Методы восстановления климатов прошлого.

Показателями теплого и влажного климата служат: высокая степень выветрелости континентальных отложений и глубокое их химическое разложение; образование красноцветной коры выветривания; ископаемые почвы (красноцветы, желтоземы, красноземы); преобладание биогенного карбонатонакопления перед хемогенным в водоемах; месторождения бокситов, каолинов, каменных углей.

Признаками холодного климата являются: малая мощность коры выветривания; слабая степень химического разложения отложений; присутствие ледниковых и водно-ледниковых отложений.

О засушливом (аридном) климате свидетельствуют: известковистость всех континентальных фаций; преобладание в водоемах хемогенного карбонатонакопления; континентальное и лагунное соленакопление; широкое развитие эоловых фаций; пестроцветность.

Сезонная слоистость фаций (ленточные глины, соленосные толщи) позволяет судить о наличии и характере климатических сезонов.

Качественную оценку палеоклиматов дают остатки растений и животных. Среди них есть очень четкие индикаторы. Например, вечнозеленые растения, кораллы. Важным является видовой состав растений и животных. Чем хуже условия (холодный климат), тем беднее видовой состав. Аналогичная зависимость характерна и для морских организмов: у берегов Индонезии обитает 40 000 видов морских животных, в Средиземном море их более 6 000, а в высоких широтах – около 400 видов.

Количественную характеристику древних климатов получают по изотопному составу ископаемых организмов. Метод разработан американским ученым лауреатом Нобелевской премии Г. Юри. В скелетах живых организмов накапливаются изотопы ¹⁸О и ¹⁶О. Их соотношение в организмах меняется в зависимости от температуры окружающей среды. Соотношение ¹⁸О/¹⁶О позволяет получать количественные показатели палеоклиматов, судить о простирании климатических зон и о сезонных колебаниях. Так, изотопный метод показал, что в плейстоцене поверхностные воды Тихого океана на экваторе имели температуру на 6ºС ниже современной.

Особенно хорошие показатели климатов прошлого дает сопряженный метод исследования – спорово-пыльцевой, диатомовый, изотопный и ядерной хронологии.

Методы изучения древних ландшафтов.Древние ландшафты характеризуются особенностями геомы и биоты. О геоме мы уже упоминали, а что касается палеобиот, то восстанавливаются они с помощью палеоботанических и палеозоологических методов. Решаются следующие задачи:

1) определяется систематический состав флоры и фауны;

2) прослеживается эволюция флоры, фауны и физико-географических условий;

3) исследуются палеобиогеоценозы и их распространение;

4) проводятся палеоэкологические исследования, т. е. реконструкция жизнедеятельности организмов.

Палинологический (спорово-пыльцевой) анализ дает возможность реконструировать растительность прошлых эпох. Анализ выполняется более чем в 150 лабораториях в России и около 20 специалистами в Беларуси. Объектами изучения метода являются зерна цветочной пыльцы и спор наземных растений. Развиваясь в огромных количествах в тычинках и спорангиях (1 экземпляр щавеля продуцирует около 400 млн пыльцевых зерен), пыльца и споры высыпаются наружу и рассеиваются на обширной площади в виде пыльцевого дождя. Попадая в почву или водоемы, пыльца и споры захороняются. Их оболочка, состоящая из пробкоподобной целлюлозы и спорополленина, прочная и стойкая, что дает им возможность сохраняться очень длительное время.

Палеокарпологический анализ (изучение плодов, семян и шишек) хорошо характеризует палеофлору.

Ботанический анализ торфяников (погребенных и современных) дает возможность определить состав растений и тип торфонакопления.

Дополнительные сведения о флоре и условиях ее обитания получают другими видами анализов.

— С помощью органографического анализа исследуют отпечатки растений и их морфологию.

— Палеоксилологический анализ дает возможность изучить структуры ископаемой древесины.

— Дендрохронологический анализ применяют при изучении годичных колец и климатических сезонов.

— Диатомовый анализ позволяет изучить флору водной среды – диатомовые водоросли.

— Флорогенетический анализ используется при изучении современной флоры и определении возраста ее элементов.

— Ареалогический анализ (анализ современных ареалов) дает возможность получить информацию об их размещении, целостности и т. д.

Палеозоологические методы, как и палеоботанические, изучают отдельные группы животных, так как они характеризуют разные ландшафты и имеют разную морфологию. Кроме того, в истории Земли разные группы животных играли главные роли, поэтому они имеют свою специфику и в палеогеографии имеют собственное значение. Структура палеозоологических методов была дана выше.

С помощью палеоонтологических материалов можно получить палеоклиматические характеристики – температуру января, июля, среднегодовую, годовое количество атмосферных осадков. С помощью ареалогического метода, разработанного Иверсеном (Iversen, 1944), можно найти для каждой точки современного ареала растения и животного климатические характеристики и построить климатограммы парной корреляции для нескольких видов, которые в настоящее время редко встречаются между собой. Площадь на графике, где пересекаются все ареалы, и должна характеризовать климатические показатели прошлого той территории, где был найден подобный состав растений или животных.

Математическим методом были рассчитаны зависимости между климатическими характеристиками и структурой современных спорово-пыльцевых спектров в различных условиях. Например, для ландшафтов степей и полупустынь:

1. Средняя годовая температура = 18, 67 – (0,11 TR + 0,02 SP + 0,001 Chen).

2. Средняя температура июля = 15,8 + 0,09 TR + 0,26 Eph + 0,002 Chen + 0,013 Art + 0,065 Wodn.

3. Средняя температура января = (2,5 средняя годовая температура + 0,023 Chen + 0,13 Brya) – (20,61 + 0, 11 TR).

4. Годовая сумма осадков = 989,6 + 2,17 Pin – (8,92 Gram + 7,9 Chen + 10,9 Art + 16,11 Wodn),

где: TR – общее количество пыльцы (травянистых растений), Art – (полыней), Chen – (мариевых), Eph – (эфедры), Wodn – (водных), Pin – (сосны), Gram – (злаков), SP – (спор), Brya – (спор зеленых мхов).

Методы определения абсолютного возраста.Возраст отложений определяется по содержанию радиоактивных элементов и продуктов их распада. Во многих минералах есть радиоактивные изотопы, которые используются для датирования. Среди многих методов наиболее часто используются следующие:

1) гелиевый метод, свинцово-изотопный, где используется процесс распада урана и тория:

²³⁸U ® 8 He + ²⁰⁶Pb

²³⁵U ® 7 He + ²⁰⁷Pb

²³² Th ® 6 He + ²⁰⁸Pb;

2) калий-аргоновый:

⁴⁰K + e ® ⁴⁰ Ar;

3) рубидиево-стронциевый:

⁸⁷Rb ® b + ⁸⁷ Sr;

4) самарий-неодимовый:

¹⁴⁷ Sm ® a + ¹⁴³ Nd;

5) рений-осмиевый:

¹⁸⁷ Re ® b + ¹⁸⁷ Os;

6) радиоуглеродный:

¹⁴ C ® b + ¹⁴ N;

7) термолюминисцентный: аккумуляция энергии радиационного поля минералами.

Наиболее древние породы Земли – комплекс метаморфических и интрузивных пород района Исуа в Западной Гренландии. По данным рубидиево-стронциевого и свинцово-изотопного методов их возраст 3,8 млрд лет. Возраст метеоритов при этом составляет 4,5–4,6 млрд лет. Земля, соответственно, не может быть моложе этой цифры, т. к. произошла из метеоритный пыли.

Академик Ферсман А. Е. отметил: «...смерть атома человек сумел превратить в орудие познания мира и сделать из нее эталон времени».

Палеомагнитный методизучает остаточную намагниченность минералов, которая дает сведения о древнем магнитном поле (направление, напряженности) и об условиях, в которых происходило формирование горных пород.

Антропологический и археологический методыреконструируют особенности развития человека, хозяйственной деятельности и формирования антропогенных ландшафтов.

Исторические методы применяются в экономико-географических исследованиях и при историко-географических реконструкциях.