Текст книги "История Земли"

Автор книги: Ричард Фостер Флинт

сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 26 страниц)

Окружающая среда в прошлом

Только сейчас, когда Земля перенаселена видом Homo sapiens, человек начинает познавать природную среду и взаимосвязи ее отдельных типов. Но ученым, изучающим природу, давно известно, какое большое значение имеет влияние, оказываемое средой на развитие всех организмов. Они пришли к пониманию того, что условия среды определяют пространственное распространение растений и животных, а также сложный путь их эволюции.

Принцип актуализма гласит, что горы, равнины и плато, реки и озера, аллювиальные днища долин, дельты, пляжи, песчаные пустыни и другие формы поверхности суши и дна мелководного моря, которые существуют сейчас, должны были существовать в прошлом (фото 20). Находки ископаемых свидетельствуют, что в любой момент геологической истории растения и животные были приспособлены к существовавшим тогда условиям в такой же степени, как их современные аналоги к существующей среде. Это соответствие настолько ясно, что даже там, где нет прямых свидетельств, ископаемые формы вымерших организмов считаются доказательствами существования природных условий, в общих чертах сходных с теми, в которых обитают наиболее близкие к ним современные организмы.

Фото 20. Волноприбойная рябь в песчаниках Дакоты, выходящих в Скалистых горах, в Колорадо. Хотя возраст этой ряби, возможно, насчитывает 100 миллионов лет, она не отличается от ряби, образующейся вдоль современных побережий. Эта рябь была создана на мелководье медленным течением, двигавшимся слева направо, в море, показанном на рис. 38. На величину отдельных гребней указывают современные листья осины

Природные условия, восстановленные по стратиграфическим данным. Как ископаемые организмы, так и физические свойства пластов, в которых они обнаружены, содержат сведения о распределении гор, мелководных морей и других крупных форм на континентах в прошлом. Правда, сами континенты медленно перемещались по поверхности Земли вместе с несущими их плитами земной коры, причем движение это могло происходить как непрерывно, так и прерывисто. Чем более удален от нас момент времени, тем менее мы можем быть уверены в том, где находился каждый континент в этот момент. Но несмотря на затруднения, проистекающие из этого, мы можем установить положение прежних мелководных морей, гор и т.п. в пределах любого отдельного континента, например Северной Америки. Мы можем даже составить серию схематических карт континента, показывающих, как менялись во времени основные черты его поверхности.

Большей частью наши исследования ограничиваются последними 600 миллионами лет или около того, то есть отрезком времени, который в таблице 3А обозначен как фанерозой. Как уже говорилось, более древние слои содержат слишком мало ископаемых остатков, а их первичные физические свойства были изменены или уничтожены метаморфизмом.

Вышесказанное приводит нас к следующему выводу: в течение всего фанерозоя типы природной среды, существовавшие на континентах и шельфах, были во многом сходны с существующими сейчас. Но пространственное положение их постоянно менялось. Эти изменения вызывались местными поднятиями или прогибаниями поверхности, перемещениями плит земной коры в более высокие или более низкие широты с различным климатом, а также предположительно столкновениями континентов или излияниями магмы на поверхность, в результате которых образовывались вулканические конусы или обширные лавовые покровы.

Моря, побережья и возвышенности в ордовикское время. Для того чтобы понять, каким образом изучаются природные условия прошлого, рассмотрим сильно отличающуюся от современной обстановку, существовавшую на известной нам территории Северной Америки в определенный момент времени в конце ордовика, около 465 миллионов лет назад. Отложения, накапливавшиеся тогда на территории современных штатов Нью-Йорк, Пенсильвания, Огайо и на юге Онтарио, хорошо сохранились и во многих местах выходят на поверхность, оказываясь, таким образом, легко доступными для изучения. При прослеживании их с запада на восток устанавливается изменение их характера. В Огайо и западном Онтарио породы этого возраста представлены довольно тонкими, почти горизонтально залегающими слоями известняков с богатой ископаемой фауной беспозвоночных, типичной для дна мелководного моря. Эти слои свидетельствуют о том, что эту часть Северной Америки занимал мелководный морской бассейн, в котором обитало большое количество разнообразных растений и животных. Общая картина, вероятно, напоминала картину, изображенную на рисунке 37. Вода, очевидно, в этом бассейне была чистой, так как известняки состоят главным образом из кальцита; примесь глинистых частиц, которые могли бы загрязнять воду, невелика.

