Текст книги "Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого"

Автор книги: Андрей Лапо

сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 14 страниц)

Глава шестая. Метабиосфера

Стало очевидным единство стратисферы Земли, как результат развития былых биосфер планеты.

Б. С. Соколов. 1975

На Среднем проспекте в Ленинграде все пространство между 19‑й и 20‑й линиями занимает величественное здание, отделанное серым камнем. По праву его называют «Дворцом геологии». Когда-то здесь помещался Геологический комитет – по существу, единственное геологическое учреждение дореволюционной России, а сейчас размещены три головных учреждения Министерства геологии СССР: Всесоюзный геологический институт имени А. П. Карпинского (ВСЕГЕИ), Всесоюзная геологическая библиотека и Центральный геологоразведочный музей имени Ф. Н. Чернышева. Просторный, светлый вестибюль, широкая, идущая до самого верха лестница. Ее ступени выложены плитами так называемого ортоцератитового известняка с остатками ортоцерасов (вымерших головоногих моллюсков) и морских лилий. А у подножия лестницы – другие нерукотворные создания природы: глыба каменного угля из Донбасса, ископаемые стволы деревьев, шедевр мезозойской эры – аммонит. Следы былых биосфер…

В январе 1959 г. во «Дворце геологии» открылась V сессия Всесоюзного палеонтологического общества (ВПО). Такие сессии собираются каждый год; но тема этой была необычной: «Значение биосферы в геологических процессах».

Этот представительный форум – на нем присутствовало больше 500 ученых – был первым научным съездом, где так разнообразно и всесторонне была рассмотрена роль живого вещества в формировании земной коры. Ее инициатор, известный советский палеонтолог, впоследствии – лауреат Ленинской премии, Борис Павлович Марковский (1895—1966) сделал программный доклад «Жизнь как геологический фактор». А потом были заслушаны многочисленные более специальные сообщения, посвященные вопросам биогенного происхождения карбонатных пород, горючих ископаемых, железных и марганцевых руд, фосфоритов, бокситов…

V сессия ВПО подвела итог исследований, проведенных за несколько десятилетий, прошедших после опубликования работ Вернадского о биосфере. Но этим не исчерпывается ее значение – одновременно она открыла новый этап исследований роли жизни в геологических процессах. А ровно через 20 лет в том же зале собралась XXV, юбилейная, сессия ВПО, посвященная теме «Палеонтология и эволюция биосферы».

Идеи В. И. Вернадского по праву обрели всеобщее признание. В блестящую плеяду ученых, достойно развивающих эти идеи, входят многие современники и младшие современники Вернадского. Их усилиями достигнуты выдающиеся успехи в исследовании роли жизни в формировании земной коры. Этому вопросу и посвящена последняя глава нашего повествования.

Говорят, что настоящее – это ключ к познанию прошлого. Мы воспользуемся этим ключом, чтобы лучше понять, как формировались осадочные породы в геологическом прошлом. Однако пользоваться им будем осторожно, поскольку это все-таки ключ, а не отмычка, и не ко всем дверям (в нашем случае фациальным обстановкам) он подходит.

В самом упрощенном виде осадочная оболочка Земли – это стратиграфически наложенные друг на друга следы былых биосфер нашей планеты. Все вместе они слагают метабиосферу Земли: многокилометровую оболочку, облик которой в значительной мере определяется деятельностью живого вещества.

Осадочные породы согласно современным классификациям разделяются на следующие группы: 1) обломочные; 2) глинистые; 3) аллитные; 4) железистые; 5) марганцевые; 6) фосфатные; 7) карбонатные; 8) кремнистые; 9) соли; 10) каустобиолиты.

