Книга: Живое прошлое Земли

Окаменелости - свидетели прошлого

Окаменелости - свидетели прошлого

Жизнь может существовать в самых различных условиях - от вечной ночи глубоководных впадин до ледников высоких гор. Но наиболее богата и разнообразна она там, где для нее существуют самые благоприятные условия - в теплых мелководных морях и озерах, на побережьях водоемов, во влажных лесах, богатых растительностью лугах и степях. Здесь остатки погибших организмов имеют больше возможностей сохраниться. В то же время для исследователей этих находок ничтожно мало. Каждый организм взаимосвязан со многими окружающими организмами, в том числе и пищевыми связями. Пока он живет, он питается за счет других, или непосредственно используя их остатки (как растения и многие животные), или поедая растения (как растительноядные животные), или будучи хищником охотясь на растительноядных. Что же здесь может сохраниться? Конечно, только твердые, несъедобные скелетные части. Но если они останутся лежать на поверхности земли или на твердом дне водоема, то постепенно исчезнут - они растрескаются от смены температур, их размоет дождем, сотрут в порошок подводные течения и прибой... Однако и во влажной почве или на дне водоемов при разложении растений образуются различные органические кислоты, растворяющие скелетные части животных. В каждом конкретном случае сохранение ископаемого остатка зависит от множества причин: какое имел строение, где жил, как погиб, куда после этого попал. Выяснение этих причин очень сложно, еще сложнее на основе их анализа предсказать, где и что надо искать. Но что же делать? Надеяться на случайные находки - как повезет? Когда-то так и работали. Современная же палеонтология не может основываться на случайности. Для ее деятельности необходим большой объем материала, да и слишком накладно организовывать дорогостоящие экспедиции "туда - не знаю куда", искать "то - не знаю что", как повезет. Поэтому для изучения закономерностей сохранения ископаемых остатков древних организмов возникло совсем недавно новое направление - тафономия. Этот очень молодой раздел палеонтологии сейчас находится на стадии накопления фактического материала. Ученые делают пока предварительные выводы, а до больших теоретических обобщений еще очень далеко. Но уже имеются результаты. Например, известно, какую большую роль играют в современных пресных озерах и реках двустворчатые моллюски. Среди них - иногда друзья (фильтраторы воды и санитары), иногда враги (забивающие решетки водозаборников электростанций). Чтобы успешно бороться с врагами и поддерживать друзей, надо их хорошо знать, а составная часть этого исследования - выяснение истории их происхождения и развития.

