Изучением органического мира прошлого занимается палеонтология – наука, которая сформировалась на рубеже биологии и геологии. Так получилось, что биологическое по своей сути направление более полно и глубоко изучается исторической геологией, в частности, стратиграфией. Это связано с тем, что именно ископаемые палеонтологические остатки позволяют сравнительно легко и наиболее точно датировать содержащие их осадочные породы, что лежит в основе биостратиграфии и геологического картирования – метода составления соответствующих карт. То же относится к той части палеоэкологии, которая рассматривает зависимость развития органического мира от различного рода внешних воздействий.
Считается, что жизнь на Земле существует уже 3,5 млрд. лет. Возраст наиболее древних палеонтологических остатков в Африке, Северной Америке, Австралии и Украине определяется в 3,7-3 млрд. лет. Это были одноклеточные организмы (прокариоты), которые составляли две самостоятельные группы – бактерии и сине-зеленые водоросли (цианофиты). Их первые представители жили практически в бескислородной среде (его содержание в атмосфере составляло около 0,02%), в мелководных бассейнах, которые иногда подогревались вулканическим теплом. Современная наука стоит на позициях зарождения жизни на нашей планете; времени и условий было для этого достаточно. Значительно меньше исследователей допускает, что она была принесена извне.
В начале позднего протерозоя (1,65 млрд. лет назад) появились эукариоты – организмы с обособленным ядром. Возрастной уровень в 1,2 млрд. лет – это время появления многоклеточных организмов, которые уже были давними «предками» наших растений и животных. Особого разнообразия органический мир докембрия достиг в венде, второй его половине, или приблизительно 630 млн. лет назад. Растения и животные этого времени были представлены уже достаточно разнообразными водорослями, а также сообществами кишечнополостных организмов (медузы, полипы), червеобразными и другими группами. Все организмы позднего докембрия не имели твердого минерального скелета, поэтому их находки очень редки. Эта фауна получила название эдиакарской (по названию соответствующего рудника в Австралии, где она была первоначально выявлена и описана), или вендской. В целом, данный наиболее продолжительный интервал времени докембрийской геологической истории принято называть криптозоем – временем скрытой жизни.
Начало кембрийского периода, который по существующим представлениям отвечает возрастному уровню 570 млн. лет, характеризуется появлением минерального скелета у нескольких групп организмов, что позволяет более полно изучать историю развития биоты и точнее датировать включающие их породы и события. Интервал времени с начала кембрия называется фанерозоем, или временем явной жизни. Он разделяется на палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры. Для этого времени уже могут устанавливаться определенные закономерности в развитии органического мира, одной из которых следует считать, что этапы жизни животного и растительного мира не совпадают. Хотя официально палеонтология такое положение не формулирует и не развивает, не делает на нем акцент. Еще одной особенностью развития биоты в целом следует считать отчетливую зависимость от определенных историко-геологических событий. Частично иллюстрацией таких положений может быть приводимая ниже схема развития органического мира в фанерозое.
Рисунок
Схема развития органического мира (по А.Х. Кагарманову и др., 1985)
Попробуем прокомментировать ее с точки зрения сформулированных ранее положений. Прежде всего, существование трех эр, или главных этапов этого времени, следует считать весьма условным, не отвечающим в полной мере развитию его основных групп. Так, амфибии и рептилии появились еще в палеозое, а первые птицы и млекопитающие – в середине мезозоя. Задолго до конца палеозоя вымирают такие своеобразные группы организмов как граптолиты и трилобиты. Только табуляты (четырехлучевые кораллы), гониатиты и плауны более или менее четко тяготеют к среднему и позднему палеозою, а белемниты и аммониты – ко второй половине мезозоя.
Еще более выразительным является несоответствие трех эр фанерозоя этапам развития растительного мира. Некоторые исследователи разделяют время его формирования на таллофит (время развития морской растительности), псилофит (силур-средний девон), палеофит, мезофит и кайнофит (с конца раннего мела). Другие предлагают разделять палеозойскую эру на две самостоятельные и первую из них называть талласозоем, или метазоем: жизнь этого времени была сосредоточена преимущественно в морях (мировом океане). Только с девонского периода она в значительных масштабах выходит на земную поверхность.