Рис. 37. Природные условия юго-восточной части современной области Великих озер в конце ордовика. Пунктирными линиями на верхней поверхности блок-диаграммы показано положение границ штатов и современные контуры Великих озер. Длина передней части блока – около 1120 км

Однако по мере продвижения на восток мы обнаруживаем всевозрастающее содержание глины в этих пластах, которое в конце концов достигает такой величины, что породы переходят в аргиллиты. Далее появляются песчаные частицы, и аргиллиты сменяются восточнее алевролитами, а затем песчаниками. В этом же направлении увеличивается и мощность пластов. Эта смена типов пород сопровождается изменением характера слоистости и исчезновением морских ископаемых организмов.

Согласно нашей интерпретации, такие перемены объясняются тем, что при движении на восток мы переходим из области древнего моря, пересекая побережье, в область низменной пологой древней береговой равнины. Последняя была создана процессами накопления аллювия, отложенного реками, которые текли с востока на запад. Возрастание крупности зерен осадков в восточном направлении означает, что верховья рек находились в пределах холмистой шш низкогорной области к востоку от береговой равнины. Уклоны потоков должны были быть настолько велики, чтобы сделать возможным перенос песчаных частиц.

Сортировка материала горных пород в пределах холмистой области осуществлялась химическим выветриванием, как это было описано в пятой главе; не измененные выветриванием частицы кварца выносились на запад, по направлению к морю. Все эти частицы, соответствующие по крупности песку или алевриту, как и большая часть глинистых частиц, отлагались в пределах береговой равнины. Далее по направлению к морю вода, не содержавшая глинистых частиц, должна была быть чистой и представлять благоприятную среду для обитания многих животных и некоторых морских растений.

Мы почти не находим свидетельств существования песчаных пляжей в эпоху формирования рассматриваемых отложений. Это не удивительно, так как часть отложений, состоящих из песчаников, располагается дальше к востоку. Вблизи побережья пески, которые могли бы образовать пляжи, почти полностью отсутствовали, и берег был низменным и топким, напоминавшим современную дельту реки Миссисипи. Действительно, берег к югу от Онтарио представляется состоящим из целого ряда больших и малых дельт. Что касается растительности, то нет никаких данных, указывающих на произрастание на суше в эти древние времена каких-либо растений. Поэтому можно предполагать, что в ордовике береговая равнина представляла собой обширную обнаженную илисто-песчаную поверхность, увлажненную и пересеченную мутными, медленно текущими реками. Окажись там человек, он нашел бы эту обстановку крайне непривлекательной.

Холмы и низкогорье, поставлявшие глинистые продукты выветривания коренных пород, давно уничтожены. Сейчас на их месте располагаются выходы метаморфических пород, простирание которых (с северо-востока на юго-запад), в общем, более или менее параллельно береговой линии ордовикского моря. Холмы, являвшиеся "предками" современных Аппалачских гор, занимали часть современной территории Новой Англии. В то время, когда здесь происходило сжатие и метаморфизм пород, зона земной коры, расположенная далее к западу, постепенно прогибалась, образуя карман с большой мощностью отложений (как показано на рис. 37). Такие прогибающиеся карманы мы встречаем на континентальных шельфах.