История пресноводных двустворчатых началась очень давно - около 300 млн. лет назад. В те времена их предки, моллюски-антракозы, во множестве жили в болотистых озерах, например многочисленных когда-то в Приуралье. И после гибели моллюска его раковина падала на дно, в толщу черного ила, очень богатого растительными кислотами. Там она и растворялась. Исчезала самая интересная часть - толстый слой перламутра, на котором находились отпечатки внутренних органов, важный и сложный замочный аппарат. Сохранялась в виде отпечатка на породе только тонкая пленка рогового вещества, покрывавшего раковину снаружи. Эти отпечатки встречались часто, но много ли можно сказать по ним? А находки целых раковин были чрезвычайно редки. Изучение условий жизни и захоронения раковин антракоз подсказали - искать надо в осадках водоемов с очень жесткой карбонатной водой. И поиски сразу же увенчались успехом - сотни раковин прекрасной сохранности были найдены в отложениях небольшого болотца, более чем 200 млн. лет назад образовавшегося на толстом слое еще более древнего известняка, который "погасил" органические кислоты. Раковины остались целы. Для любой науки основа основ - фактический материал, а для палеонтологии факты - это остатки ископаемых организмов, окаменелости. В теплых мелководных морях обитает богатейшая и разнообразная жизнь. Многие из живых морских существ имеют прочный скелет. Вспомним мощные постройки маленьких коралловых полипов - рифы, атоллы, целые острова. Миллиарды небольших известковых трубочек, в которых они живут, наслаиваются друг на друга за миллионы лет, погибают, оказавшись в толще, замуровывают прикрепившихся других беспозвоночных - мшанок и моллюсков. Возникают толщи рифовых известняков. Пусть даже море потом отступит, а эти толщи будут разрушены волнами прибоя, дождями, ветром - все равно что-нибудь останется. На прибрежном, богатом светом и кислородом дне моря обитают моллюски с прочными раковинами, морские ежи и лилии с прочным известковым скелетом, панцирные рачки-балянусы... Остатки этих животных скапливаются на дне, покрываются твердой корочкой известковых водорослей-литотамний и мшанками, создавая за миллионы лет толщи. У берега волны прибоя выносят ракушки на пляжи, ломая и измельчая их, сортируя обломки: ближе к берегу - помельче, дальше в глубину - покрупнее, поцелее раковины. А с суши их заносят пески и глина, приносимые реками. В рыхлых толщах такого осадка циркулирует вода, разнося растворимую известь и цементируя ею слой. В течение многих тысяч лет накапливаются сотни метров осадка, и чудовищное давление верхних слоев выжимает воду, уплотняет нижние. Именно так возникли прекрасные строительные известняки, благодаря которым Москва получила название Белокаменной. В таких известняках находятся знаменитые одесские катакомбы. Если геологические процессы опускают эти породы на большие глубины, давление в тысячи атмосфер и высокая температура заставляют известняк еще более уплотняться и перекристаллизовываться, иногда частично расплавляться, иногда окрашиваться солями различных металлов в разные цвета (такие породы мы называем мрамором). Но и при этом сохраняются остатки организмов. Если вам доведется ехать в Московском метро, обратите внимание, как на разноцветном мраморе, которым облицованы колонны многих станций, иногда видны характерные срезы кораллов и ракушек. Неплохо сохраняются крепкие ракушки и в глинистом иле на дне моря, в песках, приносимых реками. Сюда же попадают и раковины плавающих моллюсков (например, многочисленных миллионы лет назад в морях аммонитов), зубы и кости рыб, водных ящеров или млекопитающих. Правда, часто циркулирующая в осадке вода несет кислоту (например, растворенный углекислый газ). Эта угольная кислота слабая, но ведь у нас счет идет на многие миллионы лет! За такое время могут раствориться даже самые прочные раковины, и в породе возникает пустота. Ее часто заполняют химические осадки, приносимые той же водой, - кальцит, кремень или глина, и образуется как бы слепок, точно повторяющий все детали внешнего строения раковины - наружное ядро. Если пустота была внутри раковины и ее заполняет осадок, а затем сама раковина бесследно растворяется, образуется внутреннее ядро. Гораздо хуже приходится остаткам позвоночных животных. Дело в том, что морская вода, практически не действуя на кальцит раковин беспозвоночных, довольно быстро растворяет кости, состоящие в основном из солей фосфорной кислоты (апатитов), и от позвоночных остаются только прочные зубы. Поэтому в глубоководных осадках, образующихся на дне океанов, находят в основном раковинки плавающих в толще воды одноклеточных радиолярий, построенные из стойкого кремнезема, да зубы акул. Только в очень редких случаях, если вода у дна моря насыщена какими-нибудь веществами, например сероводородом, вместе с раковинами моллюсков могут сохраняться кости позвоночных. Южнее Москвы в карьерах добывают ценное удобрение - фосфорит, залегающий в черной юрской глине, возраст которой более 150 млн. лет. Глина переполнена минералами фосфора и серы - фосфоритом, пиритом, гипсом.

