Введение

Эоцен (/ipa/'/iː//ə//s//iː//n//, /'/iː//oʊ// / EEəseen, EEoh) — геологическая эпоха, продолжавшаяся примерно с 56 до 33,9 миллионов лет назад (Ma). Это вторая эпоха палеогенового периода в современной эре кайнозоя. Название «эоцен» происходит от древнегреческих слов ἠώς (ēṓs, «рассвет») и καινός (kainós, «новый») и отражает «рассвет» современной («новой») фауны, появившейся в эту эпоху. Эоцен охватывает период от окончания палеоценовой эпохи до начала олигоценовой эпохи. Начало эоцена характеризуется кратковременным периодом, в течение которого концентрация изотопа углерода 13C в атмосфере была аномально низкой по сравнению с более распространенным изотопом 12C. Средняя температура Земли в начале эоцена составляла около 27 градусов Цельсия. Окончание эпохи связано с крупным вымиранием, известным как Grande Coupure («Великий разрыв») или эоцено-олигоценовое вымирание, которое, возможно, связано с падением одного или нескольких крупных болидов в Сибири и в районе современного Чесапикского залива. Как и в случае с другими геологическими периодами, слои, определяющие начало и конец эпохи, хорошо установлены, хотя их точные датировки остаются несколько неопределенными.

Этимология

Термин "эоцен" происходит от древнегреческого ἠώς (eos), означающего "заря", и καινός (kainos), означающего "новый" или "недавний", поскольку эта эпоха ознаменовала рассвет современной жизни. Шотландский геолог Чарльз Лайелл (не учитывая четвертичный период) разделил третичный период на эоцен, миоцен, плиоцен и новый плиоцен (голоцен) в 1833 году. Британский геолог Джон Филлипс в 1840 году предложил использовать термин "кайнозой" вместо "третичного", а австрийский палеонтолог Мориц Хёрнес в 1853 году ввёл термины "палеоген" для эоцена и "неоген" для миоцена и плиоцена. После десятилетий непоследовательного использования, вновь образованная в 1969 году Международная комиссия по стратиграфии (ICS) стандартизировала стратиграфию, основываясь на преобладающих в Европе взглядах: кайнозойская эра подразделяется на третичную и четвертичную подэры, а третичная – на палеоген и неоген. В 1978 году палеоген был официально определён как палеоценовая, эоценовая и олигоценовая эпохи, а неоген – как миоценовая и плиоценовая эпохи. В 1989 году третичный и четвертичный периоды были исключены из геохронологической шкалы из-за произвольности их границы, но четвертичный период был восстановлен в 2009 году.

Границы

Эоцен – динамичная эпоха, представляющая собой глобальные климатические переходы между двумя климатическими экстремумами, от горячего климата к холодному. Начало эоцена отмечено палеоценовым термическим максимумом – кратковременным периодом интенсивного потепления и закисления океана, вызванным массовым выбросом углерода в атмосферу и океанские системы. Это событие произошло около 55,8 миллионов лет назад и стало одним из наиболее значительных периодов глобальных изменений в кайнозое. Средний эоцен характеризовался переходом к более холодному климату в конце EECO, примерно 47,8 миллионов лет назад, который был ненадолго прерван другим событием потепления, известным как средний климатический оптимум эоцена (MECO). Длившийся около 400 000 лет, MECO стал причиной глобального равномерного потепления на 4–6°C как поверхностных, так и глубоководных слоев океана, что установлено по данным анализа стабильных изотопов кислорода. Возобновление долгосрочной тенденции постепенного охлаждения привело к ледниковому максимуму на границе позднего эоцена и раннего олигоцена. Конец эоцена также ознаменовался эоцено-олигоценовым вымиранием, также известным как Гранде Купюр.

