Помоги проекту - поделись книгой:
И. Н. КРЫЛОВ
НА ЗАРЕ ЖИЗНИ
Органический мир докембрия
Ответственный редактор
академик В. В. МЕННЕР
М., Издательство «Наука», 1972
Предисловие редактора
Нет сомнения, что читатели хорошо знакомы с большинством научно-популярных и научно-художественных книг, рассказывающих об истории органического мира нашей планеты. Достаточно напомнить известные еще с детских лет «Плутонию» В. А. Обручева или «Затерянный мир» А. Конан-Дойля.
До настоящего времени широкой популярностью пользовался последний, относительно короткий (570 млн. лет) период жизни Земли, когда на ее поверхности жили трилобиты, динозавры и т. п. Остальные 7/8 или 9/10 существования нашей планеты, так называемый докембрий (времена более древние, чем кембрийский период), оставались, с точки зрения палеонтологии, доисторическими, почти совершенно неизвестными. А между тем, именно с древнейшей частью истории Земли связано становление важнейших и крупнейших месторождений полезных ископаемых.
В последние годы произошла буквально революция в изучении этого древнейшего этапа. На основе датировок абсолютного возраста горных пород радиометрическими методами и изучения органических остатков из древнейших слоев на территории нашей страны советским геологам и палеонтологам удалось увеличить исторический период жизни Земли по меньшей мере в три раза. Появилась палеонтология докембрия — новая отрасль геологической науки, изучающая древнейшие проявления жизни на нашей планете.
Об этих докембрийских организмах и рассказывает предлагаемая вашему вниманию работа И. Н. Крылова «На заре жизни». В ней в популярной форме описываются органические остатки из докембрийских отложений, методы, которыми пользуются ученые при их изучении, освещаются различные точки зрения на характер и происхождение этих образований. В работе живо описываются не только достижения палеонтологов, но и трудности, с которыми сталкиваются ученые; даются примеры ошибок, которые при этом бывали.
Некоторые общие сведения о науке палеонтологии и об основных этапах геологической истории Земли
Само название науки состоит из трех слов греческого происхождения: палео (древний), онтос (существующее) и логос (учение). Таким образом, палеонтология расшифровывается как наука о древних существах, населявших пашу планету миллионы, а то и миллиарды лет тому назад. Изучают палеонтологи раковинки и кости древних животных, отпечатки и остатки различных растений.
Истоки палеонтологии уходят в глубины античного мира — уже тогда рассуждали о природе ракушек, найденных в прибрежных обрывах и даже на вершинах гор. «Море приходит туда, где прежде была суша, суша вернется туда, где теперь мы видим море», — писал Аристотель. Эту же мысль можно найти и в «Метаморфозах» Овидия:
Зрел я: что было землею крепчайшею некогда, стало
Морем, — и зрел я из вод океана возникшие земли —
От берегов далеко залегают ракушки морские…
Несмотря на очевидность этих выводов, понадобился гений Леонардо да Винчи, чтобы снова сделать их достоянием науки после тысячелетней тьмы средневековья.
Палеонтология помогает познать историю живущих на Земле групп органического мира, выявить их родственные связи и тем самым лучше понять окружающий нас мир. Конечно, попытаться представить, как выглядели паши древние предки, наша планета миллионы лет назад, кто населял ее моря, реки, горы, очень интересно. Но дело не ограничивается простым любопытством.
Главная практическая польза палеонтологии состоит в том, что, познавая историю развития жизни на Земле, она позволяет определять по органическим остаткам возраст пластов, в которых эти остатки заключены. Все, вероятно, знают о девонской нефти Второго Баку и кембрийских фосфоритах Большого Каратау. Для того чтобы их разведать, оценить запасы и наметить пути дальнейших поисков, прежде всего потребовалось отделить пласты девонского или кембрийского возраста от более молодых и более древних. Неправильные определения возраста здесь повели бы к пустым затратам сил и денег (каждая скважина стоит сотни тысяч, а то и миллионы рублей). К тому же ущерб был бы двойным: не только потрачены деньги, но и не были бы получены те ожидаемые полезные ископаемые, на которые уже рассчитывала страна.
