Занимательно о геологии

Kартины, возникающие в поляризованном свете, имеют и весьма прозаическое значение. В специальном геологическом (поляризационном) микроскопе есть дополнительная линза из исландского шпата. Минерал, из которого сделана эта дополнительная приставка, особенный - он обладает двойным лучепреломлением.

Каждому школьнику известен такой рисунок: на надпись 'Исландский шпат' положен ромбоэдричский кристалл. B кристалле отчетливо видно, что надпись раздваивается.

Вот эти два луча проходят дальше к глазу наблюдателя с разной скоростью. Если на их пути поместить прозрачную пластинку - шлиф, то в шлифе скорости хода лучей изменяются в зависимости от минерального состава расшлифованной породы. А это вызовет окраску, свойственную только данным минералам.

Можно на пути хода лучей поставить отполированную поверхность. Пучок света, отразившись от такой поверхности, как зайчик от зеркала, и пройдя через приставку с исландским шпатом, также вызовет окраску, свойственную только этому минералу. Так определяют в отраженном свете различные непрозрачные минералы, главным образом руды металлов.

Геолог-петрограф умеет по показателям преломления или отражения различных раскрасок точно определить в шлифе название всех минералов, а по минералам - и горную породу. Всю жизнь геологи-петрографы и заняты этим давно известным делом.

Но недавно открылся новый путь применения поляризационного микроскопа. Открыл этот путь крупный ученый - профессор Ефрем Александрович Кузнецов.

Если бы Кузнецова спросили, сколько шлифов он просмотрел за свою жизнь, он вряд ли ответил бы на этот вопрос. Во всяком случае, сказал бы - сотни тысяч.

В этих сотнях тысяч световых картин заключались многие закономерности. Одни из них расшифровали его коллеги, другие... А другие еще предстояло раскрыть. Но для этого нужно было не просто смотреть, а думать, сопоставлять, проверять, экспериментировать.

То, что предложил Ефрем Александрович, ошеломило даже видавших виды геологов. Его открытие вызвало вначале настороженное молчание и даже недоверие. Это бывает (я замечу в скобках) не только у геологов. Все новое, ошеломляющее всегда вызывает недоверие у людей, которым свойственна инерция мышления.

Ефрем Александрович длительное время пытался растолковать сущность многих цветовых аномалий. Как объяснить, например, аномалии ярких расцветок? Как возникают яркие тона, отсутствующие в обычном спектре? Просто сказать, что это свойство некоторых минералов. Расшлифуйте, мол, эпидот, цо-изит, пренит... и получите такие расцветки. Что тут особенно думать? Такие аномалии и помогают определять минералы.

И десятки тысяч геологов так поступали, не задумываясь над сущностью вопроса.

А Ефрем Александрович, занявшись глубоким изучением многих подобных этому цветовых явлений, долго экспериментировал. Он подбирал светофильтры, составлял диаграммы. Словом, делал что-то не то, что принято, искал скрытые закономерности. И наконец обрел желаемое.

По цветовым аномалиям он стал определять химический состав минералов. Особенно его интересовали радиоактивный изотоп калия и возникающий при его распаде аргон. Они легко определялись в полевых шпатах, в слюдах, встречающихся в разнообразных породах.

А дальше мысль заработала необычайно четко: если можно определить под микроскопом эти элементы, то, значит, можно рассчитать и время их возникновения.

Но если это так, то открыт новый метод определения абсолютного возраста горных пород!!! Следовательно, не нужно производить дорогостоящих определений возраста на специальных аппаратах в геохимических лабораториях. Нужно взять в экспедицию обычный портативный поляризационный микроскоп со специальными приставками к нему, десятка три-четыре светофильтров, таблицы и легкий шлифовальный станок с приводом к автомашине. Тогда прямо у скалы можно определять возраст пород! Это же осуществление мечты многих поколений геологов!

Остается сказать, что за свое открытие профессор Е. А. Кузнецов награжден золотой медалью и премией имени Ломоносова.

Конечно, метод Е. А. Кузнецова не дает нам права браковать другие методы, которыми пользуются геологи. По-прежнему будет во все возрастающих объемах производиться определение абсолютного возраста горных пород по продуктам распада радиоактивных изотопов урана, радия, калия и других. По-прежнему будет иметь основное значение метод относительного определения возраста пород по тем окаменелым органическим остаткам, которые находят в них палеонтологи, С помощью этих мертвых окаме-нелостей оживают древние страницы истории жизни Земли.

В ХИТИНОВОМ САВАНЕ

Перехваченная радиограмма

'Внимание, внимание! Слушайте жители всех планет нашей Галактики! Говорит экипаж космического корабля, благополучно достигший планеты загадок!'

Так могла бы начаться первая передача с Земли, если бы на ее поверхность приземлился экипаж планетолета, сплошь начиненного разнообразными кибернетическими устройствами, позволяющими решать задачи любой сложности.

Так же как и мы, возможные жители иных планет ждут любой информации о новом для них мире. И конечно, каждое слово, переданное с Земли в космос, представляло бы для всех необычайный интерес. Конечно, планетолетчики были бы представителями иной, не похожей на человеческую, цивилизации.

Наряду с информацией о рельефе Земли первые ее посетители передали бы ошеломляющую новость о необычайном развитии биосферы - о живых существах, населяющих планету.

Объективная информация выглядела бы необычно для нас. Исследователи насчитали бы свыше 1 миллиона 200 тысяч ныне существующих и некогда живших видов живых существ. А среди них (это было бы передано крупным шрифтом) СВЫШЕ 86 ПРОЦЕНТОВ ЧЛЕНИСТОНОГИХ, ВКЛЮЧАЮЩИХ ОКОЛО 80 ПРОЦЕНТОВ НАСЕКОМЫХ!!!

'Земля - планета насекомых!!!' Так кричали бы все газеты всей Галактики! Среди насекомых планеты первое место (опять-таки по количеству видов) занимают жесткокрылые жуки, потом идут бабочки и мотыльки, затем 'общественные' формы: муравьи и пчелы, собранные в крупные коллективы, и, наконец, небольшую группу составляют 'прочие' виды насекомых, с низшими формами объединений - такие, например, как саранча, временами тучами покрывающая Землю.

Кропотливые информаторы раскопали бы, что одна из саранчовых туч (не самая крупная) однажды покрыла пространство в 6 тысяч квадратных километров. Она весила столько же, сколько может весить все количество меди, свинца и цинка, добытое человечеством за 100 лет.

А дальше следовали бы новые, столь же невероятные цифры. Такие существа, как кольчатые черви, нематоды, кишечнополостные, губки, иглокожие и (какие-то) млекопитающие составляют примерно по одному проценту от общего количества видов!

Про одну из групп этих млекопитающих - про человека - информаторы сказали бы, что она тоже, как и некоторые из насекомых, слагает общественные коллективы. Что люди, как и термиты, муравьи и пчелы, сооружают постройки, иногда весьма громоздкие...

Перехваченная радиограмма

А в горных породах кибернетические устройства обнаружили бы остатки древних обитателей планеты.

Впрочем, мы знаем о них и сами и обойдемся пока без помощи кибернетики и сведений инопланетных существ.

Начало истории

Снежные заносы закрыли в декабре 1964 года из города Сринагара в южных отрогах Гималаев в Дели и Калькутту - научные центры Индии. В снежном плену оказалась Кашмирская экскурсия геологов XXII Международного геологического конгресса. Но геологи не унывали. Они обжились в походных условиях и разговорились.

Не так часто участникам крупных международных совещаний удается набеседоваться всласть. Обычно программы конгрессов пересыщены докладами до предела. И вдруг, к счастью, заносы.

Сколько было высказано интересных мыслей! Как много поведано необычных историй! Еще больше было завязано дружеских связей.

Одну из историй рассказал норвежский ученый - доктор Л. Штёрмер. Вот она в записи советского палеонтолога, члена-корреспондента Академии наук СССР И. И. Горского. Я лишь дополнил ее некоторыми деталями.

Однажды шотландские мальчишки забавлялись, кидая в воду плоские галечки и подсчитывая, сколько раз плитка ударится о поверхность воды.

Одна из плиток не полетела в воду только потому, что была слишком велика. Зато ее увидели палеонтологи.

Профессор Уилле обнаружил на плиточке необычный отпечаток, заинтересовавший всех палеонтологов мира. Ему удалось доказать, что окаменелость принадлежит гигантскому скорпиону, который был в два раза больше современного и достигал 30- 35 сантиметров.

Интерес к скорпионам в эти годы был подогрет уникальными наблюдениями французского исследователя Анри Фабра.

Часами просиживал Фабр перед стеклянной клеткой с этими насекомыми, наблюдая их жизнь. Пожалуй, самым удивительным из всех наблюдений было описание многодневных брачных танцев: совместных прогулок самца и самки, взаимных ухаживаний, 'поцелуев', поглаживаний друг друга лапками, на которых имеются осязательные ворсинки.

Л. Штёрмер рассказал о найденных им осязательных волосках у скорпиона, пролежавшего в земле 300-350 миллионов лет. Ископаемый скорпион сохранился настолько хорошо, что, когда ворсинки очищали от породы, они не обломились. Штёрмер сделал из них тончайшие препараты.

