Читая каменную летопись Земли...
Шрифт:
Великим оледенением завершился долгий докембрийский этап в истории Земли. К этому рубежу она подошла не только со сложно устроенной тектоносферой и глубокими океанами, мало чем отличавшимися от современных, но и с кислородной атмосферой, что существенно изменило условия обитания как в воде, так вскоре и на суше.
Растения и животные завоевывают сушу
Благодаря изменившимся условиям в конце протерозоя произошел настоящий эволюционный взрыв. Появились новые классы и типы живых организмов [Соколов, 1979]. Среди них были существа, которые сами не производили биомассы, а питались остатками уже произведенной водорослями и микроорганизмами. Чтобы находить эти остатки или сами продуценты органического вещества, они должны были активно перемещаться в пространстве. Так появились животные. В кембрийский период (570–470 млн лет назад) дно многих водоемов было заселено странными существами с головой округлой формы, коротким туловищем с отходившими от него члениками-ножками и небольшим хвостом. Это были трилобиты — первые обитатели дна, имевшие
В раннем палеозое некоторые одноклеточные водоросли стали строить опорный минеральный каркас либо раковинки — своего рода скафандры. Они не только защищали от неблагоприятных воздействий среды и хищников, но и позволяли пребывать во взвешенном состоянии, то погружаясь в воду, то всплывая. В пластах морских отложений раннепалеозойского времени сохранились странные образования из фосфорнокислого кальция, по форме напоминающие зуб, — конодонты. Палеонтологи до сих пор спорят о том, являются ли они чем-то вроде раковинок, принадлежавших планктонным организмам, или это форменные элементы более сложно устроенных существ, питавшихся планктоном.
Бентосные формы морской фауны и флоры по-прежнему концентрировались в лагунах и заливах мелководных морей, где было много пищи, а разрушительная работа волн проявлялась в меньшей степени, чем на открытом шельфе. Из этих питомников, словно специально созданных природой для выведения новых видов, растения начали завоевание суши. Это, однако, стало возможным не раньше, чем озоновый слой достаточно уплотнился и уже не пропускал жесткое ультрафиолетовое излучение.
Самые выгодные условия для постепенного привыкания к субаэральной (воздушной) среде существовали на приливно-отливных равнинах, защищенных со стороны моря баровыми островами. Сублитораль и низкие соляные марши испокон веков были заселены бактериями и водорослями. Здесь же, видимо, появились и формы, которые успешнее других сопротивлялись отливу. Закрепившись на низких маршах, они, вероятно, принялись осваивать более возвышенные участки, затопляемые приливом раз в несколько дней. Для выживания в этих условиях необходимы были жесткий каркас, способный поддерживать растение в воздушной среде, и развитая корневая система, чтобы восполнять недостаток влаги за счет поровой воды в осадках. Эти проблемы в конечном счете и были решены растениями. Несомненно, некоторые водоросли еще раньше приспособились к обитанию в солоноватых и пресных водах, что позволило им проникнуть в речные дельты и эстуарии. Отсюда они распространились по речным руслам в старицы и озера. Однако, даже переселившись в пресные водоемы, эти растения так и остались водорослями. Истинными завоевателями суши могут считаться лишь высшие растения, обладающие крепкой корневой системой и каркасными тканями. Последние образованы целлюлозой и лигнином — уникальными с биохимической точки зрения структурами, которые являются многоядерными полициклическими биополимерами, устойчивыми в субаэральной среде. У низших растений эти компоненты отсутствуют.
Как известно, первыми высшими растениями на суше были псилофиты, вымершие в конце среднедевонской эпохи. Их место заняли хвощовые, плауновые растения и папоротники. Они заселяли главным образом болотистые низины, подтопляемые участки речных пойм и прибрежные аллювиальные равнины. Самые древние находки древесных остатков высших растений датируются поздним силуром (410 млн лет назад). Однако прошло еще несколько десятков миллионов лет, прежде чем высшие растения колонизовали континенты. Об этом мы можем судить по среднедевонским залежам каменного угля. Впрочем, глобальный характер угленакопление приобрело лишь в карбоне — в каменноугольный период (350–285 млн лет назад), названный по имени этого горючего ископаемого. По его запасам каменноугольные отложения занимают первое место среди осадочных образований фанерозоя.
Что же способствовало не виданному до того расцвету наземной флоры? Ответить однозначно на этот вопрос трудно. Можно выделить лишь несколько факторов, и прежде всего теплый и влажный (гумидный) климат, господствовавший в карбоне на обширных пространствах. Однако расчеты уровней водного стока с континентов показали, что самым гумидным был не карбон, а меловой и кембрийский периоды, силурийско-девонское время. Именно с ними связаны наиболее высокие скорости аккумуляции осадков [Tardy et а!., 1989].