Кроме того, животные и растения нуждались в определенных условиях своего существования. Следовательно, находя остатки тех или иных животных или растений, мы можем (иногда довольно уверенно) восстановить обстановку древних времен. А это дает ключи к поискам скрытых под землей богатств. Так, на месте древних болот образовывались залежи каменного угля, а пересыхающие озера и заливы оставляли после себя пласты каменной соли. Железные и марганцевые руды, бокситы — алюминиевое сырье, фосфориты и многие другие полезные ископаемые откладывались в строго определенных участках древних морей и континентов. Следовательно, нарисовать серию географических карт для прошедших периодов (такие карты называются палеогеографическими) — это нередко означает предсказать место возможных находок месторождений полезных ископаемых.
Геологическая история Земли разделяется на несколько крупных этапов — эр (архейская, протерозойская, палеозойская, мезозойская и кайнозойская), которые в свою очередь делятся на периоды (табл. 1, 2). Первые рыбы появились в силурийском периоде, причем они резко отличались не только от современных, но и даже от девонских. Гигантские ящеры жили в мезозойскую эру, достигнув расцвета в юрском периоде, и вымерли в конце мелового периода. Словом, для каждой эры, каждого периода характерны свои растения, свой животный мир, а следовательно, в слоях этого возраста остаются свои, непохожие на более древние или более молодые, органические остатки[1].
Наиболее резкие изменения в характере органического мира происходят на нижней границе палеозоя. Мне приходилось наблюдать нижнюю границу кембрия в различных частях нашей страны — на Алдане, Лене, на Крайнем Севере, на Анабаре. Кембрийские породы переполнены остатками всевозможных раковинок. Тут и изящные изогнутые трубочки хиолитов, и сетчатые кубки археоциат; растворяя кусок кембрийского известняка в кислоте, можно выделить сотни разнообразнейших раковинок гастропод, брахиопод и других организмов.
Но всего один-два метра ниже — и ни одной раковинки! Если очень повезет, то после многодневных поисков можно найти несколько тонких трубочек-домиков червей. Да и они присутствуют только в самых верхних горизонтах докембрия. Еще 20–30 м вниз по разрезу — и все видимые следы жизни исчезнут.
Это обстоятельство и послужило основой для разделения всей истории Земли на два крупных этапа. Палеозой, мезозой и кайнозой объединяются в фанерозой, или в этап наблюдаемой жизни («фанерос» по-гречески — «явный»), а докембрийские эры относятся к криптозою, или к этапу скрытой жизни («криптос» по-гречески — «тайный»).
Уже беглый взгляд на табл. 1 показывает, что этапы эти явно неравны: фанерозой составляет всего около 1/8 части всей продолжительности геологической истории. Остальное приходится на докембрий.
Что такое докембрий
Когда-то считалось, что Земля существует всего 6000 лет. Однако накопление геологических знаний раскрывало такую сложную цепь исторических событий, что они никак не могли уложиться в невероятно узкие рамки библейского летосчисления. В 1779 г. французский ученый Ж. Бюффон в своей работе «Эпохи природы» уже называет цифру 75 тыс. лет, а М. В. Ломоносов примерно в это же время считает, что надо говорить по крайней мере о сотнях тысяч лет. Шотландский геолог Дж. Геттон в конце XVIII в. и англичанин Ч. Лайель в начале XIX в. рассуждали об очень долгой, может быть бесконечной, истории Земли. Но это были только предположения и догадки.
В прошлом веке уже делались первые попытки строгих математических подсчетов. Выдающийся английский физик У. Томсон (лорд Кельвин) предложил интересный метод. В то время всеобщим признанием пользовалась гипотеза постепенного охлаждения Земли из первичного огненно-жидкого состояния. Если вычислить ежегодный тепловой баланс Земли и узнать скорость, с какой она теряет теплоту, нетрудно подсчитать, сколько лет назад земная кора была расплавленной. Подсчеты неожиданно дали большую цифру — 100 млн. лет. Это показалось Кельвину настолько невероятным, что впоследствии он уменьшил цифру втрое.
