Глава 3. Восстановление физико-

ГЕОГРАФИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ПРОШЛОГО

Образующиеся на земной поверхности осадочные и вулканические породы дают значительную часть добывае­мых человеком полезных ископаемых или контролируют их размещение. Эти породы формировались в конкретной гео­графической обстановке, поэтому выяснение природных ус­ловий их образования необходимо для познания геологиче­ской истории Земли и для прогноза полезных ископаемых (Историческая геология, 1985).

3.1. УСЛОВИЯ ОБИТАНИЯ ОРГАНИЗМОВ В МОРСКИХ ВОДОЕМАХ С помощью палеоэкологии, выясняющих взаимоотно­шения когда-то существовавших организмов с окружающей их средой, можно узнать условия жизни растений и живот­ных и основные факторы, определяющие их распростране­ние и развитие.

Наилучшие условия для захоронения и сохранения ос­татков организмов создает водная среда. Поэтому большая часть органических остатков геологического прошлого при­надлежит организмам, обитавшим в воде. Расселение орга­низмов в воде определяют следующие основные условия: соленость, глубина, свет, температура, газовый режим, дви­жение воды, характер грунта (Историческая геология, 1985). Соленость бассейнов определяется количеством граммов соли в одном литре воды и измеряется в промилле (1 °/оо = 1 г/л). В настоящее время соленость Мирового океана равна 35 °/оо. Соленость открытых морей приближа-

131

ется к этому значению. Моря внутренние, глубоко вдающие­ся в континент, отличаются пониженным или повышенным содержанием соли. По солености современные бассейны подразделяют на морские, ненормальной солености (солоно-ватоводные, осолоненные) и пресноводные. Морские бас­сейны имеют соленость 15—45 °/оо (например, Красное море – 43°/оо; Черное – до 23 °/оо; Каспийское – до 17 °/оо), среди них выделяют моря нормальной солености (близкой к 35 °/оо). У пресноводных бассейнов соленость ниже 0,5°/оо, со-лоноватоводных 0,5—15°/оо (например, Балтийское море – 9 °/оо), осолоненных свыше 45 °/оо.

Наиболее разнообразное и богатое население характе­ризует моря нормальной солености. Изменение солености приводит к сокращению числа видов. Так, в Средиземном море (соленость 35—38 °/оо) число обитающих в нем видов превышает 8000, а в Азовском море (соленость до 16 °/оо) количество видов сокращается в 15—20 раз. В бассейнах не­нормальной солености условия благоприятны для немногих видов, однако при этом может резко возрастать их продук­тивность. В таких бассейнах живет мало видов, но они встречаются в больших количествах. Изменение солености приводит к «угнетенному» облику фауны: уменьшаются размеры раковины, раковины становятся тоньше, упрощает­ся их скульптура (Историческая геология, 1985).

По отношению к солености организмы делятся на эв-ригалинные и стеногалинные.

Определение: Эвригалинные организмы выдерживают заметные изменения солености, стеногалинные живут в во­дах только определенной солености.

132

К стеногалинным обитателям морей нормальной соле­ности относится большая часть колониальных кораллов, иг­локожие, головоногие моллюски, брахиоподы, трилобиты (рис. 3.1.1). Только единичные представители перечислен­ных групп могли переносить изменение солености. Пресно­водными являются двустворки Unio, гастроподы Limnaea, Viviparus, Planorbis.

Рис. 3.1.1. Диорама ордовикского моря нормальной солено­сти со стеногалинными организмами. В центре – головоно­гий моллюск, пожирающий трилобита. По бокам и на заднем плане – колониальные и одиночные кораллы

Эвригалинные группы составляют пелециподы (дву­створчатые моллюски), гастроподы (брюхоногие моллюски), некоторые ракообразные, черви, водоросли. Наиболее вы­носливы последние три группы. Однако некоторые предста­вители перечисленных групп не выносят изменения солено-

133

сти. Так, пелециподы Hippurites, Diceras жили только в мо­рях нормальной солености.