Географические карты древних эпох. Реконструированная нами выше география древней эпохи может не быть точной в деталях, однако она в достаточной степени основана на фактах и позволяет правильно воссоздать облик древней поверхности Земли. Если в нашем распоряжении имеется достаточное количество пластов осадочных пород, то подобную реконструкцию древних природных условий можно сделать на любом участке суши для одного или нескольких периодов времени, охарактеризованных доступными для изучения осадочными породами. Совместными усилиями многих современных геологов были созданы карты, показывающие географическую обстановку Северной Америки и других континентов в различные прошлые эпохи, о которых мы можем судить по геологическим разрезам. Точность этих карт неодинакова, поскольку неодинаково количество информации, которое может быть получено из геологических слоев. Для некоторых районов или промежутков времени данные очень скудны или вообще отсутствуют – либо потому, что осадкона-копление в этих районах не происходило, либо потому, что горизонты, необходимые для точных реконструкций, были впоследствии уничтожены эрозией.

На картах показано постоянно менявшееся во времени распределение мелководных морей, равнин и различных типов гор, а также вспышек вулканической активности в том или ином районе. Рисунок каждой карты отражает постоянное взаимодействие внутренних – эндогенных – и внешних – экзогенных – процессов. Детали карт интересны главным образом для ученых, изучающих Землю. Для наших целей достаточно сравнить две карты (рис. 38), показывающие строение поверхности Северной Америки по данным реконструкций для середины девонского и позднемелового времени. Эти геологические периоды разделены промежутком времени более чем 200 миллионов лет.

Рис. 38. Слева: обобщенная карта Северной Америки в среднедевонское время, показывающая положение морских проливов (штриховка) и суши (белая). Для сравнения тонкими линиями показаны очертания современных континентов. Справа: Северная Америка в позднемеловое время. Условные обозначения те же

Северная Америка в палеозое. Если отвлечься от деталей и рассматривать лишь общую картину, то карта среднедевонской эпохи (рис. 38, левый) может быть использована для получения общего представления об условиях, существовавших на территории Северной Америки в палеозое. Главной ее особенностью было наличие двух узких и длинных внутренних морей, одно из которых располагалось в районе современного восточного побережья, а другое гораздо дальше к западу. Восточное море, показанное на этой карте, было одним из бассейнов, существовавших на месте ордовикского морского бассейна, показанного на рисунке 37. Хотя очертания его берегов менялись и по временам этот узкий пролив полностью высыхал, море снова и снова занимало свои прежние границы, что, по крайней мере отчасти, объяснялось слабым, но постоянно возобновлявшимся прогибанием земной коры в этой области.

Временами этот прогиб, по крайней мере частично, подвергался боковому сжатию, так что выполнявшие его осадки сминались в складки (рис. 37). Возможно, это явление вызывалось сближением одного континента с другим, занимавшим тогда положение вблизи нынешнего восточного побережья. Но до самого конца палеозойской эры, на протяжении более чем 300 миллионов лет, море продолжало вновь и вновь возвращаться на то же самое место, пока в результате заключительного сжатия осадки, выполнявшие прогиб, не были смяты, образовав Аппалачские горы, и весь район стал сушей. В настоящее время, после того как эти горы в течение 250 миллионов лет (всего мезозоя и кайнозоя) подвергались эрозии, удалившей огромные массы выветрелых пород, они все еще существуют как остатки некогда величественных сооружений. Наклонно залегающие слои песчаников и алевролитов устойчивы против эрозии и образуют длинные гребни, в то время как понижения между гребнями выработаны в менее устойчивых известняках и аргиллитах (фото 21).

Фото 21. Аппалачские горы южнее Гаррисберга, Пенсильвания. Хребты на заднем плане вытянуты в прямую линию и почти параллельны друг другу, гребень на переднем плане образован резко изогнутым пластом пород. Прорезавшая его по диагонали эрозия создала зигзагообразные формы

Возвращаясь к морям, существовавшим до образования Аппалачских гор, отметим, что жизнь в море развивалась в течение более 300 миллионов лет палеозойской эры и появилось множество рыб. Окружающая суша, в ордовике еще обнаженная, покрылась примитивной растительностью, появились наземные животные, образовавшие большое количество видов.