Все осадочные породы Земли (вплоть до самых древних) сформировались в условиях биосферы. Думается, что этот тезис в наиболее краткой форме выражает геологический аспект учения Вернадского. В той или иной форме живое вещество принимает деятельное участие в формировании всех осадочных пород, и все они включают в себя какое-то (пусть иногда и малое) количество палеобиогенного вещества. Соотношение абиогенного и палеобиогенного вещества в породах может быть различным: от ископаемых углей, малозольные разновидности которых почти нацело сложены палеобиогенным органическим веществом, и известняков, состоящих из палеобиогенного неорганического вещества, – до песчаников, где палеобиогенного материала может быть совсем немного. При этом палеобиогенное вещество в осадочных породах весьма разнообразно: растительный детрит, различные остатки организмов (миоспоры, крупномерные фрагменты растений, остатки планктона, спикулы губок, зубы акул, раковины, кости позвоночных и т. д.), янтарь, копролиты и такие микробиогенные минералы, как, например, сульфиды, карбонаты, гидроокислы железа и т. д. Выходит, что не так уж далек от истины был Омар Хайям, утверждая:

 
Эти мертвые камни у нас под ногами
Прежде были зрачками пленительных глаз…
 

Рассмотрение пород, слагающих осадочную оболочку Земли, начнем с карбонатных. Роли жизни в их формировании В. И. Вернадский придавал особое значение и выделял даже, как уже упоминалось, особую «кальциевую функцию» биосферы.

На долю карбонатных осадков приходится около половины всей площади современных донных отложений Мирового океана. Широкий пояс карбонатных осадков располагается главным образом между 30° с. ш. и 30° ю. ш., но отдельные языки карбонатных илов пересекают эти границы. По А. П. Лисицыну, они делятся на два типа: планктогенные и бентогенные (обе жизненные пленки океана создают, таким образом, собственные типы карбонатных осадков). Планктогенный подтип представлен фораминиферовым (преобладающий класс), кокколитовым и птероподовым илами.

Фораминиферы относят к подцарству простейших. Их современные представители – микроскопические создания. Среди вымерших форм существовали и довольно крупные организмы. Таковы нуммулиты – гиганты среди одноклеточных, достигавшие 10—16 см. В переводе с латинского их название обозначает «каменные монетки». Нуммулиты, действительно, напоминают окаменевшие монетки. Азербайджанская легенда рассказывает, что это деньги богача, не подавшего милостыню нищему. К органическим остаткам нуммулиты начали относить только в XVIII в., а вот использовать нуммулитовые известняки стали значительно раньше: из них построены египетские пирамиды. Появились фораминиферы в кембрии, а начиная с карбона они приобретают важную роль в карбонатонакоплении.

Кокколитовые илы сложены остатками микроскопических золотистых водорослей кокколитофорид. Панцири кокколитофорид смонтированы из щитков, состоящих, в свою очередь, из отдельных кристаллов карбоната кальция. Отмирая, кокколитофориды распадаются на отдельные щитки, которые со временем превращаются в тончайший карбонатный ил.

Наконец, наименее распространенными являются птероподовые илы. Исходным материалом для их формирования послужили раковины мелких (0,3—10 мм) брюхоногих моллюсков – птеропод.

Другая пленка жизни – донная – формирует бентогенные карбонатные отложения, которые также разделяются на несколько классов.

Первый класс – ракушечные, или моллюсковые, отложения, встречающиеся главным образом на морском мелководье. Огромные ракушечные поля известны на восточной и северной окраине Каспия, в северо-западном углу Черного моря, на Багамской отмели, у побережья Флориды. Таково и прибрежье Азовского моря, которое даже прозвали «моллюсочным». Ракушка на мелководье интенсивно измельчается, и описываемые отложения часто представлены раковинными песками. В прежние геологические эпохи ракушечные отложения также слагались остатками моллюсков, хотя в палеозое большую роль в их формировании играли и брахиоподы. Другой распространенный класс бентогенных карбонатных отложений – кораллово-водорослевый – формируется в рифовых сгущениях жизни. Менее распространены остальные типы: фораминиферовый (фораминиферы бывают не только планктонными, но и бентосными); мшанковый; осадки смешанного состава, сложенные остатками иглокожих, остракод, серпулид и балянусов.

