Эоцен

Название «эоцен» было предложено шотландским геологом Чарлзом Лайелем в 1833 году. В 1855 году из состава эоцена выделили олигоцен, а в 1874 — палеоцен^[7].

Эоценовую эпоху делят на 4 века^[4]:

• ипрский (56,0—47,8 млн лет назад);
• лютетский (47,8—41,2 млн лет назад);
• бартонский (41,2—37,71 млн лет назад);
• приабонский (37,71—33,9 млн лет назад).

• Ипрский век начался 56,0 млн лет назад и совпал с палеоцен-эоценовым термическим максимумом — периодом быстрого и интенсивного глобального потепления, которое привело к вымиранию многочисленных бентосных фораминифер. Стратиграфическим маркером нижней границы служит негативная аномалия δ¹³C, связанная с резким ростом концентрации CO₂ в атмосфере. Век завершился 47,8 млн лет назад, его граница маркируется появлением рода фораминифер Hantkenina.

• Лютетский век продолжался с 47,8 до 41,2 млн лет назад. Для отложений этого времени характерно разнообразие морской фауны, включая моллюсков, кораллы и морские ежи. Около 40,4 млн лет назад произошло значительное похолодание климата^[8].

• Бартонский век длился с 41,2 до 37,71 млн лет назад. Его верхняя граница определяется по первому появлению кокколитофориды Chiasmolithus oamaruensis^[9].

• Приабонский век являлся заключительным веком эоценовой эпохи и продолжался с 37,71 до 33,9 млн лет назад. Его окончание ознаменовало глобальное вымирание морской и наземной фауны, связанное с резким похолоданием климата и образованием континентального ледникового щита Антарктиды. В стратиграфии граница эоцена и олигоцена (нижняя граница приабонского века) устанавливается по последнему появлению в ископаемой летописи фораминифер рода Hantkenina^[10].

Третье и последнее крупное разделение суперконтинента Пангеи, произошло в начале кайнозоя, между палеоценом и олигоценом. Континент Лаврентия, представлявший собой соединённые современные Северную Америку и Гренландию, продолжил отделяться от Евразии и таким образом расширялся ещё молодой Атлантический океан. Древний океан Тетис продолжил изолироваться от мирового океана из за сближения Африки и Евразии. В начале эоцена Австралия всё ещё была соединена с Антарктидой, но во время лютетского века Австралия отделилась и более с Антарктидой не сближалась. В итоге Антарктида осталась изолированным континентом и это в итоге приведёт к глобальным последствиям для климата^[11].

В конце эоцена в результате падения метеоритов образовались: кратер Попигай (35,7 ± 0,2 млн л. н.) на севере Восточной Сибири и Чесапикский ударный кратер (35,5 ± 0,3 млн л. н.) на восточном побережье Северной Америки^[12].

Кайнозой был эпохой интенсивного роста горных цепей. Образовались горы системы Тетис, в Евразии появились Альпы, Карпаты, горы Малой Азии, Ирана. Гималаи в Юго-Восточной Азии. Рост горных цепей вызвал интенсивные изменения в регионах, прилегающих к горам. Индийский субконтинент, ранее отделившийся от Гондваны в меловом периоде, двигался по 16 см в год и столкнулся с Евразией в начале эоцена. В итоге начался ещё более активный рост Гималаев, на сегодня эта горная система самая высокая на Земле и до сих пор растёт на 5 см в год. В центре Азии продолжили расти горные системы. Также начали расти Чёрные холмы в Южной Дакоте, Вайоминге и горная система Аппалачей на Восточном побережье Северной Америки^[13][14].

Климат в период эоцена была самым однородным в кайнозое. Разница температур от экватора к полюсам была в два раза меньше, чем сегодня. Глубоководные океанские течения были только тёплыми. Полярные регионы были намного теплее современности, температуры там, где сегодня Арктика и Антарктида, были аналогичны современным температурам на Северо-Западе США. Умеренные леса достигали полюсов, влажный тропический лес достигал 45 градусов северной широты. В начале эоцена Австралия и Антарктида были единым континентом, и холодные и тёплые океанские течения смешивались, поддерживая однородную температуру океана. В целом, большую часть эоцена Земля не имела постоянного снежного покрова и ледников.

Метан и углекислый газ оказывают значительное влияние на температуру Земли. Конец палеоцен-эоценового теплового максимума характеризуется поглощением углекислого газа в виде клатрата метана, образованием углей и сырой нефти на дне Ледовитого океана. В итоге содержание углекислоты в атмосфере снизилось. Содержание углекислоты колебалось от 700—900 ppm до 2000 ppm в периоды активной вулканической деятельности. Современный уровень углекислого газа — 400 ppm.^[15][16][17]

Концентрация метана в современной атмосфере 0,000179 % или 1,79 ppmv. В раннем эоцене метана в атмосферу выбрасывалось в три раза больше^{[18][нет в источнике]}.