Стратиграфия

Эоцен условно подразделяется на ранний (56–47,8 млн лет назад), средний (47,8–38 млн лет назад) и поздний (38–33,9 млн лет назад) яруса. Соответствующие отложения называются нижним, средним и верхним эоценом. Ипресианский ярус соответствует нижнему, Приабонский – верхнему, а лютецианский и бартонский ярусы объединяются в средний эоцен. Джек Вулф (1968) разделил флору западной Северной Америки эоцена на четыре флористические "стадии", основываясь на изучении окаменелостей группы Пьюджет в округе Кинг, штат Вашингтон. Эти четыре стадии – франклинийская, фултонская, равенская и куммерийская – охватывают ранний эоцен и ранний олигоцен, при этом три из них получили неофициальные ранние/поздние подстадии. Вулф предварительно отнес франклинийскую стадию к раннему эоцену, фултонскую – к среднему эоцену, равенскую – к позднему эоцену, а куммерийскую – к раннему олигоцену. Грегори Реталлак и др. (2004) уточнили начало куммерийской стадии до 40 млн лет назад, а ее конец – границей эоцен-олигоцена, где начинается более молодая ангуонская флористическая стадия.

Палеогеография и тектоника

В эоцене континенты продолжали дрейфовать к своим современным позициям. В начале периода Австралия и Антарктида оставались соединёнными, и тёплые экваториальные течения могли смешиваться с более холодными антарктическими водами, распределяя тепло по планете и поддерживая высокие глобальные температуры. Когда Австралия отделилась от южного континента около 45 млн лет назад, тёплые экваториальные течения были отклонены от Антарктиды. Между двумя континентами образовался изолированный канал с холодной водой. Однако результаты моделирования ставят под сомнение модель тепловой изоляции для объяснения похолодания в позднем эоцене, и снижение уровня углекислого газа в атмосфере могло оказаться более важным фактором. После того, как Антарктида начала охлаждаться, окружающий её океан начал замерзать, направляя холодные воды и ледяные поля на север и усиливая охлаждение. Северный суперконтинент Лавразия начал распадаться, поскольку Европа, Гренландия и Северная Америка удалялись друг от друга. В западной части Северной Америки орогенез Ларамида завершился в эоцене, и сжатие сменилось расширением земной коры, что в конечном итоге привело к образованию провинции Бассейн и Хребет. Бассейн Кишенен, возвышавшийся на 1,5 км во время лютета, был поднят до высоты 2,5 км к периоду приабона. В высоких плоских бассейнах между поднятиями образовались огромные озера, что привело к отложению лагерштетте формации Грин-Ривер. Около 35 млн лет назад падение астероида на восточном побережье Северной Америки образовало кратер Чесапикского залива. Тетисский океан окончательно закрылся в результате столкновения Африки и Евразии, в то время как поднятие Альп изолировало его последний остаток – Средиземное море – и создало ещё одно мелкое море с островными архипелагами на севере. Планктонные фораминиферы в северо-западной Пери-Тетиде очень похожи на фораминиферы Тетиды в среднем лютете, но становятся совершенно отличными в бартоне, что указывает на биогеографическую изоляцию. Несмотря на то, что Северная Атлантика открывалась, сухопутная связь, по-видимому, сохранялась между Северной Америкой и Европой, поскольку фауны этих двух регионов очень похожи. Евразия была разделена на три различных суши 50 млн лет назад: Западную Европу, Балкантолию и Азию. Около 40 млн лет назад Балкантолия и Азия соединились, а Европа – 34 млн лет назад. В бассейне Фушун располагались большие субоксические озёра, известные как палео-Джидунтунские озёра. Индия столкнулась с Азией, что привело к началу формирования Гималаев. Зарождающийся субконтинент столкнулся с Кохистан-Ладакской дугой около 50,2 млн лет назад и с Каракорумом около 40,4 млн лет назад, а окончательное столкновение между Азией и Индией произошло примерно 40 млн лет назад.

Климат

Эоценовая эпоха характеризовалась широким разнообразием климатических условий, включая самый теплый климат в эпоху кайнозоя и, вероятно, самый теплый период времени со времен пермско-триасового массового вымирания и раннего триаса, завершившийся установлением ледникового климата. Эволюция климата эоцена началась с потепления после окончания палеоцен-эоценового теплового максимума (PETM) 56 миллионов лет назад и достигла пика в эоценовом оптимуме около 49 миллионов лет назад. В этот период на Земле практически отсутствовал лёд, а разница температур между экватором и полюсами была незначительной. В результате максимальный уровень моря был на 150 метров выше современного. После пика последовало наступление ледникового периода от эоценового оптимума до эоцен-олигоценового перехода 34 миллиона лет назад. В течение этого периода похолодания лёд вновь начал формироваться на полюсах, а эоцен-олигоценовый переход ознаменовался быстрым расширением Антарктического ледникового щита.