Современные бентогенные карбонатные отложения морских экосистем формируются двумя сгущениями жизни: прибрежным и рифовым. На остальной акватории океана известковые отложения образует планктонная пленка жизни. Видимо, принципиально такой же была схема карбонатонакопления и в геологическом прошлом (см. рис. 14), хотя видовой состав карбонатосаждающих организмов и положение уровня карбонатной компенсации, естественно, были иными.

Современное карбонатонакопление, помимо морей, происходит и в озерах, причем характер протекающих здесь процессов существенно иной. По мнению известного советского микробиолога, члена-корреспондента АН СССР Сергея Ивановича Кузнецова, осаждение карбонатов в озерах происходит как под действием процессов выпаривания пересыщенных растворов (это наблюдается, например, в озере Севан), так и благодаря геохимической деятельности бактерий. При этом в озерах бактерии выступают не в роли непосредственных концентраторов карбоната кальция – они лишь создают условия, способствующие его осаждению (проявляется, таким образом, средообразующая функция живого вещества). В прибрежной части озер местами намывается ракуша.

Таковы современные морские и озерные карбонатные осадки – накапливающиеся на наших глазах прообразы карбонатных пород метабиосферы.

Карбонатные породы по минеральному составу разделяются на кальцитовые (с преобладанием кальцита, имеющего формулу CaCO₃), доломитовые (с преобладанием минерала доломита CaMg[CO₃]₂) и породы смешанного состава. Кальцитовые породы включают в себя главным образом разнообразные известняки и еще одну горную породу, с которой мы теснее всего соприкасаемся в возрасте от 7 до 17, – писчий мел. По мере углубления исследований и накопления данных о кальцитовых породах все бо́льшая доля их оказывается биогенной.

О том, что многие известняки образовались из скелетных остатков организмов, писал еще Николай Стенон (1638—1686), а первые микроскопические исследования известняков произвел в 70‑е годы прошлого века известный английский натуралист Генри Клифтон Сорби (1826—1908). Немало способствовали «обиолитчиванию» известняков прекрасные «Атласы породообразующих организмов», выпущенные в 30‑е годы французским ученым Люсьеном Кайе (1864—1944) и нашим соотечественником, учеником Я. В. Самойлова – Владимиром Петровичем Масловым (1891—1968).

В настоящее время в отложениях разного возраста выделены фораминиферовые, пелециподовые, брахиоподовые, мшанковые, криноидные и многие другие типы известняков, сложенные разнообразными скелетными остатками организмов. Многие из них характерны только для определенного возраста. Академик Л. С. Берг писал: «Никогда в истории Земли не появятся вновь фации археоциатовых известняков (кембрий), строматопоровых известняков (силур и девон)… фузулиновых и швагериновых известняков (карбон, пермь), нуммулитовых известняков (палеоген) и т. д. Ибо организмы, характерные для названных фаций, вымерли». Существуют и бактериогенные известняки, на возможность образования которых первым в 1893 г. указал Н. И. Андрусов. Что касается докембрийских известняков, среди которых распространены строматолиты, то раньше их скопом относили к хемогенным, а сейчас постепенно переводят в разряд биогенных[67]67
  О докембрийских биогенных известняках в увлекательной форме рассказывает А. Г. Вологдин в своей книге «Земля и жизнь», вышедшей двумя изданиями в 1963 и 1976 гг.


[Закрыть]. К числу биогенных относятся и копролитовые известняки – горная порода, исходным материалом для которой послужили фекалии илоедов, перерабатывавших известковый ил. Известны они по крайней мере с ордовика и нередко слагают целые пласты. А в детритовых известняках наглядно проявляется не только конструктивная, но и деструктивная роль жизни: измельчение и переотложение известкового субстрата в результате деятельности живых организмов (об этом упоминалось в четвертой главе).

