Читаем На заре жизни. Органический мир докембрия онлайн бесплатно

Нет сомнения, что читатели хорошо знакомы с большинством научно-популярных и научно-художественных книг, рассказывающих об истории органического мира нашей планеты. Достаточно напомнить известные еще с детских лет «Плутонию» В. А. Обручева или «Затерянный мир» А. Конан-Дойля.

До настоящего времени широкой популярностью пользовался последний, относительно короткий (570 млн. лет) период жизни Земли, когда на ее поверхности жили трилобиты, динозавры и т. п. Остальные 7/8 или 9/10 существования нашей планеты, так называемый докембрий (времена более древние, чем кембрийский период), оставались, с точки зрения палеонтологии, доисторическими, почти совершенно неизвестными. А между тем, именно с древнейшей частью истории Земли связано становление важнейших и крупнейших месторождений полезных ископаемых.

В последние годы произошла буквально революция в изучении этого древнейшего этапа. На основе датировок абсолютного возраста горных пород радиометрическими методами и изучения органических остатков из древнейших слоев на территории нашей страны советским геологам и палеонтологам удалось увеличить исторический период жизни Земли по меньшей мере в три раза. Появилась палеонтология докембрия — новая отрасль геологической науки, изучающая древнейшие проявления жизни на нашей планете.

Об этих докембрийских организмах и рассказывает предлагаемая вашему вниманию работа И. Н. Крылова «На заре жизни». В ней в популярной форме описываются органические остатки из докембрийских отложений, методы, которыми пользуются ученые при их изучении, освещаются различные точки зрения на характер и происхождение этих образований. В работе живо описываются не только достижения палеонтологов, но и трудности, с которыми сталкиваются ученые; даются примеры ошибок, которые при этом бывали.

Само название науки состоит из трех слов греческого происхождения: палео (древний), онтос (существующее) и логос (учение). Таким образом, палеонтология расшифровывается как наука о древних существах, населявших пашу планету миллионы, а то и миллиарды лет тому назад. Изучают палеонтологи раковинки и кости древних животных, отпечатки и остатки различных растений.

Истоки палеонтологии уходят в глубины античного мира — уже тогда рассуждали о природе ракушек, найденных в прибрежных обрывах и даже на вершинах гор. «Море приходит туда, где прежде была суша, суша вернется туда, где теперь мы видим море», — писал Аристотель. Эту же мысль можно найти и в «Метаморфозах» Овидия:

Несмотря на очевидность этих выводов, понадобился гений Леонардо да Винчи, чтобы снова сделать их достоянием науки после тысячелетней тьмы средневековья.

Палеонтология помогает познать историю живущих на Земле групп органического мира, выявить их родственные связи и тем самым лучше понять окружающий нас мир. Конечно, попытаться представить, как выглядели паши древние предки, наша планета миллионы лет назад, кто населял ее моря, реки, горы, очень интересно. Но дело не ограничивается простым любопытством.

Главная практическая польза палеонтологии состоит в том, что, познавая историю развития жизни на Земле, она позволяет определять по органическим остаткам возраст пластов, в которых эти остатки заключены. Все, вероятно, знают о девонской нефти Второго Баку и кембрийских фосфоритах Большого Каратау. Для того чтобы их разведать, оценить запасы и наметить пути дальнейших поисков, прежде всего потребовалось отделить пласты девонского или кембрийского возраста от более молодых и более древних. Неправильные определения возраста здесь повели бы к пустым затратам сил и денег (каждая скважина стоит сотни тысяч, а то и миллионы рублей). К тому же ущерб был бы двойным: не только потрачены деньги, но и не были бы получены те ожидаемые полезные ископаемые, на которые уже рассчитывала страна.

Кроме того, животные и растения нуждались в определенных условиях своего существования. Следовательно, находя остатки тех или иных животных или растений, мы можем (иногда довольно уверенно) восстановить обстановку древних времен. А это дает ключи к поискам скрытых под землей богатств. Так, на месте древних болот образовывались залежи каменного угля, а пересыхающие озера и заливы оставляли после себя пласты каменной соли. Железные и марганцевые руды, бокситы — алюминиевое сырье, фосфориты и многие другие полезные ископаемые откладывались в строго определенных участках древних морей и континентов. Следовательно, нарисовать серию географических карт для прошедших периодов (такие карты называются палеогеографическими) — это нередко означает предсказать место возможных находок месторождений полезных ископаемых.

