Болдушевская Л.Н. Литология и историческая геология
Подождите немного. Документ загружается.
111
Ч.Лайель сделал вывод, что для познания прошлого Земли нужно
изучать современные процессы, а условия образования древних осадочных
пород определять, сравнивая их с современными отложениями.
Этот метод познания прошлого Земли через изучение настоящего
получил название актуалистического метода, или принципа актуализма
(актуал – настоящий).
В 1859 году Ч.Дарвин (1809-1882) опубликовал свой труд «Происхождение видов путем естественного отбора». Основным
доказательством своей теории о последовательной изменчивости видов и отборе он считал распределение ископаемых организмов
в геологических системах. Таким образом, через геологию Ч.Дарвин пришел к выводам об эволюции органического мира.
Благодаря этим идеям был нанесен сокрушительный удар катастрофизму
, и эволюционное направление в геологии победило
окончательно.
Ч.Дарвин также высказал свои представления о неполноте
геологической и палеонтологической летописи.
Одним из создателей эволюционнной палеонтологии по праву
считается русский ученый В.О.Ковалевский (1842-1883). Он считал, что
основная задача палеонтологии – изучение потомственных отношений между
отдельными родами и видами ископаемых организмов и выяснение причин
их изменения. В.О.Ковалевский показал связь
между организмом и средой
его обитания.
Палеогеографический этап. Начало этого этапа связано с появлением
принципа актуализма.
К середине 19 века относятся первые попытки реконструкции физико-
географических условий отдельных геологических эпох как для отдельных
регионов, так и для всего земного шара. Эти работы и заложили основы
палеогеографического направления в исторической геологии. Большое
значение для становления палеогеографии имело введение в 1838 г.
А.Грессли (1814-1865) понятие о фациях. Появление же учения о фациях
относится ко второй половине 19 века (1893) и связано оно с именем
немецкого ученого Й.Вальтера. С появлением фациального анализа
палеогеографические исследования получают особенно широкое развитие:
геологи начинают восстанавливать события прошлого и древнюю географию
Земли
.
В 1883-1909 г.г. выходит работа венского геолога Э.Зюсса «Лик
Земли», в которой обобщены все накопившиеся к этому времени историко-
геологические данные и впервые изложена геологическая история Земли.
Геотектонический этап. В конце 19 и начале 20 веков становится
ясно, что в жизни земной коры главную, ведущую роль играют
тектонические движения. В 1894-1919 г
.г. появились работы
А.П.Карпинского (1847-1936) по Европейской части России, в которых он,
анализируя историко-геологические данные, устанавливает тесную связь
палеогеографических изменений с развитием тектонических движений.
Представления о геосинклиналях разработаны американскими
учеными Дж.Холлом и Дж.Дана в 1859 г.
112
В начале 20 века французский геолог Г.Э.Ог (1861-1927) в
многотомном труде описал деятельность современных геологических
процессов, на основании чего попытался расшифровать историю Земли.
Будучи сторонником учения о геосинклиналях он первым четко
противопоставил геосинклинали платформам, которые называл
контрастными областями. Им впервые нарисованы карты распределения
платформ и геосинклиналей.
В России понятие о геосинклиналях
было введено в начале 20 века
Ф.Ю.Левинсоном-Лессингом (1861-1939), а А.А.Борисяк (1872-1944) вслед за
Г.Э.Огом стал рассматривать историческую геологию как историю развития
геосинклиналей и платформ.
В начале 20 века немецкий геофизик А.Вегенер (1880-1930) впервые
формулирует теорию дрейфа материков – первую гипотезу мобилизма.
Позднее эта гипотеза была подтверждена фактическим материалом
в
процессе исследований океанического дна и геофизических работ. В 60-е
годы прошлого века она превратилась в стройное учение – теорию тектоники
литосферных плит.
В разработке учения о геосинклиналях приняли активное участие
русские ученые: А.А.Архангельский, Н.С.Шатский, В.В.Белоусов и др., а за
рубежом - Г.Штилле, Дж.М.Кей
, Ж.Обуэн.
Современный этап. Этот этап, по-существу, начинается с 60-х годов
20 века с появлением тектоники литосферных плит. В итоге современное
развитие геотектоники, а также других наук о Земле стало проходить под
знаком господства идей неомобилизма.