Своеобразной кальцитовой породой является писчий мел. Полоса его отложений протягивается через всю Европу – от Англии до берегов Эмбы. Первые работы по установлению природы мела были выполнены знаменитым немецким натуралистом Кристианом Готфридом Эренбергом (1795—1876). Он предполагал, что мел образовался из фораминифер и частиц абиогенного происхождения. А современные исследования, проведенные профессором Харьковского университета Станиславом Ивановичем Шуменко, показали, что писчий мел на 90—98% состоит из кокколитов, причем в 1 см³ породы их насчитывается 10¹⁰—10¹¹ экземпляров! Характерен писчий мел только для верхнемеловых отложений. Это связано с необычайным расцветом кокколитофорид в морях того времени, более никогда не повторявшимся. Современные кокколитовые илы – лишь слабый отзвук мощных карбонатных толщ, накопившихся за период, который по праву называют меловым.

Долгое время оставалось неясным, почему в писчем меле отсутствует слоистость. Разрешить эту проблему помог метод пропитки мела машинным маслом, разработанный известным советским литологом Г. И. Бушинским (1903—1980). После такой обработки становится отчетливо видно, что кокколитовый ил, из которого образовался мел, был интенсивно переработан илоедами и неоднократно пропущен ими через кишечный тракт. Слоистость в результате этого была утрачена.

Доломитовые породы получили свое название в память об их первооткрывателе – французском минералоге Д. Доломье (1750—1801). Когда заходит речь о доломитах, в геологических статьях и руководствах появляются горестные нотки. «Немного известно пород, по вопросу о происхождении которых было бы высказано так много самых разноречивых мнений и предположений, и происхождение которых, тем не менее, оставалось бы столь же спорным и неясным, как происхождение доломитов», – сетует профессор М. С. Швецов (1885—1975). Лишь недавно было установлено, что в современную геологическую эпоху доломит накапливается в водных экосистемах, характеризующихся высокой соленостью, высоким pH вод и обильной растительностью (большой вклад в познание этого процесса внесли советские геологи Н. М. Страхов и Д. Г. Сапожников).

Доломитообразование в этом случае обусловливается средообразующей деятельностью автотрофного живого вещества: в ходе фотосинтеза растения извлекают из воды растворенную в ней углекислоту, что приводит к повышению pH и способствует химической садке доломита.

Существуют разнообразные доказательства образования доломита в результате жизнедеятельности организмов. Так, еще в конце прошлого века русский ученый, профессор Александр Андреевич Вериго (1837—1905) сообщил об интересных опытах по выяснению влияния бактерий на образование доломитов. По этим данным, ил, помещенный в пробирку и зараженный одним из видов бактерий, через полтора года существенно изменился: в нем появились желтовато-белые шарики, оказавшиеся при анализе доломитом; в контрольных же пробирках (без бактерий) образования доломита не наблюдалось. Позднее, уже в 50‑е годы, французский исследователь Ц. Лало пришел к выводу, что на мелководье в условиях интенсивного освещения бактериогенные карбонаты (в том числе и доломит) можно получить из любого осадка при достаточном количестве органического вещества и повышенной температуре.

К настоящему времени установлено широкое распространение доломитов, переполненных остатками цианобактерий, в отложениях разного возраста: пермских (Донбасс, Приуралье, Северная Америка), кембро-силурийских (Сибирская платформа) и позднедокембрийских (север Сибири, хребет Каратау). Наиболее характерными из них являются доломиты с обильными остатками цианобактерий рода Collenia.

Загадка доломита начинает проясняться.

Итак, биогенные карбонатные породы образуются в результате деятельности как планктонной, так и (в меньшей степени) донной пленки жизни в экосистемах Мирового океана и внутриконтинентальных водоемов. Интенсивность карбонатонакопления в геологическом прошлом в значительной степени определялась палеогеографической обстановкой и содержанием в атмосфере углекислого газа, выделяющегося при вулканических процессах. Член-корреспондент АН СССР Александр Борисович Ронов так формулирует основной закон карбонатонакопления: «Количество карбонатных осадков, отлагавшихся в ту или иную эпоху после докембрия, было прямо пропорционально интенсивности вулканической деятельности и площади распространения внутриматериковых морей».