Глубина бассейна играет существенную роль в рассе­лении организмов. С ростом глубины уменьшается освещен­ность, возрастает давление (через каждые 10 м глубины дав­ление увеличивается на 10⁵ Па), изменяется газовый режим; температура воды на больших глубинах низкая и практиче­ски постоянная. Для жизни растений и животных наиболее благоприятны небольшие глубины. С увеличением глубины число видов и биомасса значительно уменьшаются. В на­стоящее время биомасса зообентоса в абиссали (глубина 5— 6 км) в центральных районах океана составляет 1—2 мг/м², что в 100—200 тыс. раз меньше, чем на шельфе (до глубины 200 м), где сосредоточено 82,6 % всей биомассы бентоса. 65 % всей биомассы планктона находится в толще воды на глу­бинах до 500 м.

Глубоководные животные при перемещении в верхние слои воды гибнут. Однако многие организмы могут двигать­ся в толще воды по вертикали, например, рыбы, головоногие моллюски (рис. 3.1.2) и мигрирующий зоопланктон.

Некоторые современные планктонные организмы опускаются во время штормов в спокойные воды глубин; другие не переносят дневного света и днем уходят в неосве­щенные глубины (Историческая геология, 1985).

134

Рис. 3.1.2. Два современных головоногих моллюска – наути­луса поедают рыбу. Наутилусы и рыбы – эврибатные орга-

низмы

О глубине древних бассейнов можно судить только по оставшимся на месте (неперенесенным) остаткам бентосных организмов. На небольших глубинах обитали водные расте­ния и разнообразные рифостроители: известьвыделяющие цианобактерии (строматолиты), археоциаты, строматопора-ты, кораллы. Поселения брахиопод и двустворок характерны для морского дна. На мелководье располагались брахиопо-довые и пелециподовые банки, заросли морских лилий. По отношению к изменению глубины бассейна организмы бы­вают эврибатные и стенобатные.

Определение: Эврибатные организмы способны вы­носить изменение глубины обитания, а стенобатные – не способны.

Пример: рифостроящие животные (мшанки, кораллы) являются стенобатными организмами, а активно плавающие животные (рыбы, головоногие моллюски) – эврибатными.

135

Свет необходим для фотосинтеза растений. Наиболее освещены верхние 10 м водной толщи. Развитие раститель­ности в освещенных верхних слоях воды (до глубины 50—80 м) и на мелководье приводит к тому, что здесь существует наиболее богатый животный мир. На глубине свыше 200 м царит фактически полный мрак. Проникновение солнечного света на глубину зависит от прозрачности воды и широты места (Историческая геология, 1985).

Пример: В Средиземном море белый диск, опущен­ный в воду, виден до глубины 60 м, в Белом до 8—9 м, в Азовском до 3 м, а в летнее время из-за массового развития одноклеточных водорослей видимость снижается до 10—12 см.

Температура воды на небольших глубинах определя­ется географическим положением (широтой) местности, временем года, действием течений. Вода отличается боль­шей термостабильностью, чем воздух, у нее низкая тепло­проводность (она медленнее нагревается и медленнее осты­вает). В бассейнах существует «температурная слоистость». Так, зимой холодные воды располагаются подо льдом на бо­лее теплых, а летом более легкие прогретые воды находятся вверху. Подобные условия благоприятны для обитателей водной среды. В Мировом океане наивысшая температура воды 36 °С (в тропической зоне), наиболее низкая—от 0 до —2 °С. Все глубинные области океанов заполнены холод­ными водами (Историческая геология, 1985). Выделяют эв-ритермные и стенотермные организмы.

136

Определение: эвритермные организмы способны вы­носить изменение температуры воды, а стенотермные орга­низмы не выносят изменения температуры.

Пример стенотермных организмов — колониальные кораллы с симбионтами, которые живут при температуре не ниже 20°С (рис. 3.1.3.). В теплых морях известковые ракови­ны животных более толстые, массивные, с богатой скульп­турой. Растворимость карбоната кальция выше в холодной воде, поэтому осадки холодных вод бедны им и раковины обитающих в них животных тонкие, с простой скульптурой. Более богатая и разнообразная в видовом отношении фауна характерна для морей тропиков, а менее разнообразная – для Антарктиды (Историческая геология, 1985).

