Второе событие, с которым связаны эти кардинальные изменения, - возникновение в начале среднего миоцена глубоководной связи между Норвежско-Гренландским бассейном и Северной Атлантикой и интенсивное формирование североатлантической глубинной водной массы. Оно началось после погружения Фареро-Исландского порога на рубеже раннего и среднего миоцена. С этого времени североатлантическая вода в больших объемах распространяется на юг вдоль Американского континента и затем, смешиваясь в высоких широтах Южной Атлантики с антарктической глубинной водной массой, формирующейся главным образом в море Уэдделла, проникает через Индийский океан в юго-западную часть Тихого океана, откуда течет на север, достигая Алеутской островной дуги. Здесь глубинные воды поднимаются на поверхность и течениями переносятся обратно в Северную Атлантику, образуя таким образом глобальный круговорот, так называемый конвейер Брокера 5.
Эти два взаимосвязанных события (резкое увеличение объема льда в Антарктиде и начало интенсивного формирования североатлантической водной массы) предопределили всю дальнейшую эволюцию океана и климата планеты. Формирование в это время системы циркуляции, принципиально схожей с современной, привело к устойчивой стратификации водных масс и развитию резких температурных градиентов. Если в раннем миоцене температуры поверхностных вод в низких и высоких широтах различались незначительно, то к концу миоцена в Тихом океане градиент между температурами вод на экваторе и в приантарктических районах составил 12° С. Рост градиентов сопровождался интенсификацией как поверхностной, так и придонной циркуляции, что отразилось в широком распространении в океанах перерывов в осадконакоплении 6. Последствия этих событий наиболее заметно проявились в глобальном распределении планктонных микроорганизмов и осадков.
Начиная со среднего миоцена становится отчетливой широтная дифференциация карбонатного микропланктона, наблюдаемая во всех океанах. Это хорошо видно на примере распространения планктонных фораминифер в Северной Атлантике. Если состав раннемиоценовых ассоциаций от экватора до плато Рокколл был очень близким и различия заметны только в их структуре, то в среднем миоцене их широтная дифференциация уже хорошо выражена 7. В это время среди них достаточно отчетливо выделяются экваториально-тропическая, субтропическая, переходная и бореальная, или субарктическая группировки. Похожие изменения претерпело и распределение карбонатного нанопланктона 8.
В осадках среднего миоцена приантарктических районов заметно увеличились содержание и размерность материала ледового разноса. Одновременно в Южном океане происходит расширение области распространения этого материала. В это время северная ее граница значительно отодвигается на север, достигая широты плато Кэмпбелл к югу от Новой Зеландии.
Наиболее существенные изменения в среднем миоцене произошли в биогенном кремненакоплении. В то время как вокруг Антарктиды пояс кремнистых осадков продолжал расширяться, в других частях Мирового океана происходило перераспределение центров кремненакопления (в американской литературе этот феномен получил название "silica shift", или "silica switch"). На рубеже раннего и среднего миоцена ареалы биогенных кремнистых осадков, до этого широко развитые в разных районах Северной Атлантики 9, начали здесь резко сокращаться или постепенно исчезать. К концу раннего миоцена они сохранялись только в Лабрадорском море, в районах плато Рокколл и регионального апвеллинга у берегов Северо-Западной Африки. В это же время (около 17-15 млн лет назад) биогенные кремнистые осадки начали интенсивно накапливаться в северной части Тихого океана и у калифорнийского побережья. Следует отметить, что на подводных поднятиях Обручева и Паттон-Меррей в северной части Тихого океана повышенные содержания кремнистых организмов отмечены уже в основании нижнемиоценового разреза. Но собственно биогенные кремнистые осадки в этих районах появились приблизительно на рубеже раннего и среднего миоцена, что подтверждает наблюдения американских исследователей.
Воды современного океана, особенно поверхностные, в целом недонасыщены кремнием, поэтому подавляющее большинство скелетов кремневых микроорганизмов растворяются, не достигнув дна. Подсчитано, что более 90% биогенного опала, продуцируемого микроорганизмами в поверхностных водах, растворяется при погружении отмерших раковин на дно. Поэтому накопление кремнистых осадков с содержанием биогенного SiO2 более 30% возможно только в тех районах, где, с одной стороны, продуктивность кремневого микропланктона в поверхностных водах исключительно высока, а, с другой стороны, промежуточные и глубинные воды в достаточной мере насыщены кремнием. Учитывая, что поверхностные воды океана сильно недонасыщены этим элементом, высокая продуктивность кремневых микроорганизмов в настоящее время отмечается только в зоне экваториальной дивергенции (расхождения течений) и в районах апвеллингов. В этих областях ресурс кремния в поверхностных водах постоянно пополняется за счет его поступления с поднимающимися на поверхность промежуточными и глубинными водами.