Вспомним таблицы, систематизирующие характер и локализацию процессов, осуществляемых живым веществом, и его основные функции в биосфере (см. табл. 4, 5). Обратившись к ним, мы видим, что в формировании кальцитовых пород обычно проявляется концентрационная функция живого вещества, осуществляемая внутри организма (построение скелета) и значительно реже – средообразующая. При образовании же доломитовых пород главной является средообразующая функция (при подчиненной роли концентрационной), причем формирование доломита (за редчайшими исключениями) происходит не внутри, а вне организма.

Кремнистые породы во многом близки по своему происхождению к карбонатным. Кремнистыми называют горные породы, состоящие в основном из минералов кремнезема: опала, халцедона или кварца (обломочные кварцевые породы – песчаники и алевролиты – в эту группу не входят).

«Вся история кремния в океане целиком обусловлена процессами жизни», – писал Вернадский[68]68
  Вернадский В. И. Биогеохимические очерки. М.—Л., Изд-во АН СССР, 1940, с. 42.


[Закрыть]. Достижения науки за последние полвека подтвердили этот тезис Владимира Ивановича. Установлено, что отложение кремнистых осадков осуществляется главным образом в морских экосистемах, в меньшей степени – в экосистемах континентальных водоемов (рис. 13). Осаждение кремнезема производят организмы, которые издавна называют «кремниевыми»: диатомовые водоросли, или диатомеи (они содержат 90% всего кремнезема, находящегося во взвеси в Мировом океане), радиолярии, губки и силикофлагеллаты, а в пресноводных озерах – почти исключительно диатомеи. Никаких признаков хемогенного осаждения кремнезема в современных водных экосистемах не обнаружено.

Среди кремнистых пород, сложенных преимущественно скелетными остатками организмов, выделяются четыре типа: диатомиты, силикофлагеллиты, радиоляриты и спонголиты. Первые три типа кремнистых пород являются планктогенными, а спонголиты – бентогенными образованиями.

Наиболее чистые диатомиты – это светлые (белые или желтоватые) тонкопористые породы, сложенные в основной своей массе микроскопическими панцирями диатомовых водорослей. Количество цельных панцирей диатомей в 1 см³ достигает нескольких миллионов. Чистые диатомиты мало соответствуют представлению об обычных горных породах как о «камне»: они очень мягкие (ими можно писать на доске), пористые (пористость достигает 70—90%), наконец, легкие: их объемный вес в куске не превышает единицы, а у некоторых разностей составляет 0,5—0,7 и даже 0,25—0,30 г/см³ (рассказывают, что А. Е. Ферсман и в отпуске собирал камни, а носильщик на вокзале удивлялся: «Ну и чемодан! Камнями, что ли, набили?» Если бы Ферсман собирал в отпуске только диатомиты, у носильщика не было бы претензий).

Чтобы понять необычные свойства диатомитов, нужно обратиться к их исходному материалу – диатомовым водорослям.

В переводе с греческого «диатомея» значит «разделенная пополам». Панцири диатомей действительно состоят из двух частей, заходящих одна в другую. Из привычных нам вещей панцирь диатомей больше всего напоминает, наверно, дырчатый разъемный футляр для зубной щетки – только диатомеи пористые по всей поверхности своего тела, да и форма у них более разнообразная: дисковидная, веретенообразная, призматическая… Морские диатомиты известны начиная с верхнего мела и залегают в виде пластов мощностью в десятки и сотни метров. Озерные диатомиты появились только в эоцене и распространены меньше.

Рис. 13. Схема формирования кремнистых пород в биосфере: 1 – кремниевые организмы континентальных водоемов; 2 – кремниевые организмы морей

Если диатомиты – наиболее распространенные среди биогенных кремнистых пород, то описанные сравнительно недавно У. Г. Дистановым и З. И. Глезер силикофлагеллиты – самые редкие. Сложены они остатками другого представителя фитопланктона – кремниевых жгутиковых водорослей, или силикофлагеллат. В неогеновых толщах Юго-Восточной Европы силикофлагеллиты образуют самостоятельные пласты.

