Переход от криптозоя к фанерозою ознаменовался важнейшим в истории Земли событием — появлением и широким расселением скелетных организмов. Это было время бурного расцвета органической жизни. Первые крупные по размерам организмы появились еще в конце рифея в вендском периоде. В позднем рифее произошел распад Пангеи-1 на материки Гондвану и Лавразию. В состав Гондваны входили Южная Америка, Африка, Австралия, Индостан и Антарктида, а Лавразию составляли Северная Америка, Западная и Восточная Европа, Сибирь, а также Китайско-Корейская платформа и Юго-Восточная Азия. Палеозойская эра разделяется на две части. К раннему палеозою относятся кембрийский, ордовикский и силурийский периоды. Нижняя временная граница палеозоя и докембрия до сих пор точно не определена. Одни проводят ее на уровне 590 млн. лет, другие — 570 млн. лет назад, а недавно французские геологи предложили проводить границу между вендским и кембрийским периодами на уровне 540 млн. лет назад. Верхняя граница раннего палеозоя проводится по рубежу 405 млн. лет. Длительность кембрийского периода составляет от 85 до 45 млн. лет, ордовикского — 65 млн. лет, а силурийского — 30 млн. лет.
Ранний палеозой. На рубеже кембрийского и вендского периодов появились все известные в настоящее время типы органического мира. Органический мир раннего палеозоя характеризуется крайне быстрым и широким расцветом разнообразных типов живых организмов и низших растений, живших исключительно в водной среде. Это было вызвано тем, что на суше существовали условия, крайне неблагоприятные для жизни и развития организмов. Главной из них была исключительно высокая солнечная ультрафиолетовая радиация, а водная среда служила своеобразным экраном для проникновения ультрафиолетовых лучей. Позднее роль защитного экрана перейдет к озоновому слою, который возник на рубеже ордовика и силура. Именно в это время на сушу вышли растения и некоторые животные и она стала новым местом жизнеобитания. С этого времени появляются и начинают широко расселяться наземные животные и растения.
Гидробионты раннего палеозоя характеризовались необычайным разнообразием беспозвоночных и водорослей. Среди беспозвоночных были широко распространены археоциаты, трилобиты, граптолиты, брахиоподы, кишечнополостные, иглокожие и наутилоидеи. Беспозвоночные обладали хитиново-фосфатным и известковым наружным и внутренним скелетом. Среди них были как одиночные, так колониальные формы. Многие беспозвоночные быстро эволюционировали и исчезали. На этом основании целый ряд из них являются основными формами, с помощью которых осуществляется подразделение геологических слоев. Кроме перечисленных выше широко распространенных органических форм в отложениях раннего палеозоя обнаружены остатки губок, следы ползания червей, рифообразующих мшанок, брюхоногих моллюсков. В отложениях ордовика обнаружены конодонты, которые приобрели ведущую роль в стратиграфии и в более поздние периоды палеозоя. Это мелкие роговые образования, имеющие зазубренную, зубчатую форму, природа которых до сих пор остается невыясненной: то ли это были скелеты каких-то неведомых организмов, то ли челюстные аппараты кольчатых червей, то ли чешуйки на поверхности тела примитивных хордовых.
Позвоночные животные в раннем палеозое только что возникли и еще не играли существенной роли среди органического мира раннего палеозоя. Они были представлены бесчелюстными панцирными рыбами, которые были способны обитать в опресненных, солоноватоводных бассейнах и в морских водах нормальной солености.
Растительное царство раннего палеозоя исключительно бедное. Оно представлено водорослями (синезеленые, багряные и др.). Только в самом конце силурийского периода появляются первые наземные высшие растения — псилофиты или риниофиты. Это были примитивные сосудистые растения. Они вышли на периодически заливаемые водой низменные морские побережья и на первых порах могли развиваться только в атмосфере, сильно насыщенной парами воды.
Одни животные, как, например, археоциаты, появившиеся в кембрии, быстро эволюционировали и прекратили свое существование в конце кембрийского периода. Другие, как трилобиты, беззамковые брахиоподы и граптолиты, продолжали эволюционировать в ордовике и силуре.