Ранний эоцен

Парниковые газы, в частности углекислый газ и метан, играли значительную роль в течение эоцена в регулировании температуры поверхности. Окончание ПЭТМ сопровождалось масштабным поглощением углекислого газа в форме метангидрата, угля и сырой нефти на дне Арктического океана, что привело к снижению концентрации углекислого газа в атмосфере. Другие прокси-данные, такие как педогенный (почвообразующий) карбонат и морские изотопы бора, указывают на значительные изменения концентрации углекислого газа – более чем на 2000 ppm за периоды времени менее 1 миллиона лет. Большая часть метана, высвобожденного в атмосферу в этот период, поступала из болот, заболоченных местностей и лесов. Во время потепления в раннем эоцене, между 55 и 52 млн лет назад, наблюдалась серия кратковременных изменений в составе изотопов углерода в океане. Эти изменения в изотопах были вызваны выбросом углерода из океана в атмосферу, что привело к повышению температуры поверхности океана. Недавний анализ и исследования этих гипертермальных событий в раннем эоцене привели к гипотезам о том, что гипертермальные явления обусловлены орбитальными параметрами, в частности эксцентриситетом и наклоном оси вращения. Гипертермальные события в раннем эоцене, в частности палеоцен-эоценовый тепловой максимум (ПЭТМ), эоценовый тепловой максимум 2 (ЭТМ2) и эоценовый тепловой максимум 3 (ЭТМ3), были проанализированы, и было установлено, что орбитальный контроль мог играть роль в инициировании ЭТМ2 и ЭТМ3. Активизация биологического насоса оказалась эффективной в поглощении избыточного углерода в фазы восстановления после этих гипертермальных событий. Эти гипертермальные явления привели к усилению изменений в составе планктонных и бентосных фораминифер, а также к увеличению скорости флювиального осадконакопления вследствие более высоких температур. В отличие от ПЭТМ, менее выраженные гипертермальные явления раннего эоцена оказали незначительное влияние на наземных млекопитающих. Эти ранние эоценовые гипертермальные явления привели к продолжительному периоду экстремально жаркого климата, известному как ранний эоценовый климатический оптимум (ЭЭКО). В начале и середине ЭЭКО обилие эвригалинной диноцисты Homotryblium в Новой Зеландии указывает на повышенную соленость океана в этом регионе.