В начале нашего века для определения возраста горных пород был впервые применен метод радиоактивного распада элементов. Принцип его широко известен. Радиоактивные изотопы урана (U238), распадаясь, превращаются в атомы свинца и гелия, радиоактивные изотопы калия (К40) переходят в аргон, рубидия (Rb87) — в стронций и т. д. Радиоактивный распад идет с постоянной для каждого элемента скоростью, на которую не влияют ни температура, ни давление, ни космические излучения, ни магнитные поля. Скорость этого процесса известна, и если мы узнаем, сколько содержится в минерале исходных радиоактивных элементов и продуктов их распада, можно вычислить время образования этого минерала.
Такие подсчеты еще в начале нашего века позволили английскому геологу Холмсу сделать первые определения возраста горных пород. Для каменноугольных отложений была получена цифра 350 млн. лет, для девонских — 380, а для докембрийских даже — 1580 млн. лет. В это же время один из основоположников современной ядерной физики Э. Резерфорд оценил возможный возраст Земли в 3400 млн. лет. Нельзя сказать, что эти данные были сразу же единодушно приняты всеми геологами. Но повторные определения и многочисленные новые цифры, получаемые совершенно независимо в лабораториях различных стран мира, становились убедительнее. Вторая мировая война затормозила исследования, но уже к 1950 г. геохронологическая шкала фанерозоя была полностью заполнена многократно проверенными цифрами. Однако данных об абсолютном возрасте докембрийских пород публиковалось очень мало. И дело было но в недостатке материала. Просто первые результаты определений казались невероятными даже для уверенных в своих выводах физиков. Здесь надо сделать небольшое отступление.
В начале 50-х годов на страницах геологических журналов развернулась дискуссия между академиком Н. С. Шатским и членом-корреспондентом АН СССР (ныне академиком) Б. С. Соколовым о положении верхнего докембрия в общей геологической шкале. Дело в том, что ниже палеонтологически охарактеризованных отложений палеозоя, но выше метаморфических толщ, относимых к архею и нижнему протерозою, во многих странах выделялись толщи, достаточно тесно связанные с кембрийскими отложениями, похожие на них по типу пород, но лишенные органических остатков. В Скандинавии их называли спарагмитами, в Северной Африке — иифра-кембрием, в Америке — альгонкием и т. п.
Н. С. Шатский считал, что верхнепротерозойские отложения Урала, Прибалтики и Сибири и одновозрастные им отложения из других стран следует выделять в самостоятельную группу, сопоставимую по объему с палеозоем или мезозоем. Наиболее полный и типичный разрез (или, как говорят геологи, стратотип) этих толщ находится на Южном Урале, в пределах горной части Башкирии, и поэтому новую группу предлагалось называть рифейской. Рифейские горы — древнее название Урала. Продолжительность рифейской эры он оценивал в 150–200 млн. лет.
Б. С. Соколов полагал, что правильнее было бы выделять не группу, а систему и включать ее в состав палеозоя как первое подразделение палеозойской группы. Такие попытки уже делал в 20-х годах американский геолог А. Грабау, много лет проработавший в Китае и выделивший там докембрийскую синийскую систему палеозоя. Длительность синийского периода Б. С. Соколов оценивал в 1958 г. в 80–90 млн. лет. Следует здесь же заметить, что подобные дискуссии об объеме и положении альгонкия, инфракембрия, синия, рифея и прочих подразделений проводились и в других странах, и в 1958 г. в Париже прошло Международное совещание по проблеме пограничных слоев кембрия и докембрия, на котором от Советского Союза выступали Н. С. Шатский и Б. С. Соколов.
Сначала большая часть геологов поддержала Б. С. Соколова, и Межведомственный стратиграфический комитет — организация, координирующая исследования советских геологов в области стратиграфии (науки о земных слоях), — принял название «синийские отложения» в качестве обязательного для всех геологических карт, издающихся в СССР.
Примерно в это же время геохимики и физики решили наконец опубликовать свои данные о длительности синийского и рифейского этапов истории Земли. Оказалось, что нижняя граница рифея (или синия) приходится на интервал 1550–1600 млн. лет[2] т. е. этот этап длился около миллиарда лет, практически вдвое больше, чем весь фанерозой. Конечно, сравнивать этот этап с периодом невозможно, да и эрой назвать такой огромный отрезок времени можно только с большой натяжкой. Но рифейские отложения — это только верхний докембрий, а древнейшие породы на Земле имеют возраст не менее 4 млрд. лет! В последнее время появлялись даже упоминания о цифрах 8, 9 и 15 млрд. лет, но эти данные нуждаются еще в тщательной проверке.