Геологические, палеомагнитные, палеоклиматические и палеонтологические данные однозначно свидетельствуют о том, что в раннем палеозое продолжал развиваться суперматерик Гондвана, а другой суперматерик — Лавразия — стал распадаться на отдельные литосферные плиты. В состав суперматерика Гондваны входили современные континенты — Африка, Антарктида, Южная Америка, Индостан и Австралия. Этому крупнейшему образованию суперматерика противостояли разрозненные материки, некогда составлявшие Лавразию. В результате распада между ними возникли довольно обширные океанские бассейны. Материки, ранее входившие в состав Лавразии, имели сравнительно небольшую площадь и отвечали ядрам древних платформ. Ими были Северо-Американская, Западно- Европейская, Восточно-Европейская, Сибирская и Китайская платформы. Все перечисленные платформы в течение раннего палеозоя испытывали погружения. В результате этого обширные морские трансгрессии охватывали низменные участки платформ северного полушария, которые оказывались частично затопленными мелководными, эпиконтинентальными морями. В их пределах накапливались преимущественно карбонатные осадки, а местами, как, например, в пределах Сибирской платформы, формировались эвапоритовые осадки — гипсы, каменные соли и гипсоносные глины.
Вместе с тем древние платформы (кроме Сибирской и Восточно-Европейской) южного полушария, объединенные в суперматерик Гондвану, оказались приподнятыми и представляли собой сушу, и центральных частях которой располагались горные массивы и плоскогорья. Лишь краевые низменные части Гондваны в связи с периодическим подъемом уровня моря были затоплены морскими подами. В течение раннего палеозоя, кроме Тихого океана (Панталасса), существовали Япетус (Палеоатлантический) и Уральский (Палеоазиатский) океаны.
Атмосфера кембрия постепенно становилась кислородно-углекисло-азотной, чем и отличалась от позднепротерозойской. Постепенно главенствующую роль стал приобретать азот. Количество углекислого газа (диоксида углерода) уменьшилось до 0,5 %, а содержание кислорода по сравнению с рифейским временем выросло и достигло нескольких процентов.
Климатические условия начала палеозойской эры существенным образом отличались от его середины. В кембрийском и в течение первой половины ордовикского периода на Земле господствовали очень теплые климатические условия. Характерной особенностью этого времени является отсутствие термической широтной зональности. Как в высоких широтах, так и на экваторе существовали примерно одинаково высокие температуры, причем температуры поверхностных частей воды не опускались ниже 20°С. Климатическая зональность выражалась лишь в распределении влажности. В кембрии наряду с гумидными (от лат. «гумидус» — влажный) климатическими условиями существовали обширные регионы, в которых климат был аридным (от лат. «аридус» — сухой). В этих условиях вследствие высокого испарения обширные мелководные моря и заливы приобретали повышенную соленость и в их пределах накапливались каменные и калийные соли, гипсы и ангидриты. Таких бассейнов было очень много и ими, в частности, являлись обширные солеродные бассейны, которые располагались в пределах Сибирской платформы и в Пакистане.
Начиная с середины ордовикского периода климат на планете стал ухудшаться. Произошло довольно стремительное падение температур приземных частей воздуха, и в полярных широтах они стали отрицательными. Это вызывало появление новых ледниковых покровов, которые впервые возникли в пределах возвышенной суши Гондваны в районе Южного полюса. Ледники стали перемещаться в низкие широты. Древние моренные отложения известны в Бразилии и на северо-западе Африки, на Аравийском полуострове, в Испании и Южной Франции. Оледенение закончилось в самом начале силурийского периода, и рубеж раннего и позднего палеозоя вновь характеризуется развитием одинаково высоких температур как в низких, так и в высоких широтах.
Поздний палеозой. Общая продолжительность позднего палеозоя, в состав которого входят девонский, каменноугольный (карбон) и пермский периоды, составляет около 160 млн. лет. Длительность девонского периода составляет около 50 млн. лет, каменноугольного — 70 млн. лет, а пермского — 38 млн. лет.