Газовый режим, особенно содержание кислорода, уг­лекислого газа и сероводорода, имеет большое значение для водных существ. Кислород поступает из атмосферы и выде­ляется фотосинтезирующими растениями; он необходим для нормальной жизнедеятельности организмов. Углекислый газ выделяется в воду организмами и поступает сюда во время вулканической деятельности. Он потребляется фото- и хемо-синтезирующими организмами и расходуется на химические соединения. С повышением температуры и солености нор­мальное содержание углекислого газа в воде снижается. В высоких концентрациях углекислый газ ядовит для боль­шинства животных, поэтому многие родники, пересыщен­ные углекислотой, лишены жизни. Сероводород образуется в водных бассейнах в результате деятельности бактерий. Для множества видов водных животных сероводород смертелен

137

Рис. 3.1.3. А - колониальный коралл с симбионтами - при­мер стеногалинного, стенотермного и стенобатного организ­ма. Б - область распространения современных коралловых рифов ограничена изотермой 20° (Schanger, 1992)

(Историческая геология, 1985), хотя существуют формы, способные жить в бескислородных (аноксидных) условиях. По отношению к изменению концентрации растворенного в

138

воде кислорода организмы делятся на стенооксийные и эв-риоксийные.

Определение: стенооксийные организмы не могут вы­держивать изменение концентрации растворенного в воде кислорода, а эвриоксийные – могут.

Движение воды в прибрежной зоне на мелководье и на морском дне в глубоких частях бассейна происходит по-разному. Действие волн, приливы и отливы оказывают большое влияние на обитателей прибрежной зоны. У них вырабатываются различные приспособления: прочные по­стройки, толстые раковины, способность к всверливанию и т. п. В зоне подводных течений на скалистом грунте обитают прирастающие животные (например, кораллы, строматопо-раты). Сильное движение воды сказывается на форме их ко­лоний, строении скелета. Появляются плоские обтекаемые формы. Некоторые кораллы стелются по дну. В ископаемом состоянии можно встретить такое дно древнего моря — по­верхность напластования со стелющимися кораллами, сле­дами сверления, «пеньками» морских лилий, приросшими брюшными створками брахиопод, трубочками червей. Кроме горизонтальных перемещений водных масс известна и вер­тикальная циркуляция воды.

Движение воды усиливает газовый обмен, создает окислительную среду, в противном случае возникает восста­новительная обстановка. В застойной среде у дна бассейна часто развивается сероводородное заражение; для таких ус­ловий характерно обогащение осадка органическим вещест­вом (Историческая геология, 1985).

139

Характер грунта определяет облик донных животных (бентоса). Для обитания на рыхлом грунте вырабатываются особые приспособления (рис. 3.1.4, 3.1.5). Так, у морских лилий появляются образования, напоминающие корни; сво­бодно лежащая широкая плоская или слабовыпуклая рако­вина моллюсков (например, Pecten) и брахиопод не погру­жается в грунт. Подобной цели служат иглы у некоторых морских ежей, широкий лимб у трилобитов, а также шипы, иглы, выросты на раковинах брахиопод, двустворок, гастро-под. У зарывающихся полностью или частично брахиопод и двустворок изменяются форма раковины, ее скульптура и внутреннее строение (рис. 3.1.6 а); раковина становится длиннее (Муа, Solen, Lingula). В рыхлом грунте сохраняются следы жизнедеятельности илоядных форм (Историческая геология, 1985). Расселение (увеличение размеров области обитания) обеспечивается в основном личинками, а не грун­том.

На твердом грунте живут формы, прирастающие при помощи цемента. У морской лилии утолщается основание стебля, напоминающее усеченный конус (рис. 3.1.6 б). Мно­гие двустворки и брахиоподы образуют тесные поселения, банки, нарастая друг на друга (рис. 3.1.7); раковины в таких скоплениях обычно неправильной формы. Прирастающими являются также домики некоторых низших ракообразных (Balanus) (см. рис. 3.1.5). Кораллы, археоциаты, строматопо-раты растут на твердом грунте. В твердый грунт всверлива-ются разнообразные камнеточцы. Некоторые формы обла­дают способностью присасываться к твердому грунту (Pa­tella), другие подвешиваются при помощи биссуса (Mytilus).