Проблема равномерного климата

Одной из уникальных особенностей климата эоцена, как упоминалось ранее, был умеренный и однородный климат, существовавший в ранних периодах эоцена. Множество прокси-данных подтверждают наличие более теплого и умеренного климата в течение этого времени. Некоторые из этих прокси включают в себя обнаружение окаменелостей, характерных для теплых климатов, таких как крокодилы, в высоких широтах, хотя анализ сгущенных изотопов указывает на максимальную температуру поверхности моря в низких широтах ± во время EECO. По сравнению с современными значениями, температура придонных вод выше, согласно изотопным прокси. По мере того как азолла оседала на морское дно, она становилась частью морских отложений и эффективно секвестрировала углерод, удаляя его из атмосферы на длительный срок. Способность азоллы к секвестрации углерода исключительна, и усиленное захоронение азоллы могло оказать значительное влияние на содержание углерода в атмосфере и, возможно, послужило началом перехода к ледниковому климату. Этот процесс продолжался из-за постоянного снижения концентрации углекислого газа в атмосфере за счет органической продуктивности и выветривания, вызванного горообразованием. Глобальное охлаждение продолжалось до серьезного изменения от охлаждения к потеплению в бартонском веке. Это событие потепления, означающее внезапное и временное изменение условий охлаждения, известно как Климатический оптимум среднего эоцена (MECO). Около 41,5 млн лет назад стабильный изотопный анализ образцов, полученных при бурении в Южном океане, показал событие потепления, продолжавшееся 600 000 лет. Анализ изотопов кислорода показал значительное отрицательное изменение в соотношении тяжелых и легких изотопов кислорода, что указывает на повышение глобальных температур. Считается, что потепление в основном связано с увеличением концентрации углекислого газа, поскольку углеродные изотопные сигнатуры исключают значительное высвобождение метана во время этого краткосрочного потепления. Предполагается также, что увеличение атмосферного углекислого газа было вызвано увеличением скорости спрединга морского дна, метаморфическими реакциями декарбонизации между Австралией и Антарктидой и усилением вулканической активности в регионе. Одной из возможных причин увеличения атмосферного углекислого газа могло быть внезапное высвобождение в результате метаморфических процессов, связанных с континентальным дрейфом и столкновением Индии с Азией и последующим образованием Гималаев; однако точные сроки метаморфического высвобождения углекислого газа в атмосферу недостаточно хорошо определены в имеющихся данных. Другое объяснение предполагает, что потепление MECO было вызвано одновременным достижением минимумов в циклах эксцентриситета 400 тыс. и 2,4 млн лет. Во время MECO температура поверхности моря в Тетисе поднялась до 32–36 °C, а тетийская морская вода стала более дизоксичной. Снижение накопления карбонатов на глубинах более трех километров произошло одновременно с пиком MECO, что свидетельствует об окислении океана в глубоких водах. Кроме того, потепление MECO привело к увеличению скорости дыхания пелагических гетеротрофов, что привело к уменьшению доли первичной продуктивности, достигающей морского дна, и, как следствие, к снижению численности бентосных фораминифер. В этот период потепления произошло резкое снижение солености озерной воды в западной части Северной Америки. Это потепление было недолгим, поскольку данные по бентосным изотопам кислорода указывают на возвращение к охлаждению около 40 млн лет назад. Последующее охлаждение после MECO привело к усилению аридизации в Азии, усугубленной отступанием морей. Охлаждение на начальных этапах открытия прохода Дрейка около 38,5 млн лет назад не было глобальным, о чем свидетельствует отсутствие охлаждения в Северной Атлантике. В период охлаждения бентосные изотопы кислорода указывают на возможность образования и увеличения льда в ходе последующего охлаждения.

Флора

В начале среднего эоцена леса покрывали большую часть Земли, включая полюса. Тропические леса простирались на большую часть современной Африки, Южной Америки, Центральной Америки, Индии, Юго-Восточной Азии и Китая. Паратропические леса росли в Северной Америке, Европе и России, с широколиственными вечнозелеными и широколиственными листопадными лесами на более высоких широтах. Полярные леса были весьма распространены. На острове Элсмир в Арктике были найдены окаменелости и даже сохранившиеся остатки деревьев, таких как болотный кипарис и метасеквойя эоцена. Даже в то время остров Элсмир находился всего на несколько градусов южнее, чем сегодня. В Гренландии и на Аляске также обнаружены окаменелости субтропических и даже тропических деревьев и растений эоцена. Тропические леса распространялись на север до северной части Северной Америки и Европы. Пальмы росли на севере вплоть до Аляски и северной Европы в начале эоцена, хотя их численность уменьшилась по мере похолодания климата. Метасеквойи были распространены гораздо шире. Самые ранние достоверные ископаемые останки эвкалипта датируются 51,9 млн лет назад и были найдены в местонахождении Лагуна-дель-Хунко в провинции Чубут, Аргентина. Охлаждение началось в середине периода, и к концу эоцена внутренние районы континентов начали высыхать, а леса значительно истончились в некоторых областях. Недавно появившиеся травы все еще ограничивались берегами рек и озер и еще не распространились на равнины и саванны. Охлаждение также привело к сезонным изменениям. Лиственные деревья, лучше приспособленные к значительным колебаниям температуры, начали вытеснять вечнозеленые тропические виды. К концу периода лиственные леса покрыли значительные части северных континентов, включая Северную Америку, Евразию и Арктику, а тропические леса сохранились лишь в экваториальной Южной Америке, Африке, Индии и Австралии. Антарктида начала эоцен с обрамляющих ее теплых умеренных и субтропических тропических лесов. Пыльца, найденная в заливе Придз, относящаяся к эоцену, указывает на существование там тайги. По мере развития периода становилось значительно холоднее; теплолюбивая тропическая флора была уничтожена, и к началу олигоцена континент был покрыт лиственными лесами и обширными пространствами тундры.

Фауна

В эоцене растения и морская фауна приобрели довольно современный облик. Многие современные отряды птиц впервые появились именно в эоцене. Океаны эоцена были теплыми и полны рыбы и других морских существ.