Подобной же была история и другого узкого морского бассейна Северной Америки. Он занимал зону, неоднократно подвергавшуюся прогибанию, где так же отступало и наступало море и в которой накапливались мощные толщи осадков. В мезозое море просуществовало недолго, исчезнув уже в триасовом периоде.

Северная Америка в меловое время. Внимательно рассмотрев карту среднедевонского времени и приобретя, таким образом, некоторый опыт, мы можем обратиться к карте позднемеловой эпохи (рис. 38, правый). На этой карте мы видим Северную Америку, какой она была 70-75 миллионов лет назад. Море покинуло район Аппалачей перед концом, палеозоя. Атлантический берег находился восточнее современного, за исключением полуострова Флорида, большая часть которого была затоплена. Огромные пространства восточной части континента представляли собой сушу. На карте резко выделяется довольно широкий пролив, соединявший водное пространство, находившееся на месте современного Мексиканского залива, с Северным Ледовитым океаном. Этот пролив разделял Северную Америку на две части. В районе Тихоокеанского побережья море покрывало большую часть современной прибрежной суши. Существовавшая тогда суша в основном была низменной и незначительно превышала уровень моря; обширные прибрежные пространства изобиловали болотами. Климат был мягче современного. Суша была сплошь покрыта растительностью, которая носила экзотический по сравнению с современной растительностью характер. Среди наземных животных преобладали рептилии, главным образом динозавры, процветавшие в условиях мягкого климата низменностей. В морях обитало огромное количество рыб и разнообразных беспозвоночных, а воздушным пространством завладели летающие рептилии и некоторые виды птиц.

Реконструкция природных условий

Мы рассмотрели реконструированные природные условия, существовавшие на востоке территории Северной Америки в ордовике. Мы ознакомились также с картами поверхности Северной Америки, какой она была в два различных отрезка времени в прошлом – в девонскую и меловую эпохи. На каких же данных, полученных при изучении осадочных пластов, основаны эти реконструкции? На указанных картах представлена история, и составившие их геологи в такой же мере являются историками, как и те, кто восстанавливает деяния людей в прошлом.

Для историка большой удачей является находка письменных документов, свидетельствующих о событиях, отстоящих от нас более чем на несколько тысяч лет. Хотя ученый, занимающийся историей Земли, совсем не располагает письменными документами, он может найти множество естественных документов в геологических пластах, часто содержащих ископаемые остатки. Он может пользоваться также методом радиометрического датирования, с помощью которого он, как мы видели, составил надежную хронологическую шкалу.

Примеры интерпретации природных условий. Когда ископаемые моллюски, показанные на фото 22, были собраны, определены и сопоставлены с родственными, ныне живущими видами, оказалось, что они представляют собой организмы, обитавшие не в открытом море, а в защищенных солоноватых водах, там, где реки впадают в море. Тонкие, почти параллельно залегающие слои ила, в которых они найдены, также могут указывать на условия устьевой части реки – эстуария. Путем корреляции установлена принадлежность этих ископаемых остатков к началу плейстоцена, возможно, ко времени около двух миллионов лет назад. Этот довольно молодой возраст подтверждается состоянием осадков – ил еще не превращен в твердый алевролит – и самых раковин, еще не подвергшихся окаменению. Хотя место находки ископаемых сейчас расположено в 16 километрах от моря и почти на 60-метров выше его уровня, совершенно ясно, что в то время, когда жили эти моллюски, здесь находилась приливная зона, возможно, в пределах затопленной морем долины реки Тибр. С тех пор эта часть западного побережья Италии была приподнята, что вызвало отступание моря и обсыхание ранее частично затопленного прибрежного района. Напротив, на фото 19 изображен участок в пределах штата Вайоминг, расположенный вдали от моря в средней части континента. На этом участке была обнаружена передняя конечность животного, настолько огромная, что она должна была принадлежать динозавру. Он относился к роду Diplodocus и был подобен животному, изображенному на фото 45. Будучи рептилией, этот динозавр должен был жить в сравнительно мягком климате. Строение его скелета показывает, что он ходил на четырех ногах и питался растениями, очевидно мягкими и в какой-то степени сходными с водорослями. Породы, в которых были найдены некоторые остатки, относятся к поздне-юрскому времени (возраст их предположительно 140 миллионов лет) и представлены в основном тонкозернистым аллювием и отложениями, характерными для болот и замкнутых водоемов.