Средний и поздний эоцен — это уменьшение углекислого газа в атмосфере из за увеличения продуктивности планктона и захоронения углекислоты в залежах угля и нефти. Массовое развитие азоллы 49 млн лет назад ускорило изъятие углекислоты из атмосферы и дополнительно усилило похолодание. Азолла — это морской папоротник, который активно рос в тёплом климате эоцена. При отмирании листьев они погружались на дно Ледовитого океана и таким образом изымали углекислоту из атмосфер безвозвратно. Углекислота упала до 430 ppm.^[19][20]

При столкновении Индийского субконтинента с Евразией произошли огромные выбросы вулканических газов, углекислый газ в определённые периоды возрастал до 4000 ppm. Затем вплоть до конца эоцена его концентрация снижалась и на рубеже 34 миллионов лет назад углекислоты в атмосфере было 750—800 ppm.^[3]

Одной из уникальных особенностей климата эоцена, как уже упоминалось, был стабильный и однородный климат, существовавший в начале эоцена. Множество проксимальных данных подтверждают, что в этот период климат был более тёплым и стабильным. Некоторые из этих косвенных признаков включают в себя наличие окаменелостей, характерных для тёплого климата, таких как крокодилы, обнаруженные в более высоких широтах^[21],наличие в высоких широтах не переносящей заморозков флоры, такой как пальмы, которые не могут выжить при длительных заморозках^[22], и окаменелости змей, найденные в тропиках, для существования которых требуются гораздо более высокие средние температуры. Измерения TEX₈₆ указывают на чрезвычайно высокие температуры поверхности моря от 40 ° C до 45 ° C в низких широтах,^[23] хотя анализы скопившихся изотопов указывают на максимальную температуру поверхности моря в низких широтах 36,3 ° C ± 1,9 ° C.^[24] По сравнению с современными значениями температура придонной воды составляет 10 ° C. выше в зависимости от изотопных показателей. При таких температурах на дне температура в районах, где вблизи полюсов образуются глубоководные участки, не может быть намного ниже температуры на дне.

Однако при попытке смоделировать эоцен и воспроизвести результаты, полученные с помощью косвенных данных. Используя все возможные диапазоны содержания парниковых газов, которые наблюдались в раннем эоцене, модели не смогли воспроизвести потепление, зафиксированное на полюсах, и снижение сезонности, при котором зимы на полюсах становятся значительно теплее. Модели, точно предсказывающие погоду в тропиках, как правило, показывают значительно более низкие температуры — до 20 °C — на полюсах по сравнению с фактическими данными. Эта ошибка получила название «проблема равновесного климата». Чтобы решить эту проблему, необходимо найти способ согреть полюса, не нагревая при этом тропики. Ниже перечислены некоторые гипотезы и тесты, направленные на поиск такого способа^[25].

Из-за природы воды, в отличие от суши, при наличии большого водоёма наблюдалась бы меньшая изменчивость температуры. В попытке смягчить похолодание полярных температур было предложено использовать большие озера для смягчения сезонных изменений климата. Чтобы воспроизвести этот случай, в Северной Америке было введено озеро и была запущена климатическая модель с использованием различных уровней углекислого газа. В ходе моделирования был сделан вывод о том, что, хотя озеро и снизило сезонность в регионе в большей степени, чем просто за счёт увеличения концентрации углекислого газа, появление большого озера не смогло снизить сезонность до уровня, указанного в данных о флоре и фауне.

Перенос тепла из тропиков к полюсам, подобно тому, как в наше время происходит перенос тепла океаном, считался одной из возможных причин повышения температуры и уменьшения сезонности на полюсах. В связи с повышением температуры поверхности моря и глубинных вод океана в раннем эоцене была выдвинута гипотеза о том, что из-за этого увеличится перенос тепла из тропиков к полюсам. Моделируя эти различия, учёные пришли к выводу, что из-за более низких температурных градиентов перенос тепла происходит медленнее, и им не удалось создать равновесный климат, используя только перенос тепла океаном^[26]

Орбитальные параметры, которые обычно рассматриваются как фактор, влияющий на рост ледяного покрова и сезонность, теоретически могут влиять на температуру и сезонность на континентах. При моделировании эоцена с использованием планеты без ледяного покрова эксцентриситет, наклон оси и прецессия изменялись в разных моделях, чтобы определить все возможные сценарии и их влияние на температуру. В одном конкретном случае на североамериканском континенте зима стала теплее, а лето — прохладнее на 30 %, что привело к снижению сезонных колебаний температуры на 75 %. Хотя орбитальные параметры не привели к потеплению на полюсах, они оказали значительное влияние на сезонность, и их необходимо учитывать.

