Геологиялық деректерге негізделген ежелгі климаттың сипаттамалары
Жер климаты ешқашан шынымен «статикалық» болған емес. Адамдар пайда болғанға дейін көп уақыт бұрын планета қатты ыстық, ұзақ мұз дәуірлері, жауын-шашынның өзгермелі режимдері, атмосфера құрамының өзгеруі және тіпті теңіз деңгейінің ауытқу кезеңдерінен өтті. Ежелгі заманнан термометр жазбалары болмағандықтан, ғалымдар өткен кезде климаттың қандай болғанын қалпына келтіру үшін геологиялық деректерге сүйенеді. Бұл деректер белгілі бір қоршаған орта жағдайларында пайда болған тау жыныстарында, қазбаларда, минералдарда және химиялық құрамдарда із ретінде сақталған. Осыдан біз ежелгі климаттың сипаттамаларын – Жер бір кездері «жылыжай» болған ба, құрлықтарды қанша мұз жауып тұрғанын және миллиондаған жылдар бойы климаттық циклдардың қалай болғанын түсіне аламыз.
1. Геологиялық деректер өткен климаттардың «мұрағаты» ретінде
Шөгінді жыныстар, мұз өзектері (жас кезеңдер үшін) және минералдардағы химиялық жазбалар мұрағат сияқты қызмет етеді. Негізгі қағида қарапайым: климаттық жағдайлар геологиялық процестерге, мысалы, ауа райының өзгеруіне, эрозияға, шөгінділердің түріне және онда тіршілік еткен организмдерге әсер етеді. Егер біз белгілі бір шөгінді түрлерін немесе химиялық заңдылықтарды тапсақ, температура, жауын-шашын, мұхиттың тұздылығы және тіпті көмірқышқыл газының деңгейі сияқты жағдайларды түсіндіре аламыз.
Ежелгі климаттық қайта құрулар әдетте сенімді нәтижелерге қол жеткізу үшін бірнеше индикаторларды (проксилерді) біріктіреді. Себебі бір индикаторға климаттан басқа факторлар әсер етуі мүмкін. Мысалы, шөл құмының шөгінділері құрғақ климатты көрсетеді, бірақ түсіндірмені растау үшін оларды әлі де қазба қалдықтарымен, минералдармен және изотоптармен салыстыру қажет.
2. Шөгінді индикаторлары: шөгінді ортасының іздері
Ежелгі климат туралы ақпараттың ең айқын көздерінің бірі шөгінді тау жыныстарының түрлері мен құрылымдарынан келеді.
– Буландырғыштар (гипс, галит): Теңіз немесе көл суының булануы жоғары болған кезде пайда болады, бұл тұздардың тұнбаға түсуіне әкеледі. Бұл ыстық, құрғақ климатты және су балансының теріс екенін көрсетеді (булану қордан асып түседі).
– Көмір: Органикалық заттарға бай батпақтарда өсімдіктердің жиналуынан пайда болады, әдетте биомассаның жоғары өндірілуі және ыдырауы шектеулі ылғалды жағдайларда. Белгілі бір уақыт аралығында көмірдің көптігі батпақты ортаның кең және салыстырмалы түрде ылғалды климаты бар кезеңді көрсетеді.
– Эол шөгінділері (құм төбелі құмтас): Әдеттегі көлденең қабатты құрылымдар және жақсы сұрыпталған құм түйіршіктері желдің шөгуін көрсетеді, бұл әдетте шөл және құрғақ жағдайлармен байланысты.
– Тиллит және тамшы тас: Тиллит – қатқан мұздық шөгіндісі; тамшы тас – мұз қайраңынан теңіз түбіне «құлаған» үлкен тау жынысы. Екеуі де мұздықтардың немесе теңіз мұзының бар екенін көрсетеді, осылайша суық климатты көрсетеді.
Бұл шөгінділердің кеңістік пен уақыт бойынша таралуына сүйене отырып, ғалымдар ежелгі климаттық белдеулерді, мысалы, белгілі бір ендіктердегі шөл аймақтарын немесе құрлықтардағы мұздықтардың таралуын картаға түсіре алады.
3. Қазба қалдықтары: температура мен ылғалдылықтың биологиялық детерминанттары
Тірі организмдердің температураға, тұздылыққа және судың қолжетімділігіне төзімділігі шектеулі. Сондықтан қазба қалдықтары климаттық индикаторлар ретінде өте пайдалы.