млекопитающие

Самые старые известные окаменелости большинства современных отрядов млекопитающих появляются в короткий период в начале эоцена. В начале эоцена в Северную Америку прибыли несколько новых групп млекопитающих. У этих современных млекопитающих, таких как артиодонтилы, перисодонтилы и приматы, были такие признаки, как длинные, тонкие ноги, ступни и кисти, способные к захвату, а также дифференцированные зубы, приспособленные для жевания. Преобладали карликовые формы. Все представители новых отрядов млекопитающих были небольшими, весом менее 10 кг; на основании сравнения размеров зубов, эоценовые млекопитающие были всего на 60% крупнее примитивных палеоценовых млекопитающих, которые им предшествовали. Они также были меньше, чем млекопитающие, последовавшие за ними. Предполагается, что жаркие эоценовые температуры благоприятствовали более мелким животным, которые лучше переносили жару. Обе группы современных копытных стали широко распространены благодаря значительной радиации между Европой и Северной Америкой, а также благодаря плотоядным копытным, таким как мезоникс. Появились ранние формы многих других современных отрядов млекопитающих, включая лошадей (в частности, эогиппуса), летучих мышей, хоботных (слонов), приматов и грызунов. Более древние примитивные формы млекопитающих сократились в разнообразии и значимости. Важные ископаемые остатки наземной фауны эоцена были найдены в западной части Северной Америки, Европе, Патагонии, Египте и Юго-Восточной Азии. Морская фауна лучше всего известна по Южной Азии и юго-востоку Соединенных Штатов. К установленной мегафауне эоцена относятся уинтатерий, арсинотерий и бронтотерии, причем первые два, в отличие от последних, не принадлежали к копытным, а к группам, которые вымерли вскоре после своего появления. Крупные наземные хищные млекопитающие существовали еще с палеоцена, но теперь появились новые формы, такие как гиенодон и дафоэн (самая ранняя ветвь некогда успешного хищного семейства, известного как медвежьи собаки). Энтелодонты, тем временем, утвердились как одни из крупнейших всеядных животных. Первые нимравиды, включая диниктиса, стали одними из первых фелиформ. Их группы стали очень успешными и продолжали существовать после эоцена. Базилозавр – очень известный эоценовый кит, но киты как группа стали очень разнообразными в течение эоцена, именно тогда произошли основные переходы от наземного образа жизни к полностью водному у китообразных. В это время эволюционировали первые сирены, которые в конечном итоге превратились в современных ламантинов и дюгоней. Считается, что спустя миллионы лет после мелово-палеогенового вымирания размер мозга млекопитающих начал увеличиваться, "вероятно, из-за необходимости более сложного познания в постоянно усложняющейся среде".

Птицы

Птицы эоцена включают несколько загадочных групп, имеющих сходство с современными формами, некоторые из которых сохранились с палеоцена. Таксоны птиц эоцена включают хищных попугаеобразных, таких как Messelasturidae и Halcyornithidae, крупных нелетающих птиц, таких как Gastornis и Eleutherornis, длинноногого сокола Masillaraptor, древних курообразных, таких как Gallinuloides, предполагаемых родственников пастушковых семейства Songziidae, разнообразных псевдозубых птиц, таких как Gigantornis, родственника ибиса Rhynchaeites, примитивных стрижей рода Aegialornis и примитивных пингвинов, таких как Archaeospheniscus и Inkayacu.

Рептилии

Ископаемые останки рептилий того времени, такие как ископаемые питонов и черепах, встречаются в большом количестве.

Инсекты и паукообразные

Из эоцена известно несколько богатых ископаемых фаун насекомых, в частности, балтийский янтарь, обнаруженный преимущественно вдоль южного побережья Балтийского моря, янтарь из Парижского бассейна (Франция), формация Фур (Дания) и бембриджские мергели с острова Уайт (Англия). Насекомые, найденные в эоценовых отложениях, в основном принадлежат к родам, существующим и сегодня, хотя их ареал часто изменился по сравнению с эоценом. Например, род бибионид Plecia широко распространен в ископаемых фаунах из современных умеренных областей, но в настоящее время обитает только в тропиках и субтропиках.