд планетарного похолодания, который продолжается до настоящего времени (см. рис. 2). К среднему эоцену климат в Западной Антарктике стал более прохладным и менее влажным: среднегодовые температуры равнялись 9—11 °С, а количество выпадавших осадков достигало 1500 мм. В зимнее время температура опускалась ниже 0 °С [10]. Существуют косвенные, но достаточно убедительные подтверждения, что во второй половине эоцена (45—43 млн л.н.) в центральной части Восточной Антарктиды фор-

мировались ледниковые купола, быстро изменявшиеся в объёме. На это указывают: 1) значительное (около 75 м) падение уровня Мирового океана около 42 млн л.н. (см. рис. 2) [21]; 2) глобальное понижение температур 42, 39 и 36 млн л.н. (выявленное на основе данных по изменению концентраций б18О в раковинах фораминифер [31]; 3) уменьшение концентрации СО2 (парникового газа) в атмосфере, что могло способствовать общему похолоданию (см. рис. 2) [23, 24]; 4) снижение температуры донных вод (определяемой по соотношению стабильных изотопов Mg и Ca) в тропической части Тихого океана [31].

В конце эоцена в прибрежных районах Антарктиды стало развиваться горное оледенение. Тил-литы мощностью 65 м с возрастом 45—41 млн лет обнаружены на о. Кинг-Джордж (~62° ю.ш.) [5]. На основании микротекстурного анализа зёрен кварца в позднеэоценовых флювиальных отложениях шельфа залива Прюдс сделан вывод о существовании ледников в горах Принс-Чарльз [30]. На самом шельфе залива Прюдс в среднем и позднем эоцене существовала прибрежная равнина с развитой речной системой, покрытая низкора-стущим кустарником. Этот кустарник в видовом отношении схож с угнетённой растительностью Патагонии и Тасмании, которая характерна для прохладного климата [19]. Результаты изучения глинистых минералов в скважинах, вскрывших позднеэоценовые осадки в южной части моря Росса, указывают на наличие выводных ледников, стекающих с Трансантарктических гор [7].

На границе эоцена и олигоцена (около 34 млн л.н.) произошло резкое похолодание, которое привело к образованию Антарктического ледникового покрова континентального масштаба (см. рис. 2) [33]. О существенном р

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком