Неполнота геологической летописи

С изучением великой книги природы все более ясно вырисовывается перед нами грандиозная картина постепенных превращений поверхности Земли как единый, но многосторонний процесс смены поднятий и опусканий, размывов и осадконакоплений, переноса и отложения.

Органический мир нашей планеты также участвовал в ходе изменений, изменяясь сам. Живые существа, обитающие на поверхности нашей планеты и образующие ее живую оболочку, подчиняются тем закономерностям и процессам, которые действуют в этой оболочке — биосфере. Но их остатки, преимущественно твердые — кости, зубы, раковины, древесина, попадают в рыхлые осадки, которые затвердевают, превращаясь в осадочные горные породы: песчаники, известняки и глины. Окаменевая, или, как говорят, фоссилизируясь, остатки животных или растений становятся составными частями горных пород. Следовательно, превращаясь в окаменелости, живые организмы из составных частей биосферы (живой оболочки Земли) становятся частями каменной оболочки Земли (литосферы) и подчиняются закономерностям геологических процессов.

Без познания закономерностей образования геологической летописи нельзя раскрыть до конца эволюцию органического мира. Нельзя понять ни закономерностей сохранения остатков животных и растений, ни подлинного значения доходящих до нас документов.

Огромные пробелы в напластованиях горных пород, отсутствие прямых связей между различными ископаемыми животными и растениями, как бы внезапно появляющимися и также внезапно исчезающими, неизбежно приводили к теории катастроф и признанию актов многократного творения жизненных форм, т. е. к идеалистическому отрицанию эволюционного процесса.

Теперь известно, что неполнота, пробелы в документации истории Земли и жизни возникли закономерно как следствие геологических процессов. Еще в 1940 году было намечено новое направление в исторической геологии и палеонтологии, названное "тафономией" или учением о закономерностях захоронения органических остатков в слоях осадочных пород, а также закономерностях сохранения самих пород в течение геологического времени.

С самых первых шагов исследований, еще в 20-х годах нашего столетия, мы столкнулись с полной загадочностью в вопросах образования очень немногих, тогда мало известных на территории СССР мест залегания окаменелых остатков древнейших наземных позвоночных или, как их называют геологи, местонахождений. Постепенно, год за годом росло число местонахождений, открывались новые животные и целые фауны на разных уровнях геологического времени. В Астраханской области, на горе Богдо, удалось найти остатки древнейших земноводных — стегоцефалов. Эти остатки залегали в известняках, образовавшихся на дне илистой морской бухты триасового времени, около 150 млн. лет тому назад.

Земноводные не могут жить в морской воде, от воздействия соленой воды на их незащищенную кожу нарушается обмен веществ и животные погибают. Значит, остатки земноводных были принесены в морскую бухту откуда-то издалека. Следовательно, мало найти ископаемых в той или другой породе, надо еще понять, как они туда попали, чтобы решить, жили они здесь же или попали сюда далекими странниками. Странниками живыми или мертвыми?

Два последующих года пришлось посвятить изучению северных районов европейской части Союза. Здесь нам повезло, удалось открыть богатейшие местонахождения хорошо сохранившихся древнейших земноводных. Черепа и кости этих животных, хотя и заключенные в твердый песчаник, оказались так прочны и свежи, что можно было, очистив их от породы, изучать как скелеты ныне живущих животных.

Материалы эти впоследствии позволили ленинградскому анатому профессору А. П. Быстрову и мне написать книгу по анатомии древних земноводных, в которой строение скелета столь древних животных было разобрано с небывалой полнотой.

Но самым поразительным было то, что пласт серого песчаника, содержавший кости этих земноводных, оказался распространенным на огромной площади в тысячи квадратных километров от Мезени до Унжи и от Северной Двины до Дона. Колоссальное количество животных было захоронено здесь 170 миллионов лет назад в какой-то относительно короткий промежуток времени. Таким образом, оказалось, что палеонтологические остатки животных столь большой древности, вовсе не являются величайшей редкостью как это нам представлялось ранее. Наоборот, эта гигантская область захоронения — "поле смерти", по своим масштабам соизмерима с крупными геологическими процессами.