Современный этап является временем крупных теоретических
обобщений. Историческая геология из простой летописи событий
прошлого
превращается в науку, которая ищет и находит общие закономерности
геологического развития Земли.
2. МЕТОДЫ ИСТОРИЧЕСКОЙ ГЕОЛОГИИ
Для решения своих задач историческая геология использует различные
методы. Ниже рассмотрены основные из них. Палеонтологии уделено особое
внимание, т.к. в программах специальности нет отдельного курса. В связи с этим
предлагается предварительно ознакомиться с ее основами и краткой
характеристикой основных групп организмов.
113
2.1 ПАЛЕОНТОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД. ОБЗОР
ОСНОВНЫХ ГРУПП ИСКОПАЕМЫХ
2.1.1 Значение палеонтологического метода в исторической геологии.
Предмет палеонтологии
С помощью ископаемых в исторической геологии определяют возраст отложений, они
используются для расчленения и корреляции стратиграфических подразделений,
восстановления физико-географических условий прошлого и др. целей. Подробно об
использовании палеонтологических данных при решении этих задач будет сказано
ниже.
Одна из основных целей исторической геологии – восстановить историю жизни на
нашей планете. Достигнуть ее невозможно без привлечения палеонтологических
данных. Но прежде, чем использовать такие данные, геолог должен представлять
органический мир прошлого. Знакомству с основными представителями этого мира и
посвящен данный раздел.
Палеонтология (греч. palaios – древний, ontos – существо, logos –
учение) – наука о древних организмах. Изучает их строение, развитие и
экологию. Остатки древних организмов, в том числе следы их
жизнедеятельности, называют окаменелостями или ископаемыми. Они и
являются предметом палеонтологии.
Не все организмы после гибели превращаются в окаменелости.
Большая часть их подвергается гниению и разрушению, в итоге
исчезает
бесследно. Но некоторые из них благодаря различным изменениям
сохраняются частично, а в идеальных случаях - и полностью.
Лучше сохраняются организмы, обитавшие в водной, в основном
морской среде, хуже – те, что обитали на суше в условиях окислительной
среды, способствующей быстрому разрушению мягких тканей и скелета.
114
2.1.2 Формы сохранности органических остатков
1. Полная сохранность организма возможна при
благоприятных условиях естественного захоронения. На севере
Сибири, например, в вечномерзлых толщах обнаружены трупы
мамонтов. В янтаре встречаются включения ископаемых
насекомых.
2. Полная сохранность скелета или его части. Чаще в
ископаемом состоянии встречаются скелетные части
организмов, подвергшиеся процессу окаменения. При
разложении органического вещества происходит замещение
его кремнеземом, карбонатами, окисью железа, пиритом и
другими минеральными образованиями. Окаменевшие остатки
организмов при этом сохраняют внешний облик и внутреннее
строение.
3. Ядра. Внутренние ядра представляют собой слепки
внутренней полости раковины. Они образуются при
разложении организма и заполнении минеральным веществом
внутренней полости раковины. Наружные ядра образуются
при полном разрушении раковины и последующем заполнении
минеральным веществом образовавшейся полости. Наружные
ядра представляют собой слепки с наружной поверхности
раковины.
4. Часто скелетные образования организмов разрушаются и
оставляют в отложениях отпечатки. Это могут быть отпечатки
раковин, листьев, следов животных, мягкотелых животных,
например, медуз и т.д.
5. Следы жизнедеятельности животных
или растений. Например,
ходы илоядных организмов, норки, копролиты и пр.
6. Хемофоссилии. К ним относят органические ископаемые
биомолекулы бактериального, цианобионтного, растительного
и животного происхождения. Хемофоссилии сохраняют
химический состав биомолекул, позволяющий определить
систематическое положение исходного организма, но не его
морфологию. Изучение химического и таксономического
разнообразия хемофоссилий тесно связано с проблемати
возникновения и
развития жизни, а также с происхождением
горючих ископаемых, особенно нефти.
В геологии используются ископаемые остатки и животных и растений,
но более всего беспозвоночных животных.
115
2.1.3 Условия существования организмов
В зависимости от условий жизни, среды обитания и др. факторов
организмы делятся на группы.
1. По условиям жизни.