Радиоляриты, как и предыдущие типы кремнистых пород, также сложены остатками планктона, однако радиолярии в отличие от диатомей и силикофлагеллат представляют собой не фито‑, а зоопланктон. Название «радиолярии» происходит от лат. radius – луч (радиолярии иначе называют лучевиками). Сложно построенный микроскопический скелет радиолярий представляет собой ажурный шар, от которого во все стороны, но строго закономерно, отходят длинные иглы. И кажется, что радиолярии созданы природой специально для изучения законов симметрии и совершенства. Кто-то назвал радиолярии самыми изящными и красивейшими образованиями, которые существуют в животном мире.

Известны радиолярии с кембрия. По сравнению с диатомитами радиоляриты имеют меньшее распространение, однако мощность их пластов иногда достигает 38 м (палеоген о. Барбадос). Значительно более широкое развитие (по сравнению с «нормальными» радиоляритами) имеют радиоляриевые глины – породы, где панцири радиолярий обильно разбавлены терригенным материалом.

Что касается спонголитов, то они когда-то считались очень редкими, а сейчас пласты морских спонголитов мощностью до 10—15 м известны в меловых и палеогеновых отложениях Украины, Кавказа и Центральной Европы, палеозое Приуралья, Северо-Востока СССР и других районов. Найдены и пресноводные спонголиты, мощность которых достигает 6—10 м. Современные спонголиты известны в Баренцевом море. Спонголиты представляют собой однородные мелкозернистые породы, состоящие из спикул донных животных, так называемых «кремниевых» губок. Спикулами называют элементы, из которых построен скелет губок. При их жизни скелет связан воедино органическим веществом, а после отмирания губок он распадается на отдельные спикулы. Длина спикул может достигать 2—3 мм, поперечное сечение измеряется сотыми долями миллиметра, а форма – очень разнообразна: от простой (игловидной) до изогнутой и звездчатой[69]69
  Спикулы современных пресноводных губок продаются в аптеках под названием «бодяга».


[Закрыть].

Нет сомнений, что все рассмотренные типы кремнистых пород, безусловно, сложены биогенным кремнеземом (опалом). Происхождение других кремнистых пород – трепелов, опок, яшм – вызывает дискуссии. Органические остатки в них довольно редки, и многие литологи считают эти породы хемогенными. Существует, однако, мнение, что опоки и трепелы образовались из диатомитов и спонголитов, а яшмы – из радиоляритов, утративших свою первичную структуру в ходе процессов диагенеза и катагенеза. Еще в конце прошлого века академик Феодосий Николаевич Чернышев, именем которого назван Геологоразведочный музей в Ленинграде, обнаружил в яшмах Южного Урала остатки обильной фауны радиолярий. «Наши яшмы представляют, несомненно, глубоководный шлам, – писал Чернышев в 1889 г., – причем кремнезем панцирей радиолярий и дал главнейший материал для скоплений кварца, рассеянных по всей массе породы». В первые десятилетия нашего века идею о преобладающем биогенном происхождении кремнистых пород высказывал Я. В. Самойлов. А недавнее исследование, выполненное в Институте литосферы АН СССР Валентиной Сергеевной Вишневской, показало, что породы, сложенные скелетными остатками кремневых организмов, составляют более 90% всех изученных ею кремнистых пород верхней юры – нижнего мела восточной части Малого Кавказа. На долю достоверно абиогенных пород, сформировавшихся вблизи подводных гидротерм из пересыщенных растворов, приходится менее 1% кремнистых толщ этого региона.

Кремнистые осадки образуются в биосфере в результате концентрационной функции живого вещества. И в современную геологическую эпоху, и в геологическом прошлом (начиная с кембрия) накопление биогенного кремнезема происходило главным образом в морских экосистемах. При этом если первоначально оно осуществлялось донной пленкой жизни (кремневые губки) и зоопланктоном (радиолярии), то начиная с конца мезозоя основная роль в кремненакоплении переходит к фитопланктону (диатомеям). Озерное кремненакопление началось только в эоцене с появлением пресноводных форм диатомей и губок и имеет подчиненное значение.