Еще более убедительным было исследование скоплений остатков динозавров в Средней Азии. Динозавры — гигантские ящеры, господствовавшие на Земле в мезозойскую эру (эру средней жизни) в период от 120 до 60 миллионов лет назад. Их громадные кости, перепутанные, изломанные и беспорядочно смешанные с крупной. галькой, образуют местами, (вдоль северных подножий Тянь-Шаня) "костяные гряды", в которых залегают сотни тысяч тонн (в гряде Бозабы в низовьях р. Чу миллионы тонн) костей, принадлежавших многим миллионам животных. Если добавить, что подобные скопления, по существу, являются остаточными, уцелевшими от размыва когда-то бывших еще больших скоплений, целых скелетов, то "геологические" масштабы процессов образования местонахождений станут очевидными.

С накоплением опыта изучения местонахождений очень скоро стало ясным, что понять, как образуются местонахождения ископаемых животных без знания и тонкого понимания геологии, невозможно.

Необходимо было вести сопряженные геолого-палеонтологические исследования в местах, где находились интересные местонахождения ископаемых животных. Из них для понимания строения осадочных отложений, вмещающих остатки древнейших позвоночных, особенно много дали работы по пермским красноцветным материковым отложениям Приуралъя. Два года я лазил по заброшенным подземным выработкам старинных рудников, в которых еще в конце XVIII и в начале XIX века наши наблюдательные горняки находили кости интереснейших ящеров, самых древних, какие только были найдены на территории Советского Союза. На стенках в заброшенных рудниках прослеживались мельчайшие подробности напластования пород, расшифровывались процессы их отложения, восстанавливались направления струй древних потоков. И вместе с этим накапливалось все больше сведений для палеонтологии: не только как залегают в породах ископаемые остатки, но и почему они залегают так, а не иначе.

В дальнейшем, с развитием советской науки благодаря возросшим материально-техническим возможностям палеонтологи смогли проводить большие раскопки. Так было раскопано Ищеевское местонахождение — остаток дельты реки, протекавшей на территории Татарии 200 млн. лет назад. В песках этой дельты было найдено множество костей скелетов крупных пресмыкающихся: первых растительноядных ящеров; грызуноподобных ящеров; хищников с огромными зубами; необычайных животных, обладающих одновременно строением земноводных и пресмыкающихся; древних акул; крупных рыб, похожих на нынешних сазанов, но еще более плоских и покрытых толстой эмалевой чешуей.

В Кировской области пробили целую подземную штольню, врезавшуюся в угол древней лагуны, куда были снесены остатки тысяч древних земноводных и рыб, захороненных в крепком белом известняке. На горе у г. Белебея было раскопано болото двухсотмиллионолетней давности, куда потоки во время когда-то бывшего половодья занесли остатки мелких ящеров и крупных крокодилообразных земноводных. И еще другие местонахождения вскрывались широкими площадками; строение их, до той поры загадочное, становилось все более ясным, особенно после дополнительных геологических исследований.

Полученные первые наблюдения помогли понять закономерности образования скоплений ископаемых остатков. Стало ясным, что окаменелости образуются не повсюду в пластах осадочных горных пород, а только там, где во время отложения этих пород были условия приноса остатков не живших на этом месте животных. Для животных или растений, обитавших на месте отложения осадков, их остатки переходили в окаменелости только там, где были условия для их сохранения.

После анализа этих процессов стало ясно, что видовой состав животных и растений, залегающих в данном слое, зависит в очень большой степени от скорости текучей воды, приносившей породу вместе с остатками. Видовой состав животных или растений, живших на месте отложения, зависит больше всего от скорости отложения осадка и его затвердения. Оказалось, что остатки животных и растений не представляют собой исключительной редкости, их присутствие в отложениях закономерно.