Геологическая история Земли разделяется на несколько крупных этапов — эр (архейская, протерозойская, палеозойская, мезозойская и кайнозойская), которые в свою очередь делятся на периоды (табл. 1, 2). Первые рыбы появились в силурийском периоде, причем они резко отличались не только от современных, но и даже от девонских. Гигантские ящеры жили в мезозойскую эру, достигнув расцвета в юрском периоде, и вымерли в конце мелового периода. Словом, для каждой эры, каждого периода характерны свои растения, свой животный мир, а следовательно, в слоях этого возраста остаются свои, непохожие на более древние или более молодые, органические остатки[1].

Наиболее резкие изменения в характере органического мира происходят на нижней границе палеозоя. Мне приходилось наблюдать нижнюю границу кембрия в различных частях нашей страны — на Алдане, Лене, на Крайнем Севере, на Анабаре. Кембрийские породы переполнены остатками всевозможных раковинок. Тут и изящные изогнутые трубочки хиолитов, и сетчатые кубки археоциат; растворяя кусок кембрийского известняка в кислоте, можно выделить сотни разнообразнейших раковинок гастропод, брахиопод и других организмов.

Но всего один-два метра ниже — и ни одной раковинки! Если очень повезет, то после многодневных поисков можно найти несколько тонких трубочек-домиков червей. Да и они присутствуют только в самых верхних горизонтах докембрия. Еще 20–30 м вниз по разрезу — и все видимые следы жизни исчезнут.

Это обстоятельство и послужило основой для разделения всей истории Земли на два крупных этапа. Палеозой, мезозой и кайнозой объединяются в фанерозой, или в этап наблюдаемой жизни («фанерос» по-гречески — «явный»), а докембрийские эры относятся к криптозою, или к этапу скрытой жизни («криптос» по-гречески — «тайный»).

Уже беглый взгляд на табл. 1 показывает, что этапы эти явно неравны: фанерозой составляет всего около 1/8 части всей продолжительности геологической истории. Остальное приходится на докембрий.

Когда-то считалось, что Земля существует всего 6000 лет. Однако накопление геологических знаний раскрывало такую сложную цепь исторических событий, что они никак не могли уложиться в невероятно узкие рамки библейского летосчисления. В 1779 г. французский ученый Ж. Бюффон в своей работе «Эпохи природы» уже называет цифру 75 тыс. лет, а М. В. Ломоносов примерно в это же время считает, что надо говорить по крайней мере о сотнях тысяч лет. Шотландский геолог Дж. Геттон в конце XVIII в. и англичанин Ч. Лайель в начале XIX в. рассуждали об очень долгой, может быть бесконечной, истории Земли. Но это были только предположения и догадки.

В прошлом веке уже делались первые попытки строгих математических подсчетов. Выдающийся английский физик У. Томсон (лорд Кельвин) предложил интересный метод. В то время всеобщим признанием пользовалась гипотеза постепенного охлаждения Земли из первичного огненно-жидкого состояния. Если вычислить ежегодный тепловой баланс Земли и узнать скорость, с какой она теряет теплоту, нетрудно подсчитать, сколько лет назад земная кора была расплавленной. Подсчеты неожиданно дали большую цифру — 100 млн. лет. Это показалось Кельвину настолько невероятным, что впоследствии он уменьшил цифру втрое.

В начале нашего века для определения возраста горных пород был впервые применен метод радиоактивного распада элементов. Принцип его широко известен. Радиоактивные изотопы урана (U²³⁸), распадаясь, превращаются в атомы свинца и гелия, радиоактивные изотопы калия (К⁴⁰) переходят в аргон, рубидия (Rb⁸⁷) — в стронций и т. д. Радиоактивный распад идет с постоянной для каждого элемента скоростью, на которую не влияют ни температура, ни давление, ни космические излучения, ни магнитные поля. Скорость этого процесса известна, и если мы узнаем, сколько содержится в минерале исходных радиоактивных элементов и продуктов их распада, можно вычислить время образования этого минерала.