Во второй половине карбона в результате схождения двух континентальных мегаблоков — Лавразии и Гондваны образовался суперматерик Пангея. Прото-Атлантический океан закончил свое существование. Тектонические сжатия в обширной полосе столкновения континентальных масс привели к воздыманию мощных герцинских складчатых сооружений — горных хребтов. Их опоясывали передовые прогибы. Гигантские напряжения в зоне столкновения плит вызвали расколы в глубоком тылу, на платформах. Они сопровождались прогибанием существовавших с девонского времени рифтовых впадин. Одной из них была Днепрово-Донецкая впадина, где в каменноугольное время сформировались уникальные месторождения каменного угля. Впрочем, не менее богатые залежи угля примерно в то же время возникли в бассейнах передовых прогибов и межгорных впадин герцинского складчатого пояса как в Западной Европе, так и в Северной Америке. Подобное уникальное сочетание тектонических и климатических условий, благоприятных не только для развития наземной растительности, но и для массового захоронения древесных остатков, на протяжении
Животные проникли на континенты, как только смогли находить там пищу и укрытие от непогоды, т. е. сразу же за растениями. Сначала появились примитивные насекомые, отпечатки которых были найдены в силурийских отложениях Германии. С позвоночными дело обстояло значительно сложнее. Как полагали, приспособление к воздушной среде стало возможным после появления двоякодышащих рыб, обладавших жабрами и примитивными легкими. Двойной набор дыхательных органов был им необходим, потому что они обитали в осыхающих на короткое время водоемах. К таковым как раз и относятся приливно-отливные равнины и мелкие лагуны. В последнее время предками наземных позвоночных стали считать кистеперых рыб (вспомним латимерию). Вполне вероятно, что позвоночные животные начали завоевание суши из тех же уникальных природных питомников, что и первые высшие растения. Со временем у некоторых рыб атрофировались жабры и они превратились в земноводных. Предками современных лягушек и рептилий, обитающих в пресноводных водоемах и вокруг них, были стегоцефалы. В карбоне они широко распространились на континентах. Потом, уже в пермское время, появились рептилии. В Пангее они освоили не только болотистые равнины, но также пустыни и горы.
Таким образом, хотя растения и насекомые появились на суше еще в позднем силуре, временем ее окончательного завоевания стал каменноугольный период. Это, как мы увидим ниже, имело далеко идущие последствия.
Материки — извечные скитальцы
Жизнь подавляющего большинства людей всегда была связана с континентами, занимающими лишь около 1/3 всей площади нашей планеты. Естественно, в сознании человека Земля ассоциируется прежде всего с материками. На самом деле они лишь один из компонентов более крупных структурно-тектонических единиц, на которые распадается, согласно положениям новой глобальной тектоники, верхняя оболочка планеты. Эти единицы — литосферные плиты. Они включают не только материки, но и обширные участки океанов. Некоторые из них, например Тихоокеанская плита или более мелкие плиты Кокос и Наска, выделяются в пределах ложа Тихого океана и не содержат образований с континентальным типом земной коры. В то же время нет таких литосферных плит, которые включали бы только континентальные структуры, без океанических. Континенты, словно корабли, впаянные в лед, вынуждены перемещаться вместе с льдиной. Роль такой льдины играет океаническая кора, как правило гораздо более молодая, чем кора впаянных в ту или иную океаническую «льдину» континентов.
Известно, что кора океана очень тонкая, всего 5–8 км. Ее максимальный возраст 140–145 млн лет, т. е. наиболее древние участки образовались в позднеюрскую эпоху. На материках же встречаются, как мы знаем, породы с возрастом до 4,6 млрд лет. Разница огромная. Да и мощность земной коры на материках в среднем почти на порядок больше, от 30–40 до 60–70 км. На материках, таким образом, сохранились древнейшие блоки коры, в океанах же искать их бесполезно. В чем же тут дело?
Как льдины сминаются, торосятся, а то и тают под солнцем, так и океаническая кора легко ломается, скучивается, а большая ее часть расплавляется в зонах Беньофа. От нее остаются лишь асейсмичные хребты перед островными вулканическими дугами или в низах континентального склона на активных окраинах материков. Есть и пластины океанического дна, выдавленные некогда на пассивный край континента. В их составе встречается так называемый меланж — перетертые в труху породы, которые ранее входили в состав океанского ложа. Теперь они выступают на поверхность в ряде крупнейших горно-складчатых поясов.
Казалось бы, при такой судьбе океаны должны были бы давно прекратить свое существование. И такое действительно произошло. Исчез, например, мезозойский океан Тетис. Однако в целом площадь океанов если и сократилась, то ненамного. Дело в том, что океаническая кора постоянно воссоздается вновь. Происходит это в срединноокеанических рифтах — зонах, располагающихся над восходящими ветвями конвекционных ячей, которые, как полагают, существуют в мантии. Разуплотненное и разогретое мантийное вещество, поднимаясь к поверхности, вспучивает океаническую кору и как бы раздвигает ее пластины в разные стороны. В образовавшуюся брешь изливаются и затем затвердевают магматические расплавы, создавая новый фрагмент океанского ложа. В дальнейшем он неоднократно «наваривается»: сверху — базальтами и осадками, а снизу — дайками пород ультраосновного состава. В таком виде этот фрагмент в течение десятков — сотен миллионов лет постепенно смещается в краевую часть океана, где погружается под островную вулканическую дугу или под край материка, в так называемую зону субдукции. С верхней пластины при этом сдираются рыхлые осадки и часть базальтов, все остальное уходит в недра, где и расплавляется на глубинах от 300 до 600 км. Весь массив океанической коры, от рифтовой зоны срединно-океанического хребта до зоны субдукции, с впаянными в него материками, островными дугами и микроконтинентами составляет единую литосферную плиту. В современной структуре земной поверхности выделяется семь крупных литосферных плит. Шесть из них включают один из континентов и соответственно названы Африканская, Евразийская, Австралийская, Северо-Американская, Южно-Американская, Антарктическая. Седьмой плитой, самой крупной из всех, является Тихоокеанская. Помимо вышеперечисленных, выделяются еще десятки микроплит, в основном отвечающих районам задугового спрединга океанической коры, иначе говоря, окраинным морям. В это число входят и малые плиты Тихого океана — Наска и Кокос, расположенные к востоку от Восточно-Тихоокеанского поднятия, с которым связано новообразование океанической коры в восточном полушарии.