Эти и другие закономерности, выявленные при геологическом изучении местонахождений, позволили сделать важное для палеонтологии и геологической практики заключение: вся совокупность остатков животных и растений, найденная в слоях одного геологического времени, не является сколько-нибудь полным отражением животного и растительного мира этого времени. Она получена в результате преобладавших в то время противоречивых процессов отложения и размыва, накопления и разрушения. Наши представления об органическом мире прошлого всегда должны учитывать эту крупную поправку.

Другой поправкой, имеющей важное значение, является понимание того, что материалом для образования окаменелостей служат только наиболее многочисленные виды, а представители редких видов исчезают из геологической летописи. Поэтому палеонтология дает нам только те виды животных и растений, которые были наиболее процветающими в данный отрезок времени, и только те, которые жили вблизи областей отложения. Ни позвоночные, ни насекомые не захороняются в условиях своей жизни потому, что места, где образуются осадочные породы, удалены от непосредственных мест обитания животных. Не следует смешивать этих особенностей захоронения с вторичным залеганием палеонтологических остатков, подвергнутых перемещению уже после своего захоронения.

Иная картина захоронения донных беспозвоночных в море. Эти неподвижные животные или животные с ограниченными возможностями передвижения действительно обитали там, где захоронялись. Однако их массовая гибель и захоронение, как правило, вызывались изменением в накоплении осадков. На месте обитания животных отлагались не те осадки, которые могли бы характеризовать среду обитания. Остатки беспозвоночных животных тоже залегают в отложениях, характерных для их гибели, а не для обитания, с той лишь разницей (от позвоночных), что находятся они непосредственно на месте своей жизни.

Все эти наблюдения пригодны для прогноза находок органических остатков, не только окаменелостей, но и тех, которые имеют первостепенное экономическое значение — угля, фосфоритов. Понимание хода накопления органического вещества, исходного для образования нефти, газа, облегчается с помощью тафономических закономерностей (захоронение органических остатков в горных породах).

Положения тафономии еще не были опубликованы, как их пришлось применить в практике палеонтологических исследований в Центральной Азии.

Большая палеонтологическая экспедиция Академии наук СССР должна была проверить сведения о местонахождениях наземных животных, обитавших на материке, который был на территории Центральной Азии и особенно Монгольской Народной Республики 70 млн. лет назад, и организовать раскопки. Проводившие здесь в 20-х годах исследования американские палеонтологи пришли к заключению, что центрально-азиатский мезозойский материк был, как и сейчас, пустыней, страной с бедным растительным и животным миром. Между тем находки отдельных обломков костей, произведенные советскими исследователями в разных местах Монгольской Народной Республики, говорили о широком распространении местонахождений динозавров и древних крупных млекопитающих.

Применение тафономии позволило уже заранее сделать вывод: поскольку захороняются и переходят в окаменелости только многочисленные, преобладающие виды животных, то это говорит о большой численности их данную эпоху существования.

Но если их было много, то предположение о пустынности Монголии во время жизни динозавров должно быть отброшено, ибо для этих гигантских животных должна была существовать обильная и постоянная кормовая база из богатой растительности, невозможная в пустынной стране.

Так родилось предположение, протнвоположное взглядам американских ученых, что Центральная Азия в меловой период была заболоченной низменностью с множеством воды и богатейшей растительностью. Но отсюда следовало, что в такой стране должны были существовать и самые громадные динозавры, до сих пор там еще не найденные. Исследования и раскопки Монгольской экспедиции подтвердили все эти предположения. Удалось открыть громадные кладбища колоссальных динозавров — растительноядных, хищных, панцирных, найти множество черепах, крокодилов, большие кладбища древнейших болотных млекопитающих более позднего времени.

Среди динозавров оказались виды исполинских зауропод, обитавших на морских побережьях. Также были найдены раковины моллюсков, крупные черепахи морского типа.

Итак, вместо предсказываемой пустыни в Монголии существовала огромная заболоченная низменность в непосредственной близости от моря. Остатки болотных лесов были обнаружены почти повсеместно. Успехи монгольской экспедиции показали, что новое направление в палеонтологии и исторической геологии намечено в общем верно.