Вместе с тем, очень четкой является зависимость изменений в развитии органического мира от определенных историко-геологических событий. Так, воссоединение Северной Америки с Евразией, следствием чего стала ликвидация древнего океана Япетус, заставили морские организмы, которые оказались в системе лагун, приспосабливаться к континентальным условиям жизни. Именно это было главной причиной выхода растений, а затем амфибий и рептилий на поверхность. И наоборот, начатый в начале мезозоя, а затем резко усилившийся в середине его раскол Пангеи и образование молодых океанов обусловили появление цератитов, аммонитов, белемнитов, летающих ящеров и птиц, новых групп рыб.
Интересной может считаться причина появления и расцвета покрытосеменных, или цветковых растений, которая не имеет пока однозначной трактовки. Это событие относится к концу раннего мела (иногда уточняют – альбскому веку) и оно точно датировано. Именно в это время, или 100 млн. лет назад, Земля подверглась активной космической бомбардировке крупными метеоритами, следствием чего стало проявление интенсивного так называемого орогенного вулканизма, который проявлен огромными выбросами в атмосферу вулканического пепла. Это было время формирования грандиозного Охотско-Чукотского пояса. Вероятно, такие условия оказались неблагоприятными для папоротников и голосеменных растений, которые тогда преобладали. А покрытосеменные и хвойные относительно легко приспособились к ним. Расцвет цветковых растений обусловил появление многочисленных насекомых, а следом за ними – птиц.
Подобная зависимость развития органического мира от природных событий существовала и в докембрии. Появление эукариот, которое относится к рубежу раннего и позднего протерозоя, отвечает времени крупнейшей структурно-геологической перестройки, которую Г. Штилле образно назвал «великим обновлением». Появление многоклеточных организмов 1,2 млрд. лет назад приходится на начало очень выразительного горообразования, которое названо готским в Европе и эльсонским в Северной Америке.
Более сложным и очень интересным является появление эдиакарской (вендской) фауны, датированное значениями 630 млн. лет. Это было время, когда закончилась наиболее продолжительная за всю историю Земли ледниковая эра, развивавшаяся в интервале времени 950-640 млн. лет назад. Ее завершение сопровождалось обширным базальтовым вулканизмом, что может свидетельствовать о начавшемся расколе существовавшего тогда суперматерика, называемого иногда Пангея-2. Кстати, именно тогда начал формироваться океан Япетус. Эдиакарская фауна, хотя и была достаточно высокоразвитой, в отличие от фанерозойской не имела еще минерального скелета. С появлением кембрийских археоциат и моллюсков она исчезла.
Очень интересную и убедительную гипотезу относительно появления и исчезновения эдиакарской фауны сформулировал в свое время Г.П. Леонов (1985). Он считал, что эта группа организмов зародилась не в морских, а в изолированных континентальных бассейнах, куда поступала пресная вода, образовавшаяся при таянии ледников. Она не была приспособлена для проживания в соленой морской воде. Поэтому начавшиеся в середине венда расколы материковых площадей и сопровождавшие их наступания моря обусловили ее гибель. Однако, приспособившиеся к таким условиям организмы, которые затем приобрели минеральный скелет (по его мнению, это было обусловлено проживанием высокоразвитых организмов в соленой воде!), продолжили свое развитие уже в условиях морских бассейнов. Поэтому, когда мы говорим о том, что современная жизнь зародилась в океанах, мы должны делать определенную поправку. В океанах и наиболее активно в прибрежных морях она развивалось впоследствии. А зародиться могла во внутриматериковых бассейнах.
Таким образом, схема развития органического мира и разработка его этапов является более сложной, чем это предполагают существующие схемы, и остается пока не в полную меру еще изученной и решенной проблемой. Существующее выделение палеозойской, мезозойской и кайнозойской эры – это определенная условность, которая не столько отражает процесс ее эволюции, сколько является принятой мерой времени. Данные этапы имеют разную, резко отличающуюся продолжительность. Вместе с тем, практически все преобразования в органическом мире – это результат воздействия определенных историко-геологических событий.
Рассматривая развитие органического мира, его непрерывную эволюцию и резкое возрастание разнообразия представителей в течение фанерозоя, интересно затронуть вопрос о роли биогенного фактора в формировании земной коры. При рассмотрении осадконакопления уже приводились данные о том, что в Мировой океан поступает сейчас около 7% биогенного материала. В составе земной коры более 17% составляют карбонатные породы, значительная часть которых имеет или может иметь биогенное происхождение. Если добавить, что определенная часть кремнистых пород в геосинклинальных складчатых областях также связана с деятельностью организмов (радиоляриты, диатомиты и др.), а угли на материковых площадях – продукт накопления растительной органики, то получается достаточно мощный фактор биогенного осадконакопления.
Это специфический вопрос, требующий специального изучения. Здесь мы рассмотрим лишь несколько частных примеров такого явления. Ранее мы говорили о такой породе как писчий мел, название которой сохранилось за системой. И хотя подчеркивалось, что данная система сложена многими другими породами, масштабы этой биогенной седиментации можно считать грандиозными. Писчий мел почти нацело сложен остатками микроскопических одноклеточных жгутиковых водорослей типа золотистых, которые образованы известковыми пластинками и получили название кокколитофорид. Толщи этих пород почти непрерывным поясом протягиваются через всю Европу до Прикаспийской низменности. Причем, на отдельных участках мощность их составляет сотни метров. Например, в Харькове, который трудно относить к подвижным областям, карбонатный верхний мел достигает 600 м. Южнее толщи писчего мела замещаются преимущественно органогенными известняками Крыма, Кавказа, Копет-Дага. А в целом данный карбонатный пояс может прослеживаться почти на всех материках (Австралия, Юго-Восточная Азия, Америка), где мы видим его фрагменты.
Не меньшие масштабы накопления карбонатных пород характерны для каменноугольной системы, нижняя часть которой на участке Северная Америка-Европа имеет мощности в первые сотни метров. В Японии и Китае известняки примерно такой же мощности размещаются уже в верхней части карбона. Такого же типа известняки составляют разрезы среднего и нижнего палеозоя Евразии, а также отдельные ярусы пермской, триасовой, юрской и палеогеновой систем. Многие из таких пород почти нацело сложены остатками морских организмов и даже получили соответствующие названия – нуммулитовые, фузулинидовые, мшанковые и др.
Каменные и бурые угли, а также торф представляют собой остатки преобразованной растительной органики, накопившейся преимущественно в континентальных условиях прошлых материков. Мощности углей в бассейнах составляют обычно доли метров, редко – первые их десятки и масштабы данного биогенеза значительно уступают карбонатному. Но мы должны учитывать, что именно по приуроченности углей к одной из систем фанерозоя, она названа каменноугольной, или карбоном. Кроме того, существует огромное количество песчано-глинистых пород серых и темно-серых цветов, содержащих рассеянную органику. Огромное количество растительного вещества в поверхностных условиях разрушено, не сохранилось. Есть так называемые битуминозные сланцы, биогенная составляющая которых представлена остатками морских организмов. Все это позволяет говорить о важной роли масштабов биогенеза, на что в свое время обращал внимание еще В.И. Вернадский.
Нефть и газ относятся к числу полезных ископаемых, без которых немыслимо развитие современной энергетики. Их грандиозные скопления известны в пределах Западной Сибири, на Аравийском п-ове, отдельных прибрежных акваториях. Несмотря на высокую степень изученности данных природных углеводородов, по вопросу их происхождения существуют разные мнения – они продукты органического или неорганического генезиса. И хотя традиционно считается, что они произошли из обогащенных органикой осадочных пород, появляется много данных и сторонников неорганического происхождения – глубинного поступления данных углеводородов из земных недр. Еще один важный и, не в полную меру изученный вопрос, – время образования их скоплений. Мы можем точно определять возраст включающих УВ отложений и сформировавшихся структур, которые содержат залежи, гоаорить о нефтематеринских толщах и формациях. Но для датировки процесса их рождения достоверных данных и методов пока нет. По всей видимости, это неравномерный во времени и непрерывный процесс, продолжающийся и ныне.
При рассмотрении вопроса о роли органического вещества в формировании земной коры нужно обратить внимание на такой момент. Масштабы накопления биогенного материала достаточно резко меняются во времени, что хорошо можно наблюдать на примере как известняков, так и углей. Мы говорим о возрастании уже в течение фанерозоя разнообразия органического мира и вероятно биогенного фактора в седиментации. В то же время, масштабы нынешнего поступления биогенного вещества в Мировой океан не меньше, чем вдвое уступают карбонатным породам земной коры, для которых мы можем предполагать органическое происхождение. Следовательно, можно предполагать, что такие существенные колебания его роли во времени обусловлены какими-то меняющимися историко-геологическими условиями, которые не зависят от уровня развития биосферы в целом. Мы уже говорили о своеобразии рельефа и седиментационно-палеогеографических условий новейшего этапа. Это позволяет использовать биогенный фактор для выявления каких-то историко-геологических особенностей прошлого.