Рассказ о кремнистых породах закончим словами Вернадского: «Хотя в истории кремния роль организмов не так ярка, как в истории кальция, но и здесь без нее история данного химического элемента не может быть нами понята»[70]70
  Вернадский В. И. Живое вещество. М., Наука, 1978, с. 60.


[Закрыть].

Каустобиолиты – третья группа осадочных пород, характеризующаяся значительными концентрациями биогенного вещества. Термин «каустобиолиты» образован от трех греческих слов: «каустос» – горючий, «биос» – жизнь и «литос» – камень. Каустобиолитами являются торфы, сапропели, угли, горючие сланцы и нефть – современные осадки и горные породы, сложенные главным образом биогенным органическим веществом. «Органическое вещество, проникающее все вещество доступной изучению земной коры, все – биогенного происхождения… Медленными геологическими процессами эти органические вещества, остатки тел и метаболизма организмов из биосферы попадают в стратисферу, в метаморфическую оболочку», – писал Вернадский[71]71
  Вернадский В. И. Соч., т. 4, кн. 2, с. 93.


[Закрыть]. Наиболее интенсивное накопление органического вещества в современной биосфере происходит в болотах и некоторых озерах. Особняком стоит аккумуляция необиогенной органики в океанах.

Обыденные понятия не всегда легко поддаются определению. Так, непросто определить, что такое болото. Существует и такое определение: «Болото можно охарактеризовать или как озеро, но со связанной водой, или как сушу, содержащую обычно 90% воды и лишь 10% сухого вещества». Действительно, одна часть сухого торфа способна удержать 15—25 частей воды! Оптимальными для торфонакопления условиями характеризуются громадные пространства территории нашей страны с умеренным гумидным климатом. Советскому Союзу принадлежит 60% мировых запасов торфа.

Климатические условия являются для болотообразования «пусковым механизмом». В процессе развития торфяника роль климатических факторов уменьшается. Болото постепенно становится экосистемой, в значительной мере развивающейся по своим внутренним законам и сравнительно мало зависящей от внешней среды. Подчеркивая специфичность условий образования каустобиолитов, известный советский геолог К. Г. Войновский-Кригер (1894—1979) писал: «Накопление растительной массы, очевидно, подчинено не таким закономерностям, как накопление песка и алеврита: кроме геоморфологического фактора, здесь участвует и, может быть, играет основную роль биологический фактор». А наибольшие шансы перейти в ископаемое состояние имеют приморские и прибрежно-озерные торфяники в зонах прогибания земной коры.

Другим типом экосистем, где происходит накопление необиогенного органического вещества, являются континентальные водоемы. Здесь в противоположность торфяникам накапливаются главным образом не остатки высших растений, а «сапропель» (по-гречески это значит «гнилой ил»): скопление остатков фито‑ и зоопланктона, донных и свободноплавающих организмов и экскрементов животных.

Наконец, биогенное органическое вещество накапливается и в морских экосистемах, главным образом в мелководных лагунах. Основным фактором, который контролирует накопление необиогенного вещества в Мировом океане, является циркумконтинентальная зональность. По данным известного советского геохимика, лауреата премии им. В. И. Вернадского Евгения Александровича Романкевича, в периферических районах океана накапливается 87% всего органического вещества океана, в краевой части ложа – 10%, а в центральных областях – только 3%.