В настоящее время глубинные и промежуточные воды в океане представляют собой смесь так называемых "молодой" и "старой" вод, которые резко различаются по степени насыщения кремнием. "Молодая" вода образуется за счет североатлантической глубинной водной массы, интенсивное формирование которой началось, как говорилось выше, на рубеже раннего и среднего миоцена в Норвежско-Гренландском бассейне. Она резко недонасыщена растворенным кремнием. "Старая" вода, заполняющая глубоководную часть океана, напротив, отличается более высоким его содержанием. Североатлантическая водная масса, погружаясь и распространяясь на юг, "омолаживает" "старые" воды, понижая в них концентрацию кремнезема. Однако на своем пути из Северной Атлантики в Тихий океан она постепенно насыщается этим элементом, и поэтому глубинные и промежуточные воды Северной Пацифики характеризуются повышенным его содержанием.
Тот факт, что перемещение центров биогенного кремненакопления из Северной Атлантики в Северную Пацифику произошло во время климатического оптимума, т.е. несколько раньше начала интенсивного роста ледового щита в Восточной Антарктиде и глобального понижения температуры вод в океанах, дал основание предполагать, что это событие связано в первую очередь именно с началом формирования больших объемов "молодой" североатлантической глубинной водной массы. Последовавшее затем глобальное похолодание, вероятно, привело лишь к ускорению этого перемещения и расширению масштабов кремненакопления в северной части Тихого океана, с одной стороны, путем интенсификации процесса формирования указанной водной массы, а с другой, за счет усиления общей циркуляции и подъема на поверхность глубинных вод, обогащенных питательными элементами, в том числе кремнием, в высокоширотных областях Северного и Южного полушария. Расширение пояса кремненакопления вокруг Антарктиды на протяжении среднего миоцена и в более поздние эпохи подтверждает это предположение.
Поздний миоцен (11-5 млн лет назад)
В позднем миоцене тенденция похолодания, отчетливо проявившаяся в среднемиоценовое время, получила дальнейшее развитие. Изотопные исследования показывают, что в это время температуры поверхностных вод в высокоширотных областях океанов продолжали неуклонно понижаться, испытывая колебания во времени. В низких же широтах они не менялись и даже несколько повышались. Это указывает на прогрессирующее похолодание и дальнейшую дифференциацию водных масс. Продолжалось формирование ледового щита в Антарктиде, в том числе и в ее западной части. Наиболее интенсивно ледник рос в начале (около 10-9 млн лет назад) и в конце (6.5-5 млн лет назад) позднего миоцена. Это привело к понижению температуры поверхностных вод в Приантарктическом регионе до 3° С (и менее) и к исчезновению здесь планктонных микроорганизмов с карбонатным скелетом.
Похолодания начала и конца позднего миоцена были разделены периодом потепления, который отмечен возвращением в море Уэдделла планктонных фораминифер и нанопланктона и миграцией тепловодных видов нанопланктона в высокие широты Северной и Южной Атлантики. Это потепление также фиксируется изотопными исследованиями.
В конце миоцена объем льда достиг максимальных значений 10. Это подтверждается значительным (на 300 км) смещением в северном направлении границы распространения биогенных кремнистых осадков, которые к этому времени сформировали сплошной пояс вокруг Антарктиды, а также широким развитием эрозионных процессов. Резко ускорившееся накопление льда синхронно понижению уровня океана на 40 м и глобальной регрессии, что, как считается, стало причиной так называемого "мессинского кризиса", т.е. полной изоляции Средиземного моря и накопления мощной соленосной толщи.
К концу миоцена в океане, вероятно, уже сформировалась система циркуляции, близкая к современной, с хорошо выраженными широтной климатической зональностью и гидрологическими фронтами в обоих полушариях, что нашло отражение в четкой биполярности в распределении карбонатных планктонных организмов. Например, в высоких широтах Северной Атлантики в позднем миоцене развивается сообщество планктонных фораминифер, практически идентичное существующему в Австрало-Новозеландском регионе. Интересно отметить, что в этом районе ареал распространения сообщества смещен в более низкие широты, что указывает на асимметрию в расположении климатических поясов в Северном и Южном полушариях за счет влияния антарктического ледового щита.