Температурный режим. Теплолюбивые (тепловодные тропические и
субтропические бассейны) и холоднолюбивые (холодноводные бореальные и
арктические бассейны).
Соленость. Стеногалинные (живут в условиях нормальной солености),
эвригалинные (выдерживают широкие колебания солености
).
Колебания температур. Стенотермные (приспособлены к условиям
определенных температур), эвритермные (приспособлены к условиям
различных температур).
Глубина. Стенобатные (живут на определенной глубине), эврибатные
(могут жить на различных глубинах).
2. По способу существования.
Органический мир дна – бентос. Животные, живущие на дне –
бентосные. Среди них выделяют: подвижный ползающий бентос (трилобиты,
двустворки, гастроподы, морские
ежи и др.), подвижный зарывающийся
бентос (двустворки, черви), неподвижный свободно лежащий бентос
(двустворки-жемчужницы, брахиоподы и др.), неподвижный прикрепленный
бентос (губки, археоциаты, кораллы, мшанки, брахиоподы и др.). Планктон
– пассивно плавающие (находящиеся во взвешенном состоянии) животные
(зоопланктон) и растения (фитопланктон). Они передвигаются благодаря
течениям и волнениям воды. Примеры: радиолярии, медузы,
граптолиты,
личинки. Нектон – активно плавающие организмы. Это многие водные
позвоночные животные, беспозвоночные представлены только головоногими
моллюсками.
3. По способу питания. Растительноядные организмы, илоеды,
хищники, падалееды.
2.1.4 Классификация животного мира
В современной классификации животные группируются
соответственно их родственным отношениям.
Основной элементарной таксономической единицей является вид,
представленный совокупностью особей, близких по своему строению. Виды
объединяются в роды, роды – в семейства, далее идут отряды, классы, типы.
116
Иногда используются и промежуточные подразделения: подтипы,
подклассы и т.д.
Таксономические единицы и их порядок в зоологии и ботанике в
отдельных случаях не совпадают. Например, тип в зоологии соответствует
отделу в ботанике. Для обозначения указанных таксономических единиц
применяются латинские названия.
Название любого организма состоит из трех слов: родовое название,
видовое название
и фамилия автора, выделившего этот вид.
Например, Betula alba Linnaeus – Береза белая Линней.
2.1.5 Обзор основных групп ископаемых
Мир организмов разделяется на два надцарства: прокариоты
(Procariota)– доядерные организмы и эвкариоты (Eucariota) - ядерные.
Прокариотами (Procariota) (лат. pro – раньше; греч. karion – ядро)
называют организмы клеточного строения, у которых отсутствует ядро в
клетке. Они могут быть одноклеточными и многоклеточными. Размеры
различны: от 0.015 мкм до 20 см.
Прокариотами являются некоторые бактерии (архебактерии),
цианобионты, которые рассматриваются в
ранге царств. Иногда в эту группу
включают вирусы. У последних действительно нет оформленного ядра, но
также отсутствует клеточное строение. В современной микробиологии
вирусы рассматриваются отдельно от прокариот как неклеточная форма
жизни. В ископаемом состоянии вирусы не встречены.
Эвкариоты (Eucariota) (греч. eu – хорошо, karyon – ядро) – организмы
клеточного строения, имеющие ядро в клетке. Они включают
три царства:
грибы, растения и животные.
Первые представители прокариот известны из отложений нижнего
архея (3.8 млрд. лет), эвкариоты появились около 2 млрд. лет назад.
Поскольку для решения вопросов исторической геологии (определения возраста и пр.)
большее, чем иные, имеют значение ископаемые беспозвоночные животные, им и
посвящается значительная часть этого раздела. Позвоночные животные на лекциях
рассматриваются кратко. С ними студенты знакомятся самостоятельно по
методическому пособию «Позвоночные».
117
В конце раздела приведены характеристики основных отделов растений и прокариот.
Такая последовательность изложения материала необходима для более качественного
освоения материала на лабораторных занятий по палеонтологии беспозвоночных,
которые в соответствии с календарными планами проводятся в самом начале семестра.
2.1.5.1 Царство Животные (Animalia или Zoa)
(лат. animal – животное; греч. zoon – животное)
Ископаемые животные подразделяются на две большие группы:
простейшие (Protozoa) и многоклеточные (Metazoa).