Такие подсчеты еще в начале нашего века позволили английскому геологу Холмсу сделать первые определения возраста горных пород. Для каменноугольных отложений была получена цифра 350 млн. лет, для девонских — 380, а для докембрийских даже — 1580 млн. лет. В это же время один из основоположников современной ядерной физики Э. Резерфорд оценил возможный возраст Земли в 3400 млн. лет. Нельзя сказать, что эти данные были сразу же единодушно приняты всеми геологами. Но повторные определения и многочисленные новые цифры, получаемые совершенно независимо в лабораториях различных стран мира, становились убедительнее. Вторая мировая война затормозила исследования, но уже к 1950 г. геохронологическая шкала фанерозоя была полностью заполнена многократно проверенными цифрами. Однако данных об абсолютном возрасте докембрийских пород публиковалось очень мало. И дело было но в недостатке материала. Просто первые результаты определений казались невероятными даже для уверенных в своих выводах физиков. Здесь надо сделать небольшое отступление.

В начале 50-х годов на страницах геологических журналов развернулась дискуссия между академиком Н. С. Шатским и членом-корреспондентом АН СССР (ныне академиком) Б. С. Соколовым о положении верхнего докембрия в общей геологической шкале. Дело в том, что ниже палеонтологически охарактеризованных отложений палеозоя, но выше метаморфических толщ, относимых к архею и нижнему протерозою, во многих странах выделялись толщи, достаточно тесно связанные с кембрийскими отложениями, похожие на них по типу пород, но лишенные органических остатков. В Скандинавии их называли спарагмитами, в Северной Африке — иифра-кембрием, в Америке — альгонкием и т. п.

Н. С. Шатский считал, что верхнепротерозойские отложения Урала, Прибалтики и Сибири и одновозрастные им отложения из других стран следует выделять в самостоятельную группу, сопоставимую по объему с палеозоем или мезозоем. Наиболее полный и типичный разрез (или, как говорят геологи, стратотип) этих толщ находится на Южном Урале, в пределах горной части Башкирии, и поэтому новую группу предлагалось называть рифейской. Рифейские горы — древнее название Урала. Продолжительность рифейской эры он оценивал в 150–200 млн. лет.

Б. С. Соколов полагал, что правильнее было бы выделять не группу, а систему и включать ее в состав палеозоя как первое подразделение палеозойской группы. Такие попытки уже делал в 20-х годах американский геолог А. Грабау, много лет проработавший в Китае и выделивший там докембрийскую синийскую систему палеозоя. Длительность синийского периода Б. С. Соколов оценивал в 1958 г. в 80–90 млн. лет. Следует здесь же заметить, что подобные дискуссии об объеме и положении альгонкия, инфракембрия, синия, рифея и прочих подразделений проводились и в других странах, и в 1958 г. в Париже прошло Международное совещание по проблеме пограничных слоев кембрия и докембрия, на котором от Советского Союза выступали Н. С. Шатский и Б. С. Соколов.

Сначала большая часть геологов поддержала Б. С. Соколова, и Межведомственный стратиграфический комитет — организация, координирующая исследования советских геологов в области стратиграфии (науки о земных слоях), — принял название «синийские отложения» в качестве обязательного для всех геологических карт, издающихся в СССР.

Примерно в это же время геохимики и физики решили наконец опубликовать свои данные о длительности синийского и рифейского этапов истории Земли. Оказалось, что нижняя граница рифея (или синия) приходится на интервал 1550–1600 млн. лет[2] т. е. этот этап длился около миллиарда лет, практически вдвое больше, чем весь фанерозой. Конечно, сравнивать этот этап с периодом невозможно, да и эрой назвать такой огромный отрезок времени можно только с большой натяжкой. Но рифейские отложения — это только верхний докембрий, а древнейшие породы на Земле имеют возраст не менее 4 млрд. лет! В последнее время появлялись даже упоминания о цифрах 8, 9 и 15 млрд. лет, но эти данные нуждаются еще в тщательной проверке.

Следовательно, на долю докембрия приходится не менее 7/8 геологической истории нашей планеты. Сразу же оговоримся: это вовсе не значит, что 7/8 горных пород земной коры являются докембрийскими. Дело в том, что отложения более поздних эпох перекрывали докембрийские толщи широким и иногда достаточно мощным чехлом. Но и на поверхности Земли или на небольшой глубине докембрийских пород совсем немало.

А самое главное, что к этим толщам приурочены огромные богатства. Докембрийские породы заключают 70 % мировых запасов полезных руд, 63 % марганца, 93 % кобальта, 66 % урана, крупные запасы меди, золота, фосфоритов и много других полезных ископаемых. Докембрийские породы нередко представляют собой ценный строительный материал, прочный и красивый. Набережные Невы в Ленинграде, основание Медного всадника, Исаакиевский собор и даже гробница Наполеона в Парижском пантеоне сделаны из докембрийских горных пород.