– Өсімдіктердің қазба қалдықтары (тозаң, споралар, жапырақтар): Жапырақтың пішіні климат туралы ақпарат бере алады. Тегіс шеттері бар жапырақтар суық климатта жиі кездеседі, ал тісті жапырақтар суық немесе қоңыржай климатта жиі кездеседі. Тозаңның әртүрлілігі өсімдік түрін де көрсете алады (тропикалық ормандар, саванна, тундра).
– Фораминифералар және теңіз планктондары: Белгілі бір түрлердің көптігі теңіз бетінің температурасын көрсетеді. Бұл микробтық қауымдастықтар су жағдайларына байланысты өзгереді.
– Қазба маржан рифтері: Маржандар әдетте жылы, таяз және мөлдір суды қажет етеді. Ежелгі маржан рифтері тропикалық мұхиттардың индикаторы бола алады және салыстырмалы түрде тұрақты.
Құрлықтағы және теңіздегі қазбаларды біріктіре отырып, біз белгілі бір кезеңнің жаһандық жылы климат басым болғанын немесе тропикалық экожүйелерге қысым жасаған суық кезең болғанын болжай аламыз.
4. Тұрақты изотоптар: өткеннің химиялық «термометрлері»
Палеоклиматологиядағы ең қуатты құралдардың бірі - тұрақты изотоптарды талдау, әсіресе теңіз карбонаттарының (организмдердің қабықшалары) және мұздың.
– Оттегі изотоптары (δ¹⁸O): Теңіз карбонаттарындағы оттегі изотоптарының қатынасы екі негізгі нәрсені көрсете алады: карбонаттар пайда болған су температурасы және жаһандық мұз көлемі. Жоғары δ¹⁸O мәндері көбінесе суық жағдайлармен және/немесе мұздың көптігімен байланысты (өйткені жеңіл изотоптар мұзда көбірек ұсталады).
– Көміртек изотоптары (δ¹³C): Көміртек циклін, биологиялық өнімділікті және жанартау атқылауынан немесе метаннан көміртектің бөлінуі сияқты негізгі өзгерістерді сипаттаңыз. δ¹³C күрт ауытқулары климаттың күрт өзгеруін, соның ішінде тез жылынуды білдіруі мүмкін.
Қабатталған теңіз шөгінділеріндегі изотоптар мыңдаған жылдардан миллиондаған жылдарға дейінгі климаттың өзгеруін жақсы ажыратымдылықпен қалпына келтіруге мүмкіндік береді.
5. Минералдар және үгілу: құрлықтағы жауын-шашын мен температураның көрсеткіштері
Үгітілген минералдардың түрі климаттық жағдайларды көрсете алады.
– Латерит және боксит: Әдетте, ылғалды тропикалық климатта жауын-шашын көп және температурасы жылы жерлерде қарқынды үгілу нәтижесінде пайда болады. Бұл басым химиялық процестер мен элементтердің күшті шайылуының белгісі.
– Калькрет (топырақ карбонат шөгінділері): жартылай құрғақ немесе құрғақ ортадағы топырақтарда булану топырақ профилінде карбонаттардың шөгуіне ықпал еткенде пайда болады.
– Палеозоль (ежелгі топырақ): Қазбаға айналған топырақ қабаты өсімдіктер, дренаж және климат туралы ақпаратты сақтайды. Тамыр құрылымы, карбонатты түйіндер және тіпті химиялық құрамы орташа жауын-шашын мөлшерін анықтауға көмектеседі.
Бұл деректер маңызды, себебі ол теңіз шөгінділерінде әрқашан тікелей көрсетілмейтін құрлық жағдайларын тіркейді.
6. Теңіз деңгейі және мұздықтардың таралуы: жаһандық климаттық сигналдар
Әлемдік климаттың өзгеруі көбінесе теңіз деңгейінің өзгеруімен қатар жүреді. Климат салқындаған сайын және континенттік мұз кеңейген сайын теңіз суы мұзға айналып, теңіз деңгейінің төмендеуіне әкеледі. Керісінше, жылыну кезінде мұз еріп, теңіз деңгейі көтеріледі. Геологиялық жазбаларда бұл өзгерістер келесідей көрінеді:
– Трангрессия (теңіздің құрлыққа қарай жылжуы) және регрессия (теңіздің шегінуі)
– Шөгінді фациялардың тереңнен таяз теңізге ауысуы (немесе керісінше)
– Теңіз деңгейінің төмендеуіне байланысты шөгінділердің тоқтап қалуын көрсететін сәйкессіздік
Мұздық шөгінділерінің құрлықтар бойынша таралуы «мұз үйінділері» кезеңдерін (мұз көп болатын әлемдер) және «жылыжай» кезеңдерін (мұзсыз дерлік әлемдер) анықтауға көмектеседі.
7. Ежелгі климаттың сипаттамалары: анықталған негізгі заңдылықтар
Біріктірілген геологиялық деректерге сүйене отырып, ежелгі климаттың бірнеше негізгі сипаттамаларын келесідей қорытындылауға болады:
1. Климат «жылыжай» және «мұз үйшігі» күйлері арасында ауытқиды.
Жер тарихында полярлық мұз аз болған өте жылы кезеңдер және кең мұздықтармен өте суық кезеңдер болды. Бұл ығысулар плиталық тектониканың, атмосфера құрамының, мұхит айналымының және альбедо кері байланысының (мұздың жарықты шағылыстыруы) үйлесіміне байланысты болады.
2. Климаттың өзгеруі геологиялық ауқымда тез жүруі мүмкін.
Изотоптық жазбалар ондаған мыңнан жүздеген мың жылдарға дейін болған бірнеше күрт жылыну немесе салқындату оқиғаларын көрсетеді — геологиялық стандарттар бойынша өте жылдам. Мұндай оқиғалар әдетте көміртегі циклінің бұзылуымен немесе мұхит ағындарының өзгеруімен байланысты.
3. Климаттық белдеулер құрлықтардың орналасуына байланысты өзгереді
Континенттер қозғалған сайын, экваторға жақын орналасқан аймақтар жоғары ендіктерге ауысуы мүмкін. Қазіргі уақытта климатына «қолайсыз» жерлерде көмір, буландырғыштар немесе тиллиттер сияқты дәлелдер палеогеография мен палеоклиматты анықтауға көмектеседі.
4. Жауын-шашын мөлшері мен жыл мезгілдері жер бедеріне және континент-мұхит құрамына байланысты.
Тау жоталарының көтерілуі муссондық үлгілер мен жаңбыр көлеңкелеріне әсер етті. Палеозоль және өзен шөгінділерінің жазбалары ежелгі климаттың тек жаһандық температурамен ғана емес, сонымен қатар аймақтық конфигурациялармен де анықталғанын көрсетеді.
8. Ежелгі климатты түсіну неліктен маңызды?
Ежелгі климаттық қалпына келтірулер тек өткеннің әңгімелері ғана емес. Геологиялық деректер Жер жүйесінің CO₂ өзгерістеріне, ірі жанартаулық белсенділікке немесе мұхит айналымындағы өзгерістерге қалай әрекет еткені туралы контекст береді. Өткендегі механизмдерді түсіну арқылы біз климатқа сезімталдықты және қоршаған ортаның өзгеруінің ұзақ мерзімді салдарын жақсы бағалай аламыз.
Жабу
Ежелгі климаттың сипаттамаларын Жер бетіне шашыраңқы геологиялық дәлелдер арқылы оқуға болады: құрғақшылықты көрсететін шөл шөгінділері мен буландырулардан бастап, ылғал мен өсімдіктерді тіркейтін көмір мен палеозольдерге дейін, өткеннің «термометрлері» ретінде әрекет ететін тұрақты изотоптарға дейін. Осының бәрі Жер климатының атмосфера құрамының өзгеруіне, континенттік дрейфке және ішкі кері байланыстарға сезімтал динамикалық жүйе екенін көрсетеді. Геологиялық мұрағатты мұқият түсіндіру арқылы біз Жердің климаттық траекториясының айқын көрінісін және қазіргі және болашақ климаттың өзгеруін түсіну үшін құнды сабақтарды аламыз.
Қаласаңыз, мен нақты кезеңдердің мысалдарын (мысалы, төрттік мұз дәуірі, бор дәуірінің «супер жылыжайы» немесе «қарлы жер») және әр кезеңде пайдаланылған геологиялық деректер түрлерін талқылайтын арнайы бөлім қоса аламын.