Другим методом, который рассматривался для повышения температуры в полярных регионах, было использование перламутровых облаков Полярные стратосферные облака — это облака, которые образуются в нижних слоях стратосферы при очень низких температурах. Полярные стратосферные облака оказывают значительное влияние на радиационное воздействие. Благодаря минимальному альбедо и оптической толщине полярные стратосферные облака действуют подобно парниковым газам и задерживают уходящее длинноволновое излучение. В атмосфере встречаются различные типы полярных стратосферных облаков: полярные стратосферные облака, образующиеся в результате взаимодействия с азотной или серной кислотой и водой (тип I), или полярные стратосферные облака, образующиеся только из водяного льда (тип II)

Метан является важным фактором в формировании первичных полярных стратосферных облаков II типа, которые образовались в раннем эоцене. Поскольку водяной пар является единственным поддерживающим веществом в полярных стратосферных облаках II типа, его присутствие в нижней стратосфере необходимо, хотя в большинстве случаев водяной пар в нижней стратосфере встречается редко. При окислении метана выделяется значительное количество водяного пара. Ещё одним условием для формирования полярных стратосферных облаков является низкая температура, обеспечивающая конденсацию и образование облаков. Образование полярных стратосферных облаков, для которого требуются низкие температуры, обычно происходит в ночное время и зимой. При таком сочетании более влажных и холодных условий в нижней части стратосферы полярные стратосферные облака могут образовываться на обширных территориях в полярных регионах.

Чтобы проверить, как полярные стратосферные облака влияют на климат эоцена, были запущены модели, в которых сравнивалось влияние полярных стратосферных облаков на полюсах и увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере. Полярные стратосферные облака оказывали согревающее воздействие на полюса, повышая температуру в зимние месяцы на 20 °C. Из-за присутствия полярных стратосферных облаков в моделях возникало множество обратных связей. Рост льда значительно замедлялся, что приводило к его таянию. Изменение температуры затронуло только полюса, не повлияв на тропики, что при увеличении содержания углекислого газа в атмосфере привело бы к повышению температуры в тропиках. Из-за потепления в тропосфере, вызванного усилением парникового эффекта полярных стратосферных облаков, стратосфера охладится, что потенциально приведёт к увеличению количества полярных стратосферных облаков.

Хотя полярные стратосферные облака могли бы объяснить уменьшение температурного градиента от экватора к полюсу и повышение температур на полюсах в раннем эоцене, существует несколько недостатков в поддержании полярных стратосферных облаков в течение длительного периода времени. Для определения устойчивости полярных стратосферных облаков использовались отдельные прогоны моделей. Было определено, что для поддержания водяного пара в нижних слоях стратосферы необходимо будет постоянно выделять и поддерживать метан. Кроме того, для того чтобы полярное стратосферное облако могло существовать и в конечном счёте расширяться, необходимо большое количество льда и ядер конденсации^[27].

В начале эоцена климат был самым тёплым в кайнозое, однако затем в эоцене началось резкое похолодание и быстрый рост антарктических ледников. Переход от потепления к похолоданию начался 45 млн лет назад. Содержание изотопов углерода и кислорода в атмосфере подтверждают переход к похолоданию. Углекислый газ снизился на 2000 ppm. Причиной этого считают рост азоллы в арктических морях в силу высокой температуры и относительной изолированности арктического бассейна. По мере отмирания растений они не выносились в мировой океан и опускались на дно Арктического океана, изымая углерод из атмосферы безвозвратно.

Охлаждение всей планеты продолжалось до 42 млн лет назад. После этой границы начался климатический оптимум среднего эоцена. Этот период объясняется значительным поступлением метана в атмосферу планеты. Данный процесс связан с тектоническими процессами в регионе Антарктиды и Австралии, начался активный вулканизм. Есть и предположение что углекислый газ и метан поступали от орогенеза в регионе Азии и Индии. Однако потепление было недолгим и окончилось 40 млн лет назад. Охлаждение продолжилось на протяжении всей остальной части эоцена вплоть до перехода в олигоцен. Конец эоцена и начало олигоцена ознаменованы резким ростом площади Антарктического ледяного щита. В силу разрыва перешейка между Антарктидой и Южной Америкой в районе нынешнего пролива Дрейка образовалось Циркумполярное антарктическое течение, окружающее кольцом Антарктиду. Это приводит к тому, что холодная вода из этого региона не попадает в остальной мировой океан и не согревается, таким образом поддерживая низкие температуры. Спорным остаётся момент когда течение окончательно замкнулось в круговое, указываются оценки в 42 и 32 млн лет назад.^[28][29]

Важным событием эоцена было появление многих современных отрядов млекопитающих.

Эоценовая растительность в пластах Кларно-Нат в Национальном памятнике «Пласты окаменелостей Джона Дэя» представляла собой влажные субтропические леса с высоким разнообразием флоры, в которой преобладали покрытосеменные.

Самые древние окаменелости современных^{[уточнить]} млекопитающих появляются в раннем эоцене. В то же время несколько новых групп млекопитающих прибывают в Северную Америку, таких как парнокопытные, непарнокопытные и приматы, с тонкими конечностями и острыми зубами. У приматов уже были конечности, способные хватать добычу пальцами. Все эти новые отряды, как правило, включали мелких млекопитающих, менее 10 килограммов. Судя по размеру зубов, эоценовые млекопитающие были на 60 % меньше, чем палеоценовые, как и те, которые существовали в олигоцене. Эта разница размеров связана с разницей температур: большие животные лучше удерживают тепло, поэтому среди сходных форм гомойотермных животных наиболее крупными являются те, которые живут в более холодном климате (правило Бергмана). К примеру, белые медведи значительно массивнее своих предков — бурых.

Среди ныне вымерших отрядов, именно пантодонтов, диноцерат и эмбритопод, однако, существовали крупные животные, до размеров носорога или несколько крупнее. Развивались и ранние хищники из отряда креодонтов, а также семейств, близких к копытным: мезонихиды, Энтелодонтиды и др. Доживали свой век мезозойские млекопитающие — многобугорчатые. В изолированных Южной Америке и Австралии, а также связанной с ними в то время Антарктиде, существовали очень своеобразные фауны, в которых в той или иной степени более заметную роль, чем на северных материках, играли сумчатые.

Две группы копытных, парнокопытные и непарнокопытные, существовали на нескольких континентах и доминировали в своё время. Другие формы млекопитающих также появились во время эоцена: летучие мыши, грызуны и приматы. В морях появились первые китообразные. Базилозавр — наиболее известный китообразный из эоцена, так же группа китов быстро разделилась на разные виды и в итоге все киты стали полностью водными, хотя до этого часть видов сохраняла смешанный сухопутно-водный образ жизни. Первые сиреновые эволюционировали в эоцене и в итоге от них произошли живущие ныне ламантины и дюгони. У более древних форм млекопитающих количество и разнообразие сократились. Представители этой фауны существовали в Северной Америке, Европе, Патагонии, Египте и Юго-Восточной Азии. Морская фауна лучше всего представлена ​​в Южной Азии и на юго-востоке США.

Были богато представлены различные птицы, в том числе одонтоптериксы и диатримы, из пресмыкающихся — ящерицы, змеи, черепахи и крокодилы, а также некоторые мезозойские реликты — хампсозавры. Часть птиц эоцена имеет явное сходство с нынешними видами. Жили хищные попугаи — Messelasturidae и Halcyornithidae. Обитали крупные нелетающие птицы — гасторнисы и Eleutherornis. Сокол Masillaraptor. Gallinuloides, Songziidae, pseudotooth — Gigantornis, Rhynchaeites. Примитивные стрижи рода Aegialornis и примитивные пингвины Archaeospheniscus и Inkayacu

Эпоха эоцена характеризуется развитием тропической растительности. Климат был влажный и тёплый, леса распространились по всей земле от полюса до полюса. Почти вся поверхность оказалась покрыта лесами, кроме отдельных пустынных зон. На острове Элсмир находящемся в полярной климатической зоне в Арктике найдены окаменелости и остатки листьев широколиственных деревьев — болотный кипарис, секвойя. Окаменелости субтропических и тропических деревьев и растений так же найдены в Гренландии и на Аляске. В раннем эоцене пальмы росли до Аляски и Северной Европы.^[30]

Окаменелости эвкалипта считающиеся самыми ранними по датировке найдены в провинции Чубут, Аргентина, 51,9 млн лет назад. В среднем и позднем эоцене началось охлаждение климата и снижение влажности на планете. Леса стали высыхать и значительно поредели. Однако массового распространения саванн и равнин ещё не было, травянистые луга были сосредоточены вдоль рек и озёр. Климат приобрёл сезонный характер, в итоге листопадные деревья, лучше приспособленные к изменению температур и влажности в течение года, стали вытеснять вечнозелёные леса. К концу эоцена широколиственные леса покрывали большую часть континентов, они росли в Северной Америке, Евразии, Арктике. Тропические леса сохранились в Индии, Австралии, Южной Америке и Африке.^[31][32]

Антарктида, в начале эоцена окаймлённая тёплыми тропическими лесами от умеренных до субтропических, с течением времени стала значительно холоднее; теплолюбивая тропическая флора была уничтожена морозами и к началу олигоцена на континенте появились лиственные леса и обширные участки тундры.

Отложения эпохи эоцена дали начало многим месторождениям нефти, газа, бурого угля.

Листья метасеквойи.