Рис. 14. Схема формирования каустобиолитов и карбонатных пород в биосфере: 1 – организмы – сапропелеобразователи; 2 – карбонатные организмы

Так происходит накопление органического вещества в современной биосфере. Тем же путем происходило накопление биогенной органики и в геологическом прошлом (рис. 14). «Образование каменных углей имеет связь с болотами, с большими скоплениями растений, свойственными странам с сырым климатом, в устьях и дельтах больших рек, в равнинах их бассейнов, на берегах континентов и островов, в низинах областей приливов и отливов. Это все большие сгущения жизни, где масса органической материи, находящейся в состоянии медленного разложения, огромна. Возможно, что это самые большие сгущения жизни, нам вообще известные на суше», – писал Вернадский[72]72
  Вернадский В. И. Соч., т. 1, с. 175.


[Закрыть].

Ископаемые угли известны с девона – с того времени, когда в биосфере возникли леса. Черные, на первый взгляд невзрачные, ископаемые угли под микроскопом в шлифах чаруют гаммой оранжево-красных тонов. Сложены они большей частью углефицированными растительными тканями (их называют фитералами: суффикс тот же, что и в слове «минерал», а корень «фито» по-гречески – растение). В последнее время разработаны методы их диагностики: определяют исходный орган растения, его систематическую принадлежность и способ превращения. По этим данным можно составить представление о растительности, послужившей исходным материалом для формирования угля. Состав углей в ходе геологической истории существенно менялся. В карбоновых углях много спор; в позднекарбоновых углях впервые появляются массивные стволы древесных растений (раньше древесные растения были преимущественно трубчатыми, как сейчас бамбук, или же обладали рыхлой центральной частью – как камыш); в мезозое встречаются угли, спрессованные из листьев голосеменных или из иголочек смолы; для палеогена и неогена характерны лигниты – остатки хвойных с макроскопически различимой структурой древесины и т. д.

Биогенное вещество, образованное гетеротрофами, в углях встречается довольно редко; главным образом это грибы, в палеогеновых и неогеновых углях наиболее распространенные. Найдены также остатки бактерий, членистоногих, позвоночных. Самые удивительные находки сделаны на двух буроугольных месторождениях Центральной Европы: Гейзельталь (палеоген) в ГДР и Турув (неоген) в Польше. Здесь найдены остатки богатой и разнообразной фауны позвоночных (вспомним цитированные выше слова Вернадского о «самых больших сгущениях жизни»): рыб, земноводных, пресмыкающихся (крокодилов, ящериц, змей), птиц, наконец, млекопитающих: тапиров, лошадей, сумчатых крыс, летучих мышей, полуобезьян. А в угле одного из небольших месторождений Италии известный западногерманский углепетрограф М. Тайхмюллер описала останки молодой особи «почти человека» – человекообразной обезьяны близкого нам рода. Малыш утонул в болоте…

Если ископаемые угли соответствуют древним торфам, то горючие сланцы образовались из сапропелей, накапливающихся иногда в озерных, а чаще – в морских экосистемах. Классик литологии, академик Николай Михайлович Страхов (1900—1978) еще в 30‑е годы выделил следующие типы горючих сланцев: а) пелагические планктогенные горючие сланцы; б) пелагические бентогенные горючие сланцы; в) горючие сланцы заливного и предустьевого типов; г) горючие сланцы рифового типа. Легко заметить, что эти типы горючих сланцев сформированы различными концентрациями жизни, выделяемыми Вернадским: планктонной и донной пленками и прибрежным и рифовым сгущениями жизни. Биогенный материал горючих сланцев интенсивно перерабатывался донными организмами, и поэтому распознавание органических остатков в горючих сланцах иногда затруднительно. Тем не менее советский палеоботаник Михаил Дмитриевич Залесский (1877—1946), выполнивший классические исследования исходного материала горючих сланцев, установил, что их органическое вещество представлено главным образом остатками фитопланктона. Позднее было показано, что существуют и «полугорючие» сланцы, где в составе органического вещества преобладают остатки зообентоса (диктионемовые сланцы ордовика) и зоопланктона (доманиковые сланцы девона). В значительной мере биогенной является и неорганическая составляющая горючих и «полугорючих» сланцев: здесь обильно представлены панцири диатомовых водорослей, спикулы кремневых губок, остатки радиолярий и разнообразных организмов с карбонатным скелетом.