В позднем палеозое началось массовое заселение организмами просторов суши, которая длительное время представляла оголенное пространство. Особенно это касалось растительного мира. В девонском периоде произошел расцвет псилофитовой (риниофитовой) флоры, а в каменноугольном периоде наступило время расцвета папоротниковых и плауновидных. Переход от раннепалеозойской примитивной флоры к более прогрессивной позднепалеозойской наступил в конце девонского и в начале каменноугольного периода
В раннем девоне начинает сокращаться видовое разнообразие трилобитов, исчезают граптолиты и некоторые классы иглокожих. Но широкое распространение получают головоногие моллюски — аммоноидеи (гониатиты), которые пришли на смену раннепалеозойским наутилоидеям. Широко распространяются колониальные и одиночные формы четырехлучевых кораллов, появляются крупные фораминиферы из отряда фузулинид, новые классы морских иглокожих (морские лилии). Важная роль стала принадлежать замковым брахиоподам — продуктидам, спириферидам, ринхонеллидам и теребратулидам. Особенно большое распространение брахи оподы получили в каменноугольный период. Колониальные кораллы вместе с мшанками и губками являлись основными рифостроителями. Построенные ими рифовые тела не только огромны по высоте, но и протягивались на расстояние в тысячи километров. Таким протяженным был рифовый массив, протянувшийся в Предуралье — от Северного Предуралья до Мугоджар. По своим размерам он намного превосходит современный Большой Барьерный риф.
В пресноводных и слабозасоленных морских бассейнах обитали брюхоногие и двустворчатые моллюски, которые по сравнению с морскими представителями тех же классов весьма слабо эволюционировали.
Морские просторы заняты свободноплавающими формами. Главенствующая роль принадлежала рыбам. Рыб в девонском периоде было так много, что его нередко называют периодом рыб. В это время жили гигантские рыбы, достигавшие в длину 10 м. Среди них были костные, хрящевые и панцирные. Последние, будучи хищниками, имели челюсть с острыми и зазубренными костными пластинками. Часть тела и голова этих рыб были покрыты толстым костным панцирем, хорошо защищающим их от врагов. Они вели малоподвижный донный образ жизни. Панцирные рыбы, достигшие расцвета в девонском периоде, на рубеже с каменноугольным периодом исчезли. Наибольшее распространение получили хрящевые рыбы — акулы, скаты, а также костные рыбы, появившиеся в середине девонского периода. Костные рыбы дали три различные ветви: лучеперые, двоякодышащие и кистеперые. Последние обладали веретенообразным телом и мощными плавниками, которые они использовали не только для плавания, но и для перемещения по дну, особенно в период пересыхания мелководий. Скелет плавников кистеперых рыб имеет определенные сходства со скелетом конечностей первых наземных позвоночных — земноводных. Это дало основание считать кистеперых рыб далекими предками четвероногих наземных животных.
Двоякодышащие рыбы кроме жабр имели внутренние носовые отверстия для дыхания атмосферным воздухом. Вначале они были обитателями водоемов различной солености в засушливом климате. Своеобразное строение дыхательного аппарата давало возможность некоторое время обходиться без воды, особенно при продолжительных засухах. В дальнейшем двоякодышащие рыбы окончательно переселились в морские просторы.
В позднем палеозое начинается расцвет животного царства суши. В девонском периоде появляются насекомые, крупные скорпионы и стегоцефалы. Стегоцефалы были одними из первых четвероногих позвоночных. Эти своеобразные земноводные, достигшие расцвета и каменноугольном периоде, обитали в сильно заболоченных местах и изредка выползали на поверхность суши. В каменноугольном периоде появились и первые пресмыкающиеся — рептилии. Они откладывали яйца на суше и имели роговой покров. С наступлением сильно засушливых условий в пермском периоде у рептилий появились роговые гребешки, спасавшие животных от усиленного испарения влаги. Часть рептилий были растительноядными, а часть хищниками. Последние имели острые и длинные зубы. Развитие пресмыкающихся особенно характерно для пермского периода, когда существовали крупные хищники — иностранцевии, а также растительноядные крупные формы — парейазавры и морские рептилии — мезозавры. Многочисленные остатки скелетов рептилий были обнаружены в пермских отложениях Предуралья и на севере Восточно-Европейской равнины.