В подцарство Простейшие (Protozoa) объединены животные, тело
которых состоит из одной клетки. Мелкие формы одноклеточных не
превышают 10 мкм, крупные формы достигают 10-15 см. В основном же это
достаточно мелкие животные. Клетка простейших
выполняет различные
жизнеобеспечивающие функции: питание, выделение, газообмен, движение,
размножение и др. Пищеварение внутриклеточное и пристеночное.
Простейшие организмы существуют с докембрия и по настоящее
время. Среди них наибольшее значение для стратиграфии имеет класс
саркодовых (Sarcodina), у большинства представителей которого имеется
минеральная раковина, которая сохраняется в ископаемом состоянии.
К этому классу относятся обитатели
морей или пресных вод, ведущие в
большинстве прикрепленный или ползающий (бентос), а также планктонный
образ жизни. Передвижение и захват пищи выполняют выросты протоплазмы
– псевдоподии или ложноножки. Среди одноклеточных саркодовые обладают
наиболее простым строением.
Из класса саркодовых, имеющих минеральный скелет,
стратиграфически важными являются два подкласса: фораминиферы и
радиолярии.
Фораминиферы (Foraminifera) (лат. foramen – отверстие
, дыра; fero –
носить)– древние морские организмы, ведущие прикрепленный или
планктонный образ жизни, преимущественно микроскопические, но могут
быть и крупные, измеряемые первыми см. Раковина хитиновая или
известковая или состоящая из песчинок, сцементированных хитином или
известью. Раковина имеет одно большое отверстие (устье), через которое
протоплазма с помощью псевдоподий осуществляет связь с внешней средой.
Для выхода псевдоподий имеется также на стенках раковин большое число
микроскопических пор. Раковина фораминифер может быть однокамерной и
118
многокамерной. Многокамерные раковины различаются между собой
способом расположения камер. Камеры могут следовать друг за другом в
один ряд, но чаще они располагаются спирально или клубкообразно, они
отделены друг от друга перегородками. Камеры заполнены протоплазмой и
имеют между собой связь.
Развитие фораминифер идет от простых хитиновых однокамерных
раковин до многокамерных спиральных с
известковой раковиной.
Фораминиферы в основном обитают в нормально-морских бассейнах,
реже в солоноватоводных и редко в пресных водоемах. Их можно встретить
на различных глубинах и широтах. Наилучшие условия для них –
сублиторальная (до 200 м) зона тропических морей.
Скопления раковин фораминифер образовывали пласты песчаников
или известняков, достигающие значительной мощности. По преобладающему
тому
или иному роду или отряду их так и называют: фузулиновые (из
фузулин) известняки, рабдамминовые (из рабдаммин) песчаники и т.д.
Органогенные известняки являются хорошим строительным материалом.
Они широко используются при строительстве и украшении зданий. Многие
египетские пирамиды сложены нуммулитовыми известняками.
Фораминиферы - одна из главнейших групп, которые используются
при построении стратиграфических схем
: в первую очередь верхнего
палеозоя и мезозоя. При помощи фораминифер можно проводить
палеогеографические реконструкции, восстанавливать климат прошлого,
определить глубину и соленость древних бассейнов.
К радиоляриям (Radiolaria) принадлежат планктонные
микроскопические морские животные, ажурный кремневый скелет которых
имеет шаровидную, дисковидную или шлемовидную форму с
многочисленными тонкими иглами. Размеры – менее 1 мм. Скелет является
опорой
для животного и приспособлен для парения в воде. Живут с
докембрия по наше время.
Современные радиолярии населяют преимущественно тепловодные бассейны, они
встречаются вплоть до абиссали.
Скопления радиолярий образуют такие породы, как трепел (опоку),
радиоляриты (окаменевший глубоководный радиоляриевый ил). В
стратиграфии используются редко, в основном для определения возраста
палеозойских кремнистых толщ, палеогеновых и четвертичных отложений.
Организмы подцарства Многоклеточные (Metazoa) подразделяются
на два надраздела: примитивные и настоящие многоклеточные животные.
В надраздел Примитивные многоклеточные животные
объединяются животные с внутриклеточным
и пристеночным пищеварением,
как у простейших. Дифференциация клеток не стабильна, не образуются
119
ткани и органы, у эмбрионов не закладываются зародышевые листки
(зародышевые листки – это слои тела зародыша, которые образуются на
определенной стадии его развития). Ниже рассмотрим два типа этих
животных: тип губок и тип археоциат.
