Кайнозойская эра, которая началась 65 млн лет назад, вначале характеризовалась теплым климатом. В палеоцене сохранялись высокие температуры: средняя глобальная температура в это время превышала современную примерно на 8−9 °С, средняя годовая температура на широте Лондона (51,5° с.ш.), например, была не менее 21 °С (сейчас она равна 10 °С), средний меридиональный градиент экватор — полюс был равен 15−17 °С, т.е. примерно в два раза меньше, чем летом нашего времени.
Затем начиная с позднего эоцена (примерно 44 млн лет назад) началось устойчивое ступенеобразное понижение глобальной температуры. Уже к середине олигоцена (30−33 млн лет назад) температура поверхности воды в экваториальных широтах Тихого океана понизилась до 17−18 °С, а придонных вод — до 5 °С.
В миоцене начиная с 23 млн лет назад началось потепление, которое достигло пика в период между 19,5 и 15,5 млн лет назад. Оно охватило все континенты. Средние годовые температуры, например в Центральной Европе, не опускались ниже 18−20 °С, а годовые суммы осадков составляли не менее 1000 мм, в Западной Сибири среднегодовая температура воздуха не опускалась ниже 10−12 °С, лета 18−20 °С, осадки выпадали равномерно в течение года, и их сумма составляла 800−900 мм.
Новое резкое падение температуры началось с середины миоцена, примерно 15 млн лет назад. К концу этого периода температура придонных вод составляла 2 °С. Она характеризует климатические условия в полярных широтах земного шара, поскольку придонные воды — это опустившиеся в полярных районах воды и растекшиеся затем под дну без изменения своей температуры. Примерно в это время началось оледенение Антарктиды (см. оледенение Антарктиды подробнее) сначала в горах, а 15 млн лет назад и на всем материке.
Таким образом, тенденция к понижению температуры в течение кайнозойской эры от палеоцена к плиоцену, наблюдавшаяся в полярных районах, характеризует также условия на всем земном шаре. Причем если до раннего плиоцена не обнаруживается больших колебаний средней температуры Земли, то начиная со среднего плиоцена, фиксируются значительные колебания средних температур с амплитудой, достигающей 10 °С в течение периодов, длящихся несколько десятков тысяч лет. Так, в начале плиоцена 5,0 млн лет назад началось потепление, вызвавшее таяние ледникового щита Антарктиды и горных ледников Северного полушария. Это привело к мощной глобальной трансгрессии (4,7−4,4 млн лет назад), поднявшей уровень Мирового океана на 100 м. Однако около 3,3−3,2 млн лет назад началось новое глобальное похолодание, которое характеризовалось резким возрастанием нестабильности климата. Похолодание привело к появлению ледниковых щитов в Северном полушарии, в частности, возникновению первого покровного оледенения в Северной Америке (2,8−2,4 млн лет назад), распространившегося до Великих озер, к росту континентальных ледниковых щитов в Антарктиде и резкому падению уровня Мирового океана. Понижение уровня океана привело к обнажению больших участков суши и, таким образом, к увеличению континентального климата, а также изменило условия водообмена между различными бассейнами и, вероятно, привело к потере связи между Тихим, Индийским и Атлантическим океанами в тропических широтах. Появление мощного ледникового покрова в Антарктиде привело к увеличению альбедо и уменьшению солнечной радиации, получаемой Землей, к охлаждению вод циркумполярного течения вокруг Антарктиды и, следовательно, понижению температуры придонных вод всего Мирового океана.
История оледенения Антарктиды. После таяния пермо−карбоновых ледяных щитов Антарктида оставалась в течение всего мезозоя, а впоследствии и кайнозоя в южной приполярной области, испытывая очень небольшие смещения сначала в одном направлении, в сторону от полюса вращения, а затем в противоположном. Вплоть до начала эоцена (около 55 млн. лет назад) Антарктида составляла единое целое с Австралией; на территории последней не обнаруживается каких-либо следов ледниковой деятельности в предшествовавший период. По-видимому, таких следов не было бы обнаружено и на территории самой Антарктиды, если бы ее поверхность была сейчас свободной ото льдов. Впоследствии в позднем миоцене, когда Австралия уже отделилась от Антарктиды и сместилась на север, на ней произошло сначала локальное, а затем очень резкое общее понижение температуры. Оно было связано с появлением обширного ледового панциря, сковавшего соседний Антарктический архипелаг. Анализ кернов показал, что обширное оледенение Антарктиды началось в миоцене, а в некоторых частях, возможно, еще в олигоцене. Во всяком случае, эрратические частицы начинают встречаться в примыкающих к берегам районах в отложениях раннего и позднего олигоцена. Исследования позволяют утверждать, что оледенение достигло максимума 4–5 млн лет назад – в конце миоцена – плиоцене, после чего началось таяние и быстрое отступание льда в положение, близкое к современному.
Исключительно важную роль в обширном оледенении Антарктиды сыграло окончательное формирование Антарктического циркумполярного течения. По данным глубоководного бурения, проведенного в океане между Антарктидой и Австралией, это произошло в середине олигоцена. С установлением этого течения Антарктида, расположенная в приполярной области, почти полностью обособилась от окружающих областей как океанологически, так и метеорологически. Обмен теплом и водами между антарктической областью и средними широтами резко сократился, в результате чего южная полярная область стала сильно охлаждаться. Наличие однородной водной поверхности, окружающей Антарктиду со всех сторон, способствовало зональному расположению обострившегося атмосферного фронта. Преобладающие зональные траектории возмущений на этом фронте еще более усугубляли изоляцию Антарктиды.
Следствия образования ледниковых щитов Антарктиды в миоцене – плиоцене вкратце сводятся к следующему. Прежде всего, оледенение привело к значительному понижению уровня Мирового океана. Известно, что изъятие из океана количества воды, эквивалентного массе современного ледяного щита Антарктиды, привело к понижению уровня на 55 м. В фазы максимального развития ледяного щита это понижение достигало, как упоминалось выше, 70–100 м, т.е. уровень океана был на 15–45 м ниже современного. Понижение уровня океана в зависимости от размера может привести к заметному увеличению континентальности климата просто в результате осушения шельфов. С другой стороны, понижение уровня океана – это повышение окружающих участков суши. Это означает уменьшение высоты снеговой линии относительно ее прежнего уровня, что может существенно расширить области возможного накопления снега и образования в конечном счете ледового покрова. Наконец, понижение уровня океана может существенно изменить водообмен между различными бассейнами и тем самым повлиять на локальный, а, возможно, и глобальный климат.
Оледенение Антарктиды привело к общему похолоданию климата Земли также и вследствие того, что в результате увеличения альбедоподстилающей поверхности планета в целом стала регулярно недополучать значительное количество солнечной энергии.
Наконец, в результате оледенения Антарктиды произошли важные изменения океанической циркуляции и, прежде всего, глубинной океанической циркуляции. У берегов Антарктиды поверхностные воды циркумполярного круговорота охлаждаются, становятся более тяжелыми, опускаются на глубины и, распространяясь на север, заполняют самые глубокие котловины всех океанов. Значит, Антарктида стала действовать как холодильник для всего Мирового океана (Монин А.С., Шишков Ю.А., 1979).