Весьма своеобразным был растительный покров в позднем палеозое. С начала девонского периода широким распространением пользовались псилофиты (риниофиты), обитавшие на сильно увлажненных ландшафтах. Эти сосудистые растения росли на заболоченных низменных побережьях и в болотах. Они имели корни, стебли и крупные листья. Псилофиты исчезли с Земли в конце девонского периода. Еще в середине девона появились многие группы высших растений, среди которых членистостебельные, плауновидные, папоротники и голосеменные. Многие из них уже в середине позднего палеозоя заняли главенствующее положение.
Временем расцвета наземной растительности считается каменноугольный период. Обширные пространства, не только примыкавшие к морским и крупным озерным бассейнам, но и к предгорьям, занимали леса, состоящие из громадных, высотой до 50 м древовидных хвощей, плауновых и древовидных папоротников, среди которых наиболее типичными являются древовидные плауновые — лепидодендроны, сигиллярии и каламиты. В середине каменноугольного периода появляются кордаиты — папоротниковые голосеменные, а также гинкговые и первые хвойные.
Весьма важен и интересен вопрос о происхождении наземной растительности. Мнение о том, что высшие растения происходят от водных — разнообразных водорослей, неоднократно высказывалось еще начиная с XIX в. Многие ученые считают, что произраставшие у берега некие водоросли каким-го образом оказывались на некоторое время над водой и, привыкнув к сильно насыщенной водяными парами атмосфере, постепенно стали заселять приливно-отливную зону моря. В результате дальнейших эволюционных преобразований низшие растения превратились в высшие, которые приобрели способность жить вне водной среды.Такое мнение возникло из наблюдений за растительностью на берегах современных морей. Здесь растения располагаются в несколько ярусов. Одни из них — водоросли живут только в воде, другие заселяют приливно-отливную зону, а третьи довольствуются брызгами волн и водяными парами в атмосфере. Низменные берега заняты высшими растениями, жизнь которых протекает в сильно насыщенной водяными парами атмосфере. Так, исходя из экологического разнообразия и условий жизни современных растений, можно представить процесс выхода растений на сушу и возникновение высших растений. Превращение водорослей в высшие растения сопровождалось появлением у них способностей образовывать стебли, корни, распространять споры по воздуху и размножаться в воздушной среде.Известный советский палеоботаник С. В. Мейен считал, что заселение суши водорослями произошло не в девонском периоде, как полагают многие ученые, а еще в досилурийское время. Весь процесс преобразования водорослей в высшие растения, по его мнению, происходил в наземных условиях.
В раннем карбоне флора была очень теплолюбивой. Произрастала она в основном в пределах заболоченных участков суши, где по мере ее отмирания формировались толщи торфа, которые с течением времени преобразовывались в бурые, а затем и в каменные угли. В середине карбона значительные пространства в высоких широтах северного полушария вместо плауновых заняли кордаиты, обладавшие раскидистой кроной ветвей. Крупнейший советский палеоботаник А. Н. Криштофович эту так называемую тунгусскую флору предлагал именовать кордаитовой тайгой. Ею были заняты низменности, берега рек и озер. Они же являлись одними из основных растений-углеобразователей. Совершенно иной облик носила растительность высоких широт южного полушария. Здесь росли своеобразные папоротники — глоссоптериевые.
В пермском периоде споровые растения сменились голосеменными. Появились хвойные, цикадофитовые и гинкговые. Однако в пермском периоде в развитии органического мира наступает спад. Многие группы и классы организмов постепенно угасают и прекращают свое существование. На рубеже палеозоя и мезозоя вымирают гониатиты, замковые брахиоподы-продуктиды, табуляты, четырехлучевые кораллы, трилобиты, фузулиниды, многие виды рыб, некоторые формы морских ежей и морских лилий, стегоцефалы и большое количество споровых древовидных форм.