Современная техника биологических исследований позволяет с помощью микротома - резательного аппарата - делать срезы толщиной в 1-2 микрона.

В срезах осязательных волосков скорпиона под микроскопом обнаружились тончайшие внутренние тяжи - нервы. Ископаемые нервы!

Значит, не только по облику, но и по микроскопическим особенностям внутреннего строения ископаемый скорпион был похож на современного, отличаясь от него только размерами. Треть миллиарда лет назад природа создала идеальное (для подобных индивидов) существо, создала настолько хорошо, что ъ дальнейшем пришлось вносить в эту конструкцию очень немного доделок!

Первых скорпионов из всех известных на Земле описал в 1966 году Эрик Къеллесвиг-Веринг. Он нашел их в силурийских отложениях штата Нью-Йорк в США. Хотя они были известны еще с 1880 года, их пришлось заново изучать и описывать. Переисследованный 'Проскорпиус осборни' имел в отличие от последующих форм по два когтя на ходильных ногах. Ему требовались еще и парные сложные боковые фасеточные глаза. Дышал он жабрами, но могли быть у него и зачаточные трахеи.

Жил 'Проскорпиус осборни' в морском мелководье, в заливах, лагунах, эстуариях. Возможно, ему приходилось выходить и на сушу. По своему образу существования он чем-то напоминал знаменитого 'це-лаканта' - двоякодышащую рыбу. Но жил он значительно раньше 'целаканта'. Их отделяет промежуток времени не менее чем в 50 миллионов лет.

Атака падалеядов

Три года шаг за. шагом Л. Штёрмер восстанавливал и очищал от породы тело скорпиона. Особенно хорошо сохранилась кожа. У нее была пленка, состоящая из хитина, - органического вещества, сходного с роговым. Этот хитин имел темно-янтарный цвет.

На поверхностях 'бедра' и 'большой берцовой' последней пары конечностей обращал внимание странный струйчатый орнамент. Его создавали какие-то палочкообразные тела, иногда близко расположенные Друг к другу, иногда расходящиеся причудливыми разводами.

Опять в дело пущены были микротом и микроскоп. Много месяцев длилось исследование. И наконец бесспорно вырисовались контуры и очертания 'палочек'. Детали их строения удивили даже самих исследователей. 'Палочки' представляли тельца длиной около 250 микрон. Одна часть их тупо заканчивалась, имея недалеко от окончания пережим в виде шеи. Внутри 'палочки' был обнаружен канал диаметром 3 микрона. Такое строение характерно для червей-нематод, питающихся падалью.

Атака падалеядов

Вывод Штёрмера о принадлежности палочковидных тел к нематодам подтвердил крупнейший знаток этих существ доктор X. Вельч из Беллвильского исследовательского института в Канаде.

Нематоды - нитчатые черви - самые опасные паразиты человека, животных и растений. К ним принадлежат и аскариды,и медицинский струнец, вызывающий страшные нарывы, и червецы, пожирающие трупы животных, и многие другие.

Нематоды накинулись на труп скорпиона сразу же после его гибели. Но накопившаяся над трупом скорпиона порода прижала друг к другу пластинки хитина и погребла падалеядов. Они скончались, не успев уничтожить скорпиона. Штёрмер показал на массе срезов, как черви задохнулись, закрытые герметически со всех сторон. Только некоторые из них вырвались из плена, пробурив отверстия в хитине. Большинство же нематод окаменело вместе с скорпионом.

Жизнь в могиле

Захоронением нематод не закончилась история 'посмертных мучений' скорпиона. Штёрмеру удалось рассмотреть, что срезы некоторых нематод пронизаны тончайшими нитями, во много раз более тонкими, чем канал внутри нематоды. Произведя ряд последовательных срезов и восстановив по ним картину пространственной ориентировки нитей, Штёрмер обнаружил сходство в их расположении с распространением гифов (нитей) грибов, развивающихся на падали. Гифами были частично уничтожены не только нематоды, но и часть хитинового покрова скорпиона.

Между гифами грибов оказались крошечные тельца, менее микрона диаметром, представившие для исследователя новую загадку.

Штёрмер обратился за помощью к профессору Муру из Шеффилдского университета (Англия), и тот высказал предположение, что эти тельца являются частями бациллоподобных форм, принадлежащих к актиномицетам - лучистым грибкам, низшим растительным организмам, похожим и на бактерии и на простейшие грибы.