Следовательно, на долю докембрия приходится не менее 7/8 геологической истории нашей планеты. Сразу же оговоримся: это вовсе не значит, что 7/8 горных пород земной коры являются докембрийскими. Дело в том, что отложения более поздних эпох перекрывали докембрийские толщи широким и иногда достаточно мощным чехлом. Но и на поверхности Земли или на небольшой глубине докембрийских пород совсем немало.
А самое главное, что к этим толщам приурочены огромные богатства. Докембрийские породы заключают 70 % мировых запасов полезных руд, 63 % марганца, 93 % кобальта, 66 % урана, крупные запасы меди, золота, фосфоритов и много других полезных ископаемых. Докембрийские породы нередко представляют собой ценный строительный материал, прочный и красивый. Набережные Невы в Ленинграде, основание Медного всадника, Исаакиевский собор и даже гробница Наполеона в Парижском пантеоне сделаны из докембрийских горных пород.
Многие месторождения в докембрийских толщах являются совершенно уникальными. Железные руды Кривого Рога и особенно Курского бассейна могли бы обеспечить сырьем металлургическую промышленность всех стран мира в течение многих лет.
В докембрийских породах провинции Катанга (Республика Заир) заключено по меньшей мере четыре уникальных мировых месторождения. Здесь содержится 2/3 мировых запасов кобальта с содержанием элемента в руде до 2–3 % (рентабельной же считается разработка месторождений, если руда содержит 0,1 %, а в некоторых случаях даже 0,05 % кобальта). Кроме того, эти руды содержат до 10–12 % меди (рентабельна разработка медных руд при содержании всего 1–2, а то и 0,5 % металла). Здесь же находится крупнейшее в мире месторождение урана с содержанием U308 до 2–3 %, что превосходит необходимый для разработки минимум в 25–50 раз. К тому же попутно добывается столько золота, что одного его хватило бы для полного покрытия всех расходов на выгодную разработку всех конголезских месторождений.
Можно напомнить здесь и о крупнейшем месторождении золота Витватерсранд (или просто Ранд), расположенном в Южной Африке. Здесь докембрийские породы системы Трансвааль содержат несколько прослоев конгломератов и песчаников, из которых каждый год добывается до 40–50 % мировой добычи золота. Попутно из этих пород извлекают иридий и уран.
В докембрийских породах заключено и одно из наиболее крупных урановых месторождений мира у Большого Медвежьего озера в Канаде. И здесь, кроме урана, содержатся медь, серебро, никель, кобальт и висмут в количествах, вполне достаточных для успешной и выгодной их разработки.
Этот список богатств, таящихся в древнейших породах Земли, можно было бы продолжить. Железные руды Кирунавары (Швеция), Верхнего озера (Канада) и Бихара (Индия); марганцевые месторождения Хингана, Индии, Бразилии, Западной и Южной Африки; никелевое месторождение Сёдбери (Канада), дающее 80 % мировой добычи этого металла, и т. д. Словом, докембрий заслуживает того, чтобы его изучали самым тщательным образом.
Мы уже говорили, что установление возраста горных пород во многом определяет и направление поисков полезных ископаемых. Казалось бы, что методы датировок горных пород по радиоактивным изотопам полностью решают эту проблему.
К сожалению, дело обстоит не просто. Во-первых, в горных породах не так много минералов, в которых содержатся эти изотопы, и находки их в количестве, достаточном для получения убедительных цифр, — скорее редкое исключение, чем правило. Во-вторых, эти минералы за миллионы лет подвергались воздействию различных процессов, которые значительно изменяли их структуру и влияли на распределение в них радиоактивных изотопов и продуктов их распада. Мы говорили, что на скорость радиоактивного распада не влияют никакие внешние воздействия. Но продукты этого распада могут не сохраниться в минерале с изменившейся разрушенной структурой.