Позднепалеозойский этап исторического развития Земли можно назвать временем развития крупных природных катастроф. В конце палеозоя произошли крупные вулканические извержения. Во многих регионах возникали сильнейшие землетрясения. Бывали и сильные наводнения. А в середине позднего палеозоя на обширных территориях возникло грандиозное так называемое гондванское оледенение. Это было время постепенного исчезновения или, как выражаются геологи, закрытия крупнейших океанских бассейнов и образования на их месте величайших горных систем, которые в современную эпоху сильно разрушены и представляют собой гористые плоскогорья и низкогорные области. Такими являются горные сооружения Центральной Европы и Урал.
С девонского периода стала отчетливо проявляться тенденция замыкания океанских бассейнов и началось постепенное сближение материков. Гондвана медленно перемешалась в юго-западном направлении и в конечном счете соприкоснулась с Западно-Европейским континентом. Продолжавшееся смещение в юго-восточном направлении Восточно-Европейского континента привело к его соединению с Северо-Американской платформой. В результате возник новый крупный материк в северном полушарии — Лавруссия.
Для девонского периода характерно образование красноцветных континентальных соленосных, карбонатных, вулканогенных и обломочных образований. Обширные низменные территории континентов занимали мелководные моря с нормальной соленостью. На их окраинах располагались лагуны с высокой соленостью вод, а в местах впадения крупных речных систем — лиманы. По равнинам текли полноводные реки. В долинах рек и на внутриматериковых низменностях находились обширные озера. Если в раннем девоне после сильнейшего столкновения материков и закрытия океана Япетус, а также крупнейшей регрессии и образования горных массивов (каледонская тектоническая эпоха) большое развитие получили континентальные ландшафты, то начиная со среднего девона преимущество перешло к морским ландшафтам.
На заключительной стадии каледонского горообразования в конце раннего девона в результате дифференциации тектонических движений возникли протяженные горно-складчатые области, как, например, в Великобритании и на западе Скандинавии. В середине девонского периода активность земной коры не снизилась. Продолжал развиваться интенсивный подводный вулканизм. В пределах многих континентов на месте низменностей возникали горные массивы, а существовавшие горы нивелировались и превращались в низменности. Только Китайский, Индостанский, Южно - Американский и Африканский континенты были вовлечены в общее поднятие, в результате чего в их пределах возникли крупные разломы и расколы земной коры. Изменение соотношений морских акваторий и континентальных условий и возникновение горных цепей оказали влияние на формирование, географическое распространение и зональность климата. В течение девонского периода практически повсеместно существовал высокий температурный режим, близкий к современному тропическому климату. Средние температуры на Северном Урале, который к этому времени стал экваториальной областью, составляли 25 — 26°С. Близкие температурные условия существовали на Восточно-Европейской платформе. Современное Закавказье в девонском периоде располагалось в тропическом поясе южного полушария и температуры здесь составляли 22 — 24°С. Высокий температурный режим существовал в Австралии (28 — 30°С) и в Северной Америке (27 — 30°С), которые находились в разных полушариях. Совершенно по-иному выглядит география климата по влажности. Аридные условия существовали на большей части Северо-Американского, Восточно-Европейского и Гондванского материков. Сильный дефицит влаги в ряде областей привел к возникновению пустынных и полупустынных условий и мелководных морей с повышенной соленостью. В конце девонского периода дефицит влаги постепенно стал уменьшаться. Гумидные (равномерно-влажные) условия, которым свойственны не только обилие атмосферных осадков, но и их более или менее равномерное распределение в течение года, характерны для значительной части Азиатского материка, северной части Северо-Американского, Южно-Американского и северо-запада Австралийского материков. В обширных поймах, дельтах рек и крупных озерно-болотных системах формировались угленосные толщи. Главными углеобразователями девонского периода были псилофиты и разнообразные папоротникообразные растения.