Почти до середины нашего века особенно в зарубежной геологии процессы, разрушающие слои горных пород, стирающие и уничтожающие листы геологической летописи, почти не подвергались исследованию. Тем самым неполнота геологической летописи не могла быть раскрытой и оставалась неким символом, удобным для прикрытия слабо обоснованных построений как в исторической геологии, так и в палеонтологии. Только у нас профессор М. М. Тетяев первым обратил внимание на диалектическое единство геологических явлений.

Сформулируем основные выводы:

1. Теперь известно, что геологическая летопись получается в результате непрерывного, но противоречивого процесса накопления и уничтожения.

2. Неполнота геологической летописи закономерна и стоит в прямой связи с колоссальной длительностью геологического времени.

3. За сотни миллионов лет, протекших со времени образования первых глав великой книги природы, очень большое количество уже отложенных осадочных толщ было поднято на поверхность материков и уничтожено денудацией. Можно прямо сказать, что чем более древни листы и главы геологической летописи, тем больше они повреждены временем.

Эта разрушительная роль времени далеко не всегда ясно осознается исследователями и еще меньше осознается, что разрушение осадочных пород все время идет по определенному пути, избирательно уничтожая осадки определенных категорий, определенных фаций.

Очевидно, что в ходе геологических процессов преимущественно сохраняются большие массы осадочных толщ — результаты длительного накопления на больших пространствах. Все маленькие области осадконакопления, отложившие небольшие слои пород, исчезают в чудовищно длительном круговороте изменений поверхности Земли.

Поэтому в геологической летописи преимущественно избирательно сохраняются одни типы осадков, или фации, и также избирательно выпадают другие. Исходя из этих соображений, нетрудно представить, что из наиболее древних листов геологической летописи должны выпасть все материковые отложения, а также пространственно небольшие отложения бухт, заливов, прибрежных отложений и отложений мелкого моря.

В более поздних листах геологической летописи, скажем, относящихся к концу палеозойской или началу мезозойской эры, могут сохраниться не только морские и прибрежные осадки, но и отложения больших озер, дельт (устьев) рек, т. е. уже часть материковых фаций. Еще позже, от конца мезозойской эры и начала кайнозойской, могут дойти до нас уже более разнообразные материковые отложения и все мелкие морские.

Именно с такими соотношениями мы сталкиваемся в действительности. Мы не знаем материковых осадков в геологической летописи древнепалеозойских отложений (500 - 600 млн. лет назад). От этого времени сохранились только огромные толщи морских отложений. В верхнем палеозое (300 - 200 млн. лет назад) известны уже типичные дельтовые материковые отложения и отложения больших материковых впадин, а также отмечено разнообразие мелководных морских осадков. В мезозойскую эру (100 миллионов лет назад) и особенно в кайнозойских (50 миллионов лег назад) отложениях разнообразие сохранившихся отложений еще более возрастает.

Таким образом, из противоречивого процесса образования геологической летописи, создающего, с одной стороны, все новые слои, а с другой — разрушающего старые, выявлена относительность значения ее документов.

Поэтому, если мы не нашли материковых отложений в летописи древнего палеозоя, это еще не доказывает отсутствия в то время материков. Если не обнаружены разнообразные материковые осадки в верхнем палеозое, то и этот факт не может служить указанием на особенный характер материков того времени, их очень низкое расположение в отношении уровня морей.

Данная избирательность сохранения ископаемых остатков древней жизни сильнейшим образом отзывается на полноте наших представлений о многообразии и изменчивости животных и растений прошлых геологических эпох.

За сотни миллионов лет сменились триллионы поколений животных и растений. Это неисчислимое количество живых существ обусловило накопление колоссальных биомасс, частично перешедших в летопись, и дало возможность создания общей картины развития жизни на Земле. Несмотря ни на что, общее количество сохранившихся ископаемых остатков чудовищно велико.