В наши дни некоторые из актиномицетов служат для получения лекарств-антибиотиков. С их помощью изготовлен стрептомицин, подавляющий туберкулезные палочки, микробы чумы, туляремии и дизентерии.

Конечно, нам неизвестно, жили ли 350 миллионов лет назад такие актиномицеты, которые подавляли болезнетворные микробы, но не исключена возможность, что именно они сыграли какую-то роль в консервации органической массы скорпиона и приостановлении процессов гниения.

Профессору Муру удалось найти такие же акти-номицеты и в других образцах пород из Шотландии, одновозрастных с породами, содержащими скорпиона.

Так было доказано, что актиномицеты не были занесены в тело скорпиона в наши дни, а пролежали в земле также сотни миллионов лет.

Еще более удивительные образования встретились Штёрмеру внутри хитинового слоя скорпиона рядом с гифами грибов и комочками актиномицетов. Эти образования были кристаллическими. Размер кристалликов не превышал 25 микрон, и поэтому подвергнуть их обычным методам изучения минералов и кристаллов было невозможно. Штёрмер обратился за помощью к ученым, владеющим более тонкими методами исследований.

Еще в начале нашего века русскому ученому Е. С. Федорову удалось доказать связь химического состава вещества с кристаллографической огранкой.

Так возникла кристаллохимия. После этого открытия учеными других стран была доказана возможность изучения кристаллохимических особенностей вещества с помощью рентгеновских лучей. Рентгенограммы позволяют точно рассчитать структуру кристалла и его атомный каркас и дать ответ на вопрос о химической природе вещества.

Результаты рентгеновского изучения не заставили долго ждать. Рентгенологи определили, что кристаллы принадлежат пропионовому барию и кальцию. Кристаллы такого состава возникают как конечный продукт сложных реакций, идущих под воздействием особого вида бактерий, живущих и ныне.

Деятельность пропионовых бактерий в настоящее время люди используют в промышленных масштабах для производства негорючей кинопленки, особых лаков, искусственного шелка.

Итоги анализа

Благодаря комплексным усилиям коллектива ученых, привлеченных Штёрмером для изучения тела скорпиона, выявилась сложная картина событий, окутывающих прошлое гиганта из мира насекомых.

Обычную жизнь вел в прибрежно-морских зарослях наш скорпион. Он так же, как и все скорпионы Земли, любил свою подругу, исполнял с ней замысловатый танец любви, сражался со своими противниками...

Но вот пришла смерть. Скончался скорпион на берегу моря. Прибой уничтожил хвостовую часть его тела. Но волны принесли и тонкую глинисто-песчаную муть, прикрывшую остальное тело насекомого. Понемногу накапливалась толща песчано-глинистых пород, надежно закрывая скорпиона от разрушения прибоем.

Но и под покровом породы, в своем 'загробном существовании', скорпион не нашел покоя. Немедленно собрались у трупа черви-нематоды.Oни, конечно, съели бы скорпиона, но сами нашли преждевременную смерть, придавленные хитиновыми пластинками.

Итоги анализа

И после этого жизнь в теле скорпиона продолжалась. Но жили уже не черви, а грибы, разъедавшие и насекомое и нематод. В свою очередь, их уничтожали актиномицеты, возможно, тут же выделявшие свои секреты - антибиотики, стерилизовавшие среду. Все это пожиралось пропионовыми бактериями, строившими на чужих телах свою жизнь.

А потом все эти существа окаменели. Некогда живые и активные, они замерли на сотни миллионов лет. Казалось, они обрели вечный покой.

В наши дни их разбудил человек. Началась новая жизнь и скорпиона и всей колонии, занявшей его тело. Скорпион привлек внимание палеонтологов, биологов, микологов (специалистов по изучению грибов), бактериологов, рентгенологов и людей многих других профессий. Они помогли доктору Л. Шгёрмеру восстановить далекое прошлое, казалось, бесследно исчезнувшее в пучинах миллионолетий. Но гений человеческой мысли смог из-под савана прошлого извлечь картину жизни, смерти и нового бытия одного из обитателей нашей планеты.

Скорпионы - это потомки еще более удивительных существ из мира членистоногих. Их предки были когда-то великими и нераздельными властителями нашей планеты. Вот о них-то мы и поведем далее наш рассказ.

ПЕРВЫЕ ВЛАСТИТЕЛИ ЗЕМЛИ

Начало эры

Крик, страшный беззвучный крик, разнесшийся над безмолвной прежде акваторией, был необычен. В нем звучал сигнал опасности, вопль о спасении. Все, все, все предупреждались этим криком, что свершилось нечто невиданное, неотвратимое, ужасное...

'Спасайся, спасайся, спасайся!' - разносилось над илистым дном.

И все, кто слышал этот сигнал, зарывались в ил, залезали в глубокие норы или просто удирали без оглядки.

Паника не была напрасной. За миллиарды лет существования Земли ничего подобного никто никогда не видел.

Полчища пришельцев - бронированных чудовищ - неотвратимо захватывали метр за метром жизненное пространство. Ничто живое не могло им противостоять! Пути расселения этих чудовищ никому точно не известны. Поэтому для каждого района они были действительно пришельцами.

Вот группа приземистых страшилищ, одетых в тяжелые доспехи, подняв кверху 'антенны', выползла на пологий бугор. Вот их уже можно рассмотреть в мерцающем свете придонной части моря. В этом призрачном свете они казались гигантами.

На коротких, многократно сочлененных ногах сидело прочное туловище, защищенное гибким панцирем. Тело чудовища казалось трижды надломленным, отчленяя этим голову, туловище и хвост. Это были трилобиты - трехчленные твари. Против них не было ни у кого оружия. Голова и хвост трилобитов были одеты плотной, непробиваемой броней из ороговевшего кожного слоя, пропитанного для прочности солями фосфорнокислого кальция. Средняя часть ' тела была гибкой. Панцирь здесь был так ловко расчленен на части, наползавшие друг на друга, что трилобит мог изгибаться и перед броском свертываться в комок.

Гордостью пришельцев были глаза, сидевшие на роговом панцире головы. Они были выпуклыми и состояли из тысяч маленьких фасеточек. С их помощью трилобит видел сразу всю полусферу.

Вдруг в поле зрения одного из трилобитов попала какая-то тень. Мгновенно последовала реакция. Упруго сжалось его тело. Мощный удар хвостом о воду. Резкий бросок - ив лапах пришельца забилась, извиваясь, очередная жертва. Насытившись, захватчики устраивались на отдых тут же, на бугорке, чуть-чуть прогретом лучами солнца, пробившимся сквозь толщу воды. Набитый желудок отягощал голову. Не нужно было ни от кого прятаться. Можно было и отдохнуть.

Трилобиты

Пришельцы, получившие название трилобитов, появились на Земле 570 миллионов лет назад, в самом начале палеозойской эры.

До их прихода мир был населен в течение многих сотен миллионов лет мирными существами. Черви, медузы, водоросли, строматолиты, бактерии без особых раздоров находили себе пропитание в водах Мирового океана. Природа делала еще робкие шаги, приспосабливая живые организмы к сложным условиям существования.

Даже не все специалисты - палеонтологи знают о существовании типа мягконогих, или малакопод, населявших илы морских бассейнов до палеозойской эры и в начале палеозоя. Это были странные существа, одетые в мягкий хитиновый покров. В длину они достигали 15-20 сантиметров. Тело их было разделено на сегменты. Короткие мягкие лапки (не менее 10 пар) с трудом передвигали по илистому дну такое тело. Голову малакопод украшали 'антенны'. Как и их прародители - кольчатые черви, малакоподы заглатыва-вали ил, пережевывая его своими челюстями. В морских слоях Швеции найден отпечаток малакоподы, названной 'ксенусионом'. Некоторые палеонтологи пытались считать это существо за предка трилобитов, но ныне окончательно доказано, что малакоподы не являются прямыми предками членистоногих. Это стало очевидным после детального изучения современной малакоподы, обнаруженной среди илистых осадков современных теплых морей.

Трилобиты

И вот в мирную идиллию допалеозойских существ вторглись одетые в панцирь трилобиты, явившиеся неведомо откуда. (Это действительно так. Предыстория трилобитов пока еще остается загадкой для палеонтологов.) В кратчайшее время они завоевали весь обитаемый мир. На суше жизни еще не было.

Многое отличало пришельцев от всех живых существ. Но главными отличиями были органы (именно органы!) зрения, осязания, вкуса, ориентировки в пространстве.

Глаза трилобитов вызывали удивление многих исследователей. На окаменелых отпечатках хорошо сохранившихся древних трилобитов можно видеть фасеточное строение глаз этих существ.

Фасетки - мелкие линзы, посаженные в трубочках, отделенных друг от друга светонепроницаемыми оболочками. Таких фасеток в каждом глазу насчитывается от нескольких сотен до 15 тысяч!

Фасеточные органы зрения теперь хорошо изучены. Оказывается, такие глаза обладают рядом преимуществ перед глазами позвоночных.

Свет от блестящей точки попадает только в ту фасетку, которая точно направлена на источник света. В соседних фасетках луч света попадает только на светонепроницаемую оболочку.