С усилением перемещения и столкновением литосферных плит в каменноугольном периоде начались новые горообразовательные движения. Складчато-горообразовательные движения, начавшиеся в каменноугольном периоде и закончившиеся на рубеже палеозоя и мезозоя, носят названия герцинских движений. В палеогеографическом плане они выразились в образовании обширных поднятий, складкообразовании, внедрении интрузий, активизации вулканизма и широких регрессиях моря. Гондвана стала перемещаться в юго- западном направлении, продолжали сближаться Северо-Американский и Западно-Европейский, а также Восточно-Европейский и Сибирский континенты.
Особенно интенсивные складкообразовательные и горообразовательные движения происходили в Западной Европе. Между Евроамерикой, Китайским и Гондванским континентами возник новый океан — Палеотетис.
В позднем карбоне континенты продолжали сближаться и в конце концов на рубеже карбона и перми возник новый сверхгигантский материк — Пангея-2, или Всеобщая Земля. Он состоял из южных материков, которые ранее сформировали Гондвану, и материков северного полушария, образовавших Лавразию. Последняя возникла после объединения Лавруссии, Сибирского, Казахстанского и Китайского материков.
В течение ранне- и среднекаменноугольной эпох на Земле продолжал господствовать жаркий гумидный климат, который способствовал широкому распространению растительного покрова и сопровождался обильным угленакоплением. На рубеже среднего и позднего карбона наступило прогрессивное похолодание, которое в дальнейшем привело к возникновению в южнополярных районах покровного оледенения.
Сильное похолодание на юге Гондванских материков способствовало возникновению ландшафтов, напоминавших ландшафты современной Антарктиды. Ледники покрывали значительную часть Южной Африки. Здесь сохранились фрагменты моренных отложений и следы перемещения ледников. Учеными установлено по крайней мере четыре центра оледенения, из которых образовались и двигались ледники. Один из них располагался в бассейне р. Оранжевой, другой — в Трансваале, третий — в области Гринватаун, а четвертый — в мелководной части Индийского океана. Ледниковые покровы занимали центральные области Южно-Американского континента (Уругвай, Аргентина, Бразилия, Парагвай). Следы ледниковых покровов обнаружены в Индии, Австралии и Антарктиде. За пределами ледниковых щитов находились перигляциальные степи, напоминающие современные тундры.
Ледниковый покров просуществовал до конца каменноугольного периода, а затем в связи с наступившим потеплением быстро стал разрушаться. Он полностью исчез в середине раннепермской эпохи.
В пермском периоде завершается герцинский этап развития. Это было время активного горообразования, сопровождавшееся интенсивным вулканизмом, существования на Земле единого материка Пангеи-2 и двух океанов — Палеотихого и Палеотетиса. Последний представлял собой обширный залив Палеотихого океана.
В течение герцинского орогенеза (горообразования) возникли крупные горные хребты и массивы, среди которых необходимо отметить Уральские горы, горы Центральной Азии (Тянь-Шань, Куэнь-Лунь, Алай и др.), а также области устойчивых структур земной коры, развитие которых напоминает платформы. В отличие от древних докембрийских платформ, как было отмечено ранее, они называются эпигерцинскими платформами или плитами. Ими были Скифская, Туранская, Западно-Сибирская плиты. Места соприкосновения и столкновения литосферных плит отмечаются поясами возникновения горно-складчатых сооружений. Вдоль Аппалачей соединились Северо-Американский и Западно- и Восточно-Европейский континенты, Уральский горно-складчатый пояс вместе с Мугоджарами и Салаиром образовался в месте столкновения Сибирского и Казахстанского континентов с Ларуссией. Закончил существование Палеоазиатский океан. На его месте возникли горы Центральной Азии.
В течение пермского периода климатические условия на Земле значительно изменялись. Во второй половине раннепермской эпохи в связи с глобальным потеплением постепенно менялась климатическая зональность. На месте былых ледниковых ландшафтов возникли лесотундровые, а затем и типично лесные ландшафты, основу которых составляли хвойные и гинкговые леса. В низких широтах господствовали тропические условия с соответствующими ландшафтами. В конце пермского периода значительно меняется влажность. Все больше развиваются аридные ландшафты — ксерофильное редколесье, пустыни и полупустыни.