Многочисленные раковины морских моллюсков определенно говорят, что это отложения мелководного открытого моря. И здесь же нередко находят отдельные кости и целые скелеты морских ящеров (плезиозавров и ихтиозавров), плотные, тяжелые, черные, пропитанные фосфатами и пиритом. Золотисто-желтый пирит иногда заполняет наружные ядра ребристых раковин моллюсков-аммонитов, которые смотрятся как изящные бронзовые скульптурки. Остатки морских позвоночных имеют больше возможностей сохраниться у берега, где впадают крупные реки, опресняющие воду и приносящие в большом количестве глину и песок, быстро засыпающие кости и тем сохраняющие их. Когда принос рекой глины и песка периодически изменяется (например, от смены времен года или из-за периодических засух), образуются глинистые сланцы - листоватые породы, легко раскалывающиеся по плоскостям напластования, особенно по тем, где есть отпечатки животных. Слои могут быть очень тонкими, как листы бумаги, и тогда сланцы называют бумажными. Незабываемое впечатление: горячее южное солнце, напоминающие чем-то лунный пейзаж горы Западного Копетдага. Толстый пласт бумажных сланцев третичного периода изломан горообразовательными процессами, поставлен вертикально, и от него отваливаются полуметровые квадратные куски - точь-в-точь кипы старых газет. Берешь в руки такую пачку: "Ну-ка, о чем там писали двадцать миллионов лет назад?" Отслаиваешь буквально листок за листком: отдельная косточка, крылышко жука, кусочек плавничка... и вдруг под ярким южным солнцем - тонкий и очень изящный, как старинная гравюра, на сером сланце - скелетик рыбы... Такие местонахождения в местах древних устьев рек особенно интересны для палеонтологов. Во-первых, здесь очень благоприятны условия сохранения для ископаемых: вода не пресная, значит, не насыщенная почвенными кислотами, и не соленая, растворяющая кости; быстрое накопление осадка, часто очень тонкозернистого, передающего тончайшие детали строения древнего организма. Примерно в таких условиях могут сохраняться даже тончайшие отпечатки медуз. А во-вторых, здесь могут встретиться одновременно и водные и наземные организмы, а это важно для установления относительного времени их существования.

При таких же обстоятельствах остатки когда-то обитавших около водоемов животных и растений (кости, листья, стволы деревьев) падают в реку, заносятся песком, сносятся в озера. Конечно, основная часть их при этом измельчается, разрушается и исчезает. Но изредка отдельные слои, образовавшиеся, видимо, в особо благоприятных условиях, буквально переполнены листьями или костями. Кости особенно хорошо сохраняются в тонких, слегка известковистых глинах или тонкозернистых песчаниках, при этом даже самые древние практически не меняют свой химический состав - не окаменевают (вещество кости не замещается окружающей породой). Если же по тончайшим порам, всегда пронизывающим даже самую крепкую осадочную породу, циркулирует вода, слегка подкисленная углекислым газом или органическими кислотами, происходит декальцинация - растворение и вынос солей кальция, из которых состоят кости. На их место та же вода приносит из окружающих пород соединения кремния, фосфора, серы, или просто кальцит (углекислый кальций), - именно в таких случаях следует применять термин "окаменелость".

Если декальцинация происходит в начале процесса образования породы, когда еще сохраняется органическое вещество кости, то эта кость становится отчасти гибкой и легко сминается давлением вышележащих слоев. В Архангельском крае, на берегу реки Малой Северной Двины, было найдено несколько десятков черепов крупных пермских ящеров парейазавров, смятых из-за декальцинации, перекошенных то на одну сторону, то на другую (как маски древнего театра). Выглядит это довольно смешно, но не до смеху было ученым, пытавшимся восстановить истинную форму черепов этих животных.

В море относительно одинаковые условия господствуют на больших площадях, поэтому морские местонахождения построены довольно однообразно. Наземные же поражают пестротой отложений - это пески речного русла, глины поймы, мергели озер. Очень хороший пример - местонахождения остатков динозавров в Южной Монголии, в пустыне Гоби. Около 100 млн. лет назад в конце мелового периода по широким долинам древних гор здесь текли широкие реки с богатой растительностью по берегам, в которой обитали различные животные. Сохранились до сих пор горы и долины между ними, но давно пересохли реки, оставив смытые с гор слои гальки, глины, песка, и под ярким солнцем блестит пестрыми кремнями и халцедонами жаркая Гоби. При 42°С в тени мы упорно исследуем вязкую породу, ищем кости удивительных птице динозавров - авимимусов. Вокруг на десятки километров протянулись красные и желтые песчаные обрывы берегов озер и пойм, где встречаются отдельные кости, а иногда и целые скелеты крупных ящериц, черепах, даже панцирных динозавров. Нас интересуют коричневые глины и пески, оставленные небольшим потоком, в которых встречаются кости и части скелетов авимимусов, живших по его берегам. И мы досадуем, если встречаются прослои чистых песков, в которых можно найти только разрозненные белые огромные кости гигантских динозавров. Они только замедляют работу. Коричневые глины через несколько десятков метров переходят в сцементированные известковые песчаники, набитые отдельными костями водных черепах - триониксов. Пестрая и уже понятная картина (вроде бы уже знаешь, где что искать). Но вот сюрприз: появились маленькие линзы голубовато-серых песков. Как они образовались? Пока неясно, но в них находим сперва скелетик древней лягушки, а затем полный скелет очень маленького и очень древнего млекопитающего. Сенсация! Нередки такие неожиданности и при раскопках местонахождений растений или насекомых, но особенно часты при поисках наземных позвоночных. Их остатки сохраняются иногда в самых неожиданных местах, например в пещерах, куда их затаскивали хищные древние животные или человек. На дне провалов в земле, образовавшихся из-за размыва известковых пород - карстовых воронок. В дуплах пней окаменелых деревьев. В озерах природного асфальта (сюда приходили в жару привлеченные блестящей поверхностью животные и тонули). В промоинах вечной мерзлоты, где сохраняются целые туши мамонтов, и их мясо охотно едят песцы и собаки. Разнообразны местонахождения и других наземных животных, например насекомых. Люди долго удивлялись разным букашкам, заключенным в прекрасный янтарь. Одним из первых природу этого чуда понял Михайло Васильевич Ломоносов и в свойственной ему шутливой манере писал: "В тополовой тени гуляя, муравей в прилипчивой смоле увяз ногой своей..." (действительно, муравей увяз в окаменевшей затем древесной смоле). Древние смолы с погибшими в них насекомыми находят не так уж редко. Образовались они в разные времена. Необычно выглядят, например, гигантские местонахождения растительных остатков - угольные бассейны. На протяжении тысячелетий гигантские стволы растений, росших по берегам озер и болот, падали в воду. Их заносило глиной, и они медленно преобразовывались без доступа кислорода - углефицировались.

Стволы деревьев могут сохраняться и без углефикации, но тогда они пропитываются кальцитом, тяжелым минералом бария - баритом, зеленой окисью хрома - волконскоитом или наиболее красиво разноцветными минералами кремния - опалом и халцедоном. Так в основном и сохраняются как бы "вещественные" ископаемые. Да-да, бывают и "невещественные" - это различные следы животных. Прополз по дну древнего моря неуклюжий многоногий трилобит, прорыл ход червь-илоед или пронесло потоком погибшую морскую лилию - на дне остались борозды (а если занесет все это тонкозернистым осадком, то увидеть эти следы можно и теперь).

Недалеко от Новгорода река Мета смывает древний известняк с окремнелой поверхности дна когда-то шумевшего здесь моря. И на открывшейся поверхности видны группки раковин удивительных животных брахиопод, а между ними - всевозможные следы, оставленные различными беспозвоночными. Как будто через прозрачную воду смотришь на дно невероятно древнего моря. Иногда сохраняются следы и наземных позвоночных, особенно оставленные на берегах водоемов, если их вовремя и быстро занесет осадком: следы неуклюжих древних ящеров, гигантских динозавров, легконогих птиц, млекопитающих. Недалеко от Каспийского моря, у города нефтяников Небит-Даг, есть красивое горное ущелье Кара-Гёз. Его обрывы сложены пестрыми слоями пород, а над ним нависает толстый слой плотного песчаника. Гигантские глыбы и отдельные куски отламываются, скатываются в ущелье, и на них, на нижней, ранее невидимой поверхности песчаника открываются многочисленные следы мелких и крупных птиц, газелей, барсов, бродивших по берегу мелкого моря примерно 15 млн. лет назад. А на дне ущелья стоит на ребре огромная глыба, толщиной более 2 м, в несколько метров длиной и шириной, и по диагонали глыбы снизу вверх тянется цепочка следов древнейшего верблюда. Вывезти такой музейный экспонат, массой более сотни тонн и огромных размеров, по пустынному бездорожью невозможно. Самые древние следы четвероногих найдены в Австралии: им более 370 млн. лет, а относятся они к тем временам, из которых мы еще не знаем остатков самих четвероногих. Вообще изучение следов имеет большое значение. Например, немецкие ученые сейчас успешно изучают по сохранившимся следам... походки тероморфов - древних предков млекопитающих!