К типу Губки (Spongia) (греч. sponges – губка) относятся наиболее
примитивные из многоклеточных животных. Клетки их тела не образуют
настоящих тканей и обособленных органов. Внешняя форма тела губок –
бокаловидная, чашевидная, мешковидная, древовидная. Размер – в пределах
от нескольких мм до 1.5 м. Внутри тела расположена полость, открытая в
верхней части. Тело губок покрыто порами. Через поры в тело губки
попадает вода с пищевыми частицами, а оттуда выбрасывается вверх через
отверстие – устье за
пределы тела губки.
В процессе пищеварения активно участвуют жгутиковые клетки с плазматическими
воротничками, в которых находятся жгутики. Клетки выстилают внутреннюю
поверхность губок и мелкие камеры. Движение жгутиков создает ток воды с пищевыми
частицами. Пища задерживается на клейкой поверхности плазматических воротничков.
Скелет губок состоит из микроскопических игл – спикул – это
характерная особенность этих животных. Спикулы находятся внутри мягкого
тела губки. Они могут срастаться своими концами, образуя массивный
скелет, или быть изолированными друг от друга. Состав спикул –
известковый, кремнистый или роговой, форма одноосная, трехосная,
четырехосная или многоосная.
Размножение происходит половым путем или почкованием.
Губки – преимущественно морские, одиночные или колониальные
организмы, ведут прикрепленный образ жизни, иногда свободно лежат на
дне. Живут в морях до глубины 6000 м и предпочитают бассейны с
нормальной соленостью.
Губки известны с докембрия. Произошли они от простейших из типа
жгутиковых, что доказывается присутствием в их теле жгутико-
воротничковых клеток.
Скопления губок, точнее, их спикул, образуют породы спонголиты. Целые скелеты
губок встречаются не так часто. В стратиграфии губки используются мало.
Представители типа Археоциаты (Archaeocyatha) (греч. archaios – древний, cyathus –
небольшой кубок) – это одиночные или колониальные прикрепленные животные,
обитатели мелководной зоны теплых морей. Скелет известковый кубковидной,
120
дисковидной или пластинчатой формы. У большинства археоциат он состоял из двух
конических бокалов, вставленных друг в друга. У таких археоциат имелся интерваллюм
– пространство между внутренней и наружной стенкой, и центральная полость. В
интерваллюме располагались вертикальные элементы – септы (радиальные пористые
перегородки) или тении (искривленные пористые или непористые пластины), а также
горизонтальные элементы – пористые днища. Стенки археоциат также пронизаны
порами. Наряду с двустенными археоциатами встречаются одностенные археоциаты.
Размеры животных от нескольких мм до 40 см в высоту. Размножались почкованием и
половым путем. У них имелись личинки, которые какое-то время жили в воде, затем
оседали на дно.
Археоциаты появились и вымерли в нижнем кембрии. Они являются
стеногалинными, бентосными: прикреплялись к субстрату нижней частью
кубка или были свободно лежащими. Оптимальные условия для их развития:
достаточно высокая температура, нормальная соленость бассейна, глубина в
пределах 20-30 м, наличие твердого субстрата. Они относятся к
фильтраторам.
Археоциаты имеют большое значение как руководящие ископаемые
нижнего
кембрия. Они широко используются для расчленения и корреляции
разрезов, в том числе удаленных.
Археоциаты – древнейшие рифостроители. В построении рифов вместе с ними всегда
принимали участи цианобионты. Скопления известковых скелетов археоциат образуют
толщи археоциатовых известняков. Известняки используются в качестве строительного
и отделочного материала.
Настоящие многоклеточные отличаются от примитивных многоклеточных
- наличием внеклеточного пищеварения, которое происходит в
специальных полостях пищеварительной системы, при этом
внутриклеточное и пристеночное пищеварение сохраняются);
- наличием органов и тканей;
- тем, что в эмбриональном развитии у них закладываются два
или три зародышевых листка.
Настоящие многоклеточные подразделяются на низшие
беспозвоночные (раздел радиально-симметричные или лучистые – Radiata),