Фото 22. Слоистый ил, содержащий ископаемые моллюски различных видов. Справа от середины снимка помещен карандаш длиной 12,5 сантиметров. Бассейн реки Тибр ниже Рима

По этим данным был сделан вывод, что район Вайоминга в это время представлял собой ряд обширных речных равнин с многочисленными сообщающимися болотами и озерами, с богатой растительностью и теплым климатом – сочетание условий, напоминающее бассейн современной реки Амазонки. Высота местности над морем была очень невелика; это можно легко установить из того, что в позднеюрское время внутреннее море, подобное изображенному на рисунке 38, правом, но менее обширное, затопляло западную часть района Вайоминг несколько западнее участка, изображенного на фото 19.

Если слои серии, в которых были заключены кости упомянутого динозавра, отлагались на низменной равнине вблизи уровня моря, в мягком и влажном климате, то с тех пор условия среды сильно изменились. Теперь место находки этих ископаемых остатков расположено почти на 2,5 километра выше уровня моря, в семиаридном климате с разреженной растительностью и очень холодной зимой. Здесь проявились эндогенные процессы, в результате которых обширные площади на западе Северной Америки испытали сводовые поднятия, начавшиеся в конце мелового периода и продолжавшиеся в течение большей части кайнозойской эры.

Таким образом, из частичных и обрывочных данных, полученных главным образом при изучении осадочных отложений, постепенно складывается картина медленно изменяющейся в течение последних 600 миллионов лет природы Земли. Частично эти сведения дает анализ физических характеристик пластов, но более важную роль играет изучение ископаемых остатков. Из года в год мы получаем все больше сведений, позволяющих нам представить более ясную картину, но пройдет еще много времени, прежде чем мы сможем прекратить заполнять пробелы в исторических данных домыслами.

Литература

Darling Lois, Darling Louis, 1970, Aplace in the sun, Ecology and the living world: William Morrow & Co., New York.

Farb Peter, and others, eds., 1963, Ecology: "Time", Inc., New York. (Lite Nature Library.)

Laporte L. F., 1968, Ancient environments: Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N. J. (Paperback.)

Raskin Edith, 1967, The pyramid of living things: McGraw-Hill, New York.

Stоrer J. H.,1956. The web of life; a first book of ecology. Devin-Adair Co., New York.

Глава одиннадцатая. Геологическая история растений

Наш обзор развития биосферы в фанерозое логично начать с растений. Растения не только прямо или опосредствованно служат пищей животным; летопись ископаемых остатков показывает, что растения раньше животных покинули море, эту колыбель всех форм жизни. Следовательно, мы сможем легче проследить историю развития животных, если сначала опишем растительный покров континентов и развитие растительности до наших дней. Летопись ископаемых растений, особенно в своей ранней части, изобилует довольно большими пробелами. Это не удивительно, потому что условия для сохранности ископаемых остатков на суше хуже, чем на дне моря, а большинство ископаемых растений росло именно на суше. Такие пробелы затрудняют установление эволюционных связей между группами растений. Несмотря на это, если не вдаваться в детали, можно наметить общую историю, основанную на известных к настоящему времени растительных остатках.