В кристаллах атомы, расположенные в строго определенном порядке, слагают так называемую кристаллическую решетку. Атомы, образующиеся при радиоактивном распаде (например, аргона или гелия), застревают в этой решетке. Измененные, разрушенные минералы теряют радиогенные элементы. Это меняет соотношения между первичным изотопом и продуктами его распада — цифра возраста становится меньше, а минерал кажется более молодым. Вполне возможна и обратная картина. В соседнем минерале, кроме своих собственных, могут появиться и новые, привнесенные извне атомы радиогенного аргона или гелия, и анализы могут показать возраст больший, чем он есть на самом деле. В этом, видимо, заключается одно из вероятных объяснений тех огромных цифр — до 15 млрд. лет, — о которых мы упоминали выше.
Эти цифры получены ленинградским ученым профессором Э. Герлингом, обнаружившем на Кольском полуострове, в Мончетундре, горные породы с совершенно необычным на первый взгляд соотношением калия и аргона. Напомню, что возраст всей Земли оценивается в 3,5–4 млрд. лет. А кольские породы были вдвое, а то и втрое старше! Мало того. Существующие представления о возрасте Земли хорошо согласуются с подсчетами астрофизиков, которые оценивают возраст Солнца в 5 млрд. лет, а возраст Вселенной — не более чем в 15–20 млрд. лет. Есть теории, согласно которым всего 12 млрд. лет назад наша Вселенная представляла собой гигантскую сверхплотную ядерную «каплю», начавшую в то время расширяться. Выходит, что эти камни с Кольского полуострова присутствовали при рождении Вселенной?
Последовали многочисленные проверки. Ученые убедились, что возможность лабораторной ошибки или неточностей в вычислениях исключена. И результаты, которые сначала обсуждались в узком кругу специалистов, появились в печати. Сейчас еще трудно сказать, к каким выводам придут ученые. Может быть, мы имеем дело с горными породами, поднявшимися с больших глубин, и их возраст — это возраст внутренней части, сердцевины нашей планеты. Выходит, Земля образовалась не сразу, а как бы в несколько приемов. А может быть, не весь аргон образовался только за счет калия?
Представим себе, что существовали какие-то полностью распавшиеся, так сказать, вымершие элементы. Они-то и были истинными родителями аргона. А мы, сравнивая количество атомов аргона только с количеством атомов калия, получаем заведомо преувеличенные цифры. Такое объяснение помогло бы, очевидно, решить и еще одну загадку, связанную с докембрием. Я уже упоминал, что Н. С. Шатский оценивал продолжительность рифейской эры примерно в 150–200 млн. лет. Он подчеркивал при этом, что по общему типу строения, характеру горных пород и мощности, толщине осадков рифейские отложения в принципе очень похожи на палеозойские. Но определения абсолютного возраста и здесь приводят к ошеломляющим выводам. Они показывают, что рифей длился не менее миллиарда лет. Значит, рифейские толщи накапливались раз в пять медленнее, чем точно такие же песчаники, сланцы и известняки палеозоя. Толща известняков мощностью 1000 м на Урале в девонский период отложилась за какие-нибудь 10–20 млн. лет. Точно такая же по мощности карбонатная толща, известная под названием миньярской свиты, отлагалась на Урале в рифее. Возраст ее нижней части 850 млн. лет, а кровли — 620 млн. лет. Следовательно, отложение миньярской свиты длилось раз в 10–20 больше — свыше 200 млн. лет! Выходит, известковые или на дне рифейских морей накапливались раз в десять медленнее, чем девонские осадки.
Некоторые исследователи, правда, пытаются объяснить эти явления недостаточной изученностью древних осадочных толщ. А может быть, говорят они, геологи просто не замечают каких-то скрытых перерывов в отложении осадка? На это геологи резонно отвечают, что можно ошибиться и раз, и два, и три — но ведь такое явление замедленного осадконакопления наблюдается всюду, где только встречаются докембрийские толщи.
А может быть, не осадок накапливался медленнее, а аргон — быстрее? Пусть цифры безупречны с лабораторной точки зрения. Но отражают ли они действительно абсолютный возраст породы? Если допустить, что в докембрии существовал какой-то дополнительный источник аргона, многие поразительные явления найдут очень простое объяснение.
Но главная трудность в широком применении метода определения возраста пород по радиоактивным изотопам состоит в том, что далеко не каждый камень пригоден для этого. Процессы, воздействовавшие в течение миллионов лет на докембрийские горные породы, безвозвратно уничтожали и без того не слишком обильные запасы минералов, пригодных для определения абсолютного возраста пород. К тому же напомним, что первые более или менее многочисленные определения возраста докембрийских пород были получены только в самые последние годы. А докембрий изучается десятки и сотни лет.
Естественно, что геологи напряженно искали методы надежного сопоставления древних толщ с основными, наиболее полно и хорошо изученными опорными разрезами, где последовательность слоев не вызывала никаких сомнений. Но арсенал таких методов был, к сожалению, невелик, а сами методы не слишком надежны. Основой большинства из них было сравнение похожих и непохожих горных пород.
Если где-нибудь в обрыве у реки встречаются черные сланцы или красные песчаники, и точно такие же породы видны на склоне ближайшей горы, можно предположить, что они образовались в одно и то же время. Еще лучше, если мы видим несколько пластов, сменяющих друг друга в одной и той же последовательности. Этот метод широко применяется при изучении древних толщ (рис. 1).
Но он пригоден только для относительно небольших площадей. Это понятно: ведь в одно и же время в разных участках большого моря могли выпадать осадки, различные по составу и внешнему виду. У берега это была гальки, чуть поглубже — песок, а еще дальше от берега — тонкий глинистый ил.
Отложения из относительно удаленных районов пробовали сравнивать по циклам осадкообразования. Давно уже было установлено, что осадочные докембрийские (впрочем, не только докембрийские, но и более молодые) толщи нередко имеют ритмичное строение. Их серии часто начинаются грубообломочными породами — конгломератами, песчаниками, кварцитами, затем следуют песчаносланцевые толщи, и, наконец, венчается такой цикл карбонатными породами. Потом происходит перерыв в накоплении осадков, море отступает, а спустя некоторое время возвращается — и опять откладываются конгломераты, начинающие новый цикл. Наиболее четко такая ритмичность видна в докембрийских отложениях Южного Урала. Подобные циклы выявляются и в докембрийских толщах из других мест.
Эти мощные — толщиной до нескольких километров — ритмичные пачки докембрийских пород проявляют большое сходство даже на расстояниях до нескольких тысяч километров, правда, в пределах крупных единых геологических структур. Так были сопоставлены древние толщи Южного и Северного Урала, и все исследования последних лет (в том числе и палеонтологические данные) полностью подтвердили, что сравнение было сделано правильно. Но сопоставления толщ из очень далеких районов могут привести к серьезным ошибкам. Так, на Южном Урале верхнедокембрийские отложения (в интервале от 1500 до 600 млн. лет) разделяются на три крупных цикла, а на севере Сибири, на склонах Анабарского поднятия, в это же время образовался всего один такой цикл.
К тому же трудно ожидать сколько-нибудь точного совпадения в разных районах границ таких циклов. Конгломераты в основании осадочных толщ говорят о трансгрессиях, наступании моря на сушу. Но мы знаем, что береговые линии морей перемещаются очень медленно и поэтому конгломераты из одного района явно моложе или древнее, чем конгломераты, найденные в полутора-двух тысячах километров южнее или севернее (если вообще они сравнимы).
Успешно можно использовать для сравнения одновозрастных осадков некоторые своеобразные типы горных пород. Всем знаком обыкновенный писчий мел. Когда-то он отлагался на огромных площадях, образуя мощные пласты. Эта эпоха — она так и названа меловой — больше никогда не повторилась. Конечно, изредка встречается рыхлый известняк, похожий на мел, и в отложениях иного возраста, но самое широкое распространение пород этого типа приурочено именно к отложениям меловой системы.
Другой пример. В начале четвертичного периода огромные пространства Северного полушария были покрыты мощной корой льда. Ледниковый период оставил после себя очень характерные отложения — так называемые моренные суглинки, где без всякого порядка перемешаны глина, песок, мелкие и крупные куски камней, где встречаются грубо отшлифованные и исцарапанные льдом валуны. Там, где лед таял, мощные потоки воды откладывали тоже очень характерные грубослоистые линзы крупнозернистых песков, а в ледниковых озерах оседали глинистые осадки с отчетливой ритмичностью: весной, когда воды больше, — осадок был погрубее, зимой — тоньше. Эти ленточные глины, приледииковые пески (их называют флювиогляциальными) и моренные суглинки без труда узнаются на любых расстояниях — от Центральной Европы до крайнего севера Сибири.
В истории Земли четвертичное оледенение было не единственным. Древние моренные суглинки (их называют тиллитами) известны в верхнепалеозойских отложениях Индии, Африки, Австралии и даже Антарктиды.
Горные породы, похожие на ледниковые образования, встречены и в отложениях докембрия. Сначала докембрийские тиллиты считали одинаковыми и одновозрастными по всему миру — от Норвегии до Южной Австралии. Но советский ученый Н. М. Чумаков убедительно показал, что дело обстоит гораздо сложнее. Во-первых, многие из этих пород являются не настоящими тиллитами, а только похожи на них. Во-вторых, они не совсем одновозрастны и время их образования в разных районах различается иногда на несколько сотен миллионов лет. И тем не менее отдельные уровни ледниковых отложений можно использовать при сравнении весьма удаленных друг от друга разрезов.
Так, следы явных ледниковых образований, приуроченные к верхним горизонтам докембрия (вендский или юдомский комплекс), известны в Норвегии, на Шпицбергене, в Белоруссии, на Северном Урале — словом, в различных частях Северной и Северо-Восточной Европы. В слоях этого возраста тиллитоподобные породы встречены в Шотландии, во Франции, на Южном Урале, в Тянь-Шане, Сибири и даже на Колыме. И хотя ледниковая природа некоторых из этих пород не совсем доказана, у геологов есть все основания говорить о Великом вендском оледенении, как считает известный исследователь верхнего докембрия профессор Б. М. Келлер. В более древних рифейских отложениях следы оледенений известны в серии Катанга Центральной Африки и в серии Аделаида Южной Австралии. Одним из самых древних проявлений ледниковой деятельности на Земле являются тиллиты серии Гаугаида Канады. Возраст их — не менее 2 млрд. лет.
Находки ледниковых образований в докембрии важны еще и потому, что они говорят о климатических условиях, существовавших в те далекие времена. Они убедительно показывают, что на протяжении по крайней мере 2 млрд. лет эти условия были в принципе довольно однотипными. Во всяком случае, мы не можем сказать, что похолодания вплоть до оледенений — это особенность только относительно позднего этапа истории нашей планеты (подобные гипотезы высказывались сторонниками идеи о постепенном остывании Земли). Разумеется, климат никогда не был постоянным, были эпохи общего потепления или общего похолодания, но в принципе нет свидетельств каких-либо всемирных климатических катастроф, которые могли бы одним ударом перекроить весь облик наземной фауны и флоры. Такое относительное постоянство климатических условий в целом для Земли было одним из решающих факторов длительной и непрерывной эволюции органического мира нашей планеты.
Есть и другие характерные типы докембрийских горных пород. Так, основная часть запасов древних железных руд встречается в виде джеспилитов. Это полосчатый камень, где тонкие прослои железняка разделяются еще более тонкими прослойками кварцита. Джеспилиты известны только из докембрия, преимущественно из слоев с возрастом от 3 до 1,8 млрд. лет.
Наконец, предпринимались попытки использовать для определения возраста и сопоставления древних толщ степень их измененности, характер метаморфизма. Чем древнее порода, рассуждали сторонники широкого внедрения таких методов, тем дольше воздействовали на нее разнообразные внешние силы и, следовательно, тем сильнее она должна быть изменена. Однако это не совсем так. Иногда процессы метаморфизма действительно протекают равномерно и медленно. В этом случае степень измененности горной породы действительно как-то отражает ее возраст. Но напряжение, температура и давление могут быть совсем разными в различных районах Земли, а то и в разных участках одного и того же пласта. Под Ленинградом кембрийские «синие глины», имеющие возраст около 500 млн. лет, являются великолепным гончарным сырьем. На Кавказе же юрские глинистые толщи, имеющие возраст всего 170 млн. лет, превращены в плотные сланцы.
Лет 10 назад мне пришлось вместе со специальной комиссией проверять на Южном Урале геологическую карту, составленную на такой теоретической основе. Самыми древними породами считались гнейсы и кристаллические сланцы с крупными кристаллами граната и слюды. Если кристаллы слюды были поменьше — толща считалась более молодой. Для того чтобы полностью забраковать и отвергнуть эту карту, комиссии понадобилось сделать всего несколько маршрутов: было отчетливо видно, что в разных местах породы, слагающие один и тот же пласт, изменены совсем по-разному. Этот критерий оказался неприменимым к докембрийским породам даже в пределах очень небольшого участка.
Широко применялись при изучении докембрия так называемые тектонические методы. Тектонисты изучают строение геологических структур земной коры, историю их развития, связь их с вулканизмом и магматизмом. Эти исследования показывают, что любое место Земли в прошлом испытывало то плавное спокойное погружение, то постепенное воздымание, то резкие, контрастные движения, которые приводили к образованию горных массивов, где слои сминались в сложные складки. В разное время появлялись и затухали вулканы; а там, где расплавленная магма не выходила на поверхность Земли, возникали интрузивные массивы, сложенные гранитами, диоритами и другими породами.
Обобщая эти материалы, тектонисты пытаются выявить общие закономерности развития земной коры в докембрии, установить какие-либо эпохи горообразования или магматической деятельности. Эти исследования не ставят своей прямой задачей выяснить возраст тех или иных пластов. Более того, они как раз опираются на возрастные определения горных пород, полученные другими методами, на данные стратиграфов и петрографов о последовательности напластования осадочных толщ, об их вещественном составе, о цикличности в этих сериях, о соотношениях с вулканическими породами. Читая геологическую летопись, они выявляют закономерности исторического развития отдельных участков земной коры, значительных регионов, всей Земли в целом. Выявление таких общих закономерностей в свою очередь дает в руки исследователей еще один метод сопоставления древних толщ и определения их возраста.
Так, в начале нашего века выдающийся финский геолог Седерхольм, с 1893 по 1933 г. возглавлявший Геологическую службу Финляндии, разделил древнейшие толщи Балтийского щита на несколько больших подразделений — комплексов. Каждый комплекс отвечал крупному этапу исторического развития этого региона, содержал характерный набор осадочных и магматических пород и отделялся от следующего комплекса следами горообразовательных движений и перерывов в накоплении осадка. В эти же годы похожие комплексы были выделены В. И. Лучицким для Украинского кристаллического массива, что позволило сопоставить между собой древнейшие толщи этих двух районов. Удалось сравнить их и с древними толщами Северной Америки. Работы последующих десятилетий неоднократно вносили значительные уточнения в эти схемы, выявлялись новые закономерности. Тем не менее единая теория развития Земли в докембрии еще не выработана.
Каждый из этих методов неточен и может дать только приблизительные результаты обычно для очень небольших районов. Но что же делать? Ведь без них не было бы вообще никаких способов сопоставить древние толщи. К тому же надежность этих методов несколько увеличивается, если мы видим совпадение результатов, полученных разными методиками. Такое совпадение, конечно, иногда бывает случайным. Но тут можно привлечь на помощь теорию вероятности и сравнить количество полученных совпадений с теоретически возможным. Такие сравнения явно свидетельствуют в пользу всех этих методов.
И геологи снова и снова обращаются к органическим остаткам докембрия. Пусть их мало, пусть их значение неясно, но вдруг они хоть что-нибудь дадут?
Несколько совершенно необходимых оговорок
Итак, докембрий единодушно считался временем, когда на Земле еще не было животных или растений, способных оставлять в горных породах какие-либо остатки. В большинстве районов (в частности, на Южном Урале, где расположены опорные разрезы верхнего докембрия) эти отложения так и называли: «палеонтологически немые», или «древние немые толщи». Происхождение такого названия очень просто. Остатки археоциат говорят о кембрийском возрасте пород, остатки граптолитов — об ордовикском или силурийском возрасте, а докембрийские организмