История Земли

В нашем обсуждении геохронологической шкалы и эволюции органического мира часто упоминалась летопись ископаемых остатков, или палеонтологическая летопись. Под этим термином подразумевается вся совокупность собранных, определенных, занесенных в каталоги и описанных ископаемых остатков различных видов, которые хранятся в музеях, университетах и других научно-исследовательских учреждениях во всем мире. Палеонтологическая летопись включает сотни коллекций и миллионы больших и малых ископаемых, от огромных динозавров и китов до микроскопических животных и растений. Сюда относятся не только сами ископаемые, но и все, что о них написано, целые библиотеки научных книг и статей, в которых содержатся описания и рисунки ископаемых и рассматривается их положение в геохронологической шкале. К настоящему времени полностью описано 100 000 видов ископаемых морских беспозвоночных, и это число постоянно увеличивается.

Таким образом, составление летописи ископаемых - очень большое и важное дело, в котором участвуют тысячи ученых и технических специалистов, и это становится очевидно для каждого, кто посетит какой-либо институт, занимающийся изучением ископаемых остатков. Каждый любознательный посетитель хочет знать, как выглядят ископаемые, как могут сохраняться животные и растения в течение миллионов лет и каким образом в случае необходимости производится реконструкция ископаемых. Ответ на эти вопросы сделал бы нашу историю живых организмов гораздо более понятной.

Что мы могли бы знать об истории Земли, если бы организмы, населявшие Землю в прошлом, хотя бы частично не сохранились в ископаемом состоянии? Конечно, мы знали бы о геологических циклах, о принципе актуализма и движении плит земной коры. Но наша шкала геологического времени была бы очень примитивной и гораздо менее полезной, чем сейчас, наши реконструкции природных условий прошлого гораздо менее полными, а пути эволюции можно было бы восстанавливать лишь предположительно.

Сохранение органических остатков

Существованием ископаемых в довольно большом количестве мы обязаны процессу консервации некогда живых организмов. Хотя большая часть отдельных организмов, некогда живших на Земле, была уничтожена, местами их тела или части тел оказались защищенными от воздействия кислорода. Они были быстро погребены под осадками и затем превращены в породы в результате осаждения минерального вещества из медленно просачивающихся вод, пропитывающих грунт. Такова в общих чертах история большинства ископаемых. Давайте посмотрим более внимательно, каким путем сохраняются органические остатки.

Когда животное или растение умирает, большая часть его вещества довольно быстро подвергается разрушению. Другие организмы, среди которых особенно важную роль играют бактерии, пожирают или химически разлагают его. Обычной реакцией в химическом разложении как органического, так и неорганического вещества является окисление. Мы видим в лесу, что ствол упавшего дерева, пролежавший на земле несколько лет, становится бурым и сгнивает. Ископаемые остатки, встречающиеся в пластах пород, составляют лишь ничтожную часть когда-то живших организмов, избежавшую общей участи. В виде исключения их тела были защищены от окисления и трупоядных животных, что обычно происходило благодаря погружению в воду в момент смерти или вскоре после него.

Огромное большинство ископаемых остатков принадлежит морским беспозвоночным - различным моллюскам и им подобным организмам. Мягкие ткани их тел или заживо съедались хищниками, или пожирались животными-могильщиками после смерти этих организмов. Но твердые раковины сохранялись и заносились осадками, отлагавшимися на дне моря. На суше возможность сохранения была гораздо меньше. Но даже там некоторые животные и растения попадали в живом или мертвом виде в воду, которая предохраняла их тела от окисления. Другие быстро погребались под накапливающимися осадками, которые вскоре после этого насыщались грунтовыми водами. Часто захоронение как животных, так и растений происходило при паводках на реках (фото 13). Другой причиной сохранности могло быть быстрое накопление вулканического пепла, а иногда и текущей лавы. Короче говоря, главными факторами, обеспечивающими сохранность остатков на первых этапах, были быстрое погребение или погружение в воду, или и то и другое вместе. Почти такое же значение имеет третий фактор - наличие в мертвом организме твердого вещества (раковины, костей, зубов или рогов), которое противостоит действию трупоядных организмов и химическому разложению. Почти все ископаемые остатки состоят из одних скелетов; мягкие ткани сохраняются редко и только в совершенно особых условиях. Однако, если тело захороняется целиком, оно может сохраняться до мельчайших деталей (фото 4). Даже игра красок на крыльях ископаемых насекомых сохранилась в течение сотен миллионов лет.

Фото 13. Это песчаное русло временного водотока большую часть времени сухое или почти сухое. При сильных ливнях по нему течет мутный поток, в котором тонут животные, а их трупы уносятся течением и быстро погребаются в аллювии

Способы сохранения. Образование ископаемых остатков не обязательно заканчивается после захоронения. Они могут подвергаться и другим воздействиям, в том числе таких процессов, которые полностью меняют их состав или разрушают вещество, сохраняя внешнюю форму.

Наиболее простой пример представляет тело, которое оказалось заключенным в лед, асфальт или другое природное вещество, которое сохраняет материал этого тела. Именно так случилось с 36 мамонтами и несколькими шерстистыми носорогами, найденными в северной Сибири за последние 200 лет; их трупы сохранились в грунтах, находившихся в мерзлом состоянии со времени последнего оледенения. Мясо, по крайней мере одного из них, было настолько свежим, что его ели ездовые собаки. Распространено ошибочное мнение о том, что некоторые из этих мамонтов были найдены во льду ледников. Это не так. Насколько нам известно, они были заключены в промерзшем иле. Возможно, животные утонули в болотах как раз перед осенними заморозками, при этом ил промерз на большую глубину, и на следующий год, ранней весной, еще до того, как он оттаял, речное половодье отложило толстый слой аллювия. Этот слой препятствовал таянию залегавших ниже пород. Радиоуглеродные определения возраста, сделанные для шкуры и шерсти этих животных, показали, что между самым ранним и самым поздним захоронением прошло более 30 000 лет. Таким образом, если взять только 36 найденных мамонтов, то в среднем захоронение животных, утонувших в трясине, должно было происходить только раз в 800 лет. По сравнению с этим число мамонтов, которые погибли более обычным способом, должно быть гораздо больше. Согласно подсчетам, из Сибири были вывезены в виде слоновой кости бивни 20 000-30 000 мамонтов, найденных на поверхности. Возможно, еще большее количество бивней и целых туш все еще погребено в мерзлом иле.

Другой пример - это туши шерстистых носорогов ледниковой эпохи, сохранившиеся даже с характерной для них длинной шерстью в нефти, которая сочилась из земли и затем затвердевала. В восемнадцатой главе описан случай захоронения костей миллионов млекопитающих в нефтяном озере в Калифорнии [такие же захоронения есть и около города Баку.
– Ред.]. Химизм сохранения остатков в нефти во многом сходен с мумификацией человеческих останков, использовавшейся древними египтянами. Бальзамировщики использовали нефть, которая не пропускает воздуха и потому препятствует окислению.

Фото 14. Окаменелое дерево. Срез небольшого ствола. Клеточная структура сохранилась вследствие заполнения клеток кремнеземом

Гораздо чаще - практически всегда - мягкие части трупов разрушаются, а твердые подвергаются окаменению. Этот процесс, в основе химический, протекает в толще грунта и представляет собой часть медленно протекающего процесса превращения осадков в осадочные породы. Медленно просачивающаяся грунтовая вода отлагает минеральные вещества в пористых внутренних частях костей или в полостях клеток растений (фото 14). Грунтовая вода может также растворять первичное вещество раковин или костей и замещать его каким-либо другим веществом, обычно кремнеземом, иногда в виде опала; реже, при соответствующем химизме среды, происходит замещение каким-либо редким минералом, как, например, чистым серебром. Наконец, окаменение может совершаться путем естественной возгонки, происходящей глубоко под землей. При этом процессе водород и кислород, содержавшиеся в исходном органическом веществе, медленно выделяются в виде различных газов и остается только углерод. Таким образом, форма организма, очень часто это бывают рыбы, сохраняется в виде почти чистого угля (фото 15).

Фото 15. Рыба длиной 15 см (род Redfieldius), сохранившаяся в углефицированном виде в результате естественной возгонки в триасовых сланцах (Дурхэм Конн, США)

Хотя большая часть известных нам ископаемых представляет собой окаменелые раковины и кости, существуют и другие способы консервации организмов. В слоях ила и глины, отложенных на дне глубоких озер, часто встречаются отпечатки листьев (фото 16). Листья опускаются на дно озера и постепенно покрываются отложениями. Вещество листа разлагается, но отпечаток его формы остается. Иногда таким же образом сохраняются отпечатки насекомых (фото 36).