140

Рис. 3.1.4. Обитатели рыхлого грунта (Историческая геоло­гия, 1985). 1 — дисковидный морской еж обтекаемой формы (а — вид снизу, б — вид сверху, в — вид сбоку); 2—4 — ра­ковины гастропод с выростами наружной губы, играющими

141

роль якоря; 5 — одиночный четырехлучевой коралл кальце-ола, лежащий боковой стороной на дне (а — вид сбоку, б — вид сверху); 6 — одиночный шестилучевой коралл, лежащий на дне основанием (а— вид сбоку, б—вид сверху)

Биссус – это секрет биссуссовой железы, имеющийся в ноге у двустворчатых моллюсков, затвердевающий при вы­делении в прочные нити, которыми моллюск прикрепляется к субстрату. Обитание на определенном грунте отражается в твердых скелетных элементах, поэтому, изучая остатки бен-тосных форм, получают представление о характере грунта, на котором они жили (Историческая геология, 1985). Определение условий обитания организмов начинают с оп­ределения характера захоронений сообщества ископаемых — ориктоценозов (Историческая геология, 1985). Можно проследить следующую цепочку: биоценоз (сообщество жи­вых) – танатоценоз (сообщество мертвых) – тафоценоз (сообщество захороненных) – ориктоценоз (сообщество ис­копаемых). Органические остатки могут не подвергаться пе­реносу (см. рис. 3.1.6 б, 3.1.7) или транспортироваться вод­ными массами (рис. 3.1.8). Танатоценоз может не соответст­вовать биоценозу, а тем более – тафоценоз или ориктоценоз.

При выяснении типа захоронений изучается сохран­ность окаменелостей, их сортировка, ориентировка, а также комплекс органических остатков. Сохранность органических остатков нарушается в процессе переноса: скелетные эле­менты разъединяются, разрушаются, обламываются, окаты­ваются, иногда превращаются в мелкие обломки. При пере­носе органические остатки сортируются по размеру и весу

142

Рис. 3.1.5. Закономерное взаимное расположение домиков-ракообразных (балянусов) и двустворчатых моллюсков (дрейссен) (Историческая геология, 1985): а—створка пекте-на (свободно лежащей на рыхлом грунте формы двустворча­того моллюска) с раковинками балянусов; б—балянусы на краю наружной губы хищной гастроподы натики; в—группа дрейссен, прикрепившаяся к оставшейся не погруженной в грунт задней части пресноводного двустворчатого моллюска

143

Рис. 3.1.6 а. Углубляющиеся и зарывающиеся двустворчатые моллюски (Историческая геология, 1985): 1—мало углуб­ляющаяся (неглубокий мантийный синус внутри раковины); 2—4 — глубоко зарывающиеся: 2—с зиянием на заднем конце, откуда выступают не помещающиеся внутри ракови­ны сифоны, 3—с выступающими из грунта сифонами (по вытянутому сифону поступают питательные вещества, анальный сифон направлен вверх), 4—с глубоким мантий­ным синусом; 5—зарывающиеся на разную глубину

144

Рис. 3.1.6 б. Сверху – основания стеблей морских лилий, прикрепившихся к твердому субстрату. Поверхность напла­стования силурийского известняка. Сибирская платформа, р. Мойеро (Историческая геология, 1985). Снизу – современная морская лилия на дне моря

145

Рис. 3.1.7. Раковины брахиопод (спириферид), прикрепив­шихся к створке пелециподы, сохранившиеся в прижизнен­ном положении (Историческая геология, 1985)

Рис. 3.1.8. Раковины головоногих моллюсков, ориентиро­ванных движением воды в прибрежной части моря. Базаль-ные слои силура. Сибирская платформа, р. Мойеро (Истори­ческая геология, 1985)

146

(массе). При отсутствии переноса остаются на месте круп­ные (взрослые) и мелкие (молодые) экземпляры. В результа­те переноса скелетные элементы принимают наиболее ус­тойчивое положение: вытянуты параллельно движению, от­дельные створки раковин ориентированы выпуклой створ­кой вверх и т. д. На танатоценоз указывает совместное захо­ронение остатков животных, обитавших в разных условиях (например, раковин камнеточцев вместе с остатками мор­ской фауны рыхлого грунта или с наземными растениями). Наибольшую ценность для палеогеографического анализа представляют сообщества; по танатоценозам определяют об­становку захоронения. Определив характер захоронения, и зная условия жизни животных или растений, остатки кото­рых содержатся в горной породе, можно сделать обоснован­ное предположение об условиях образования этой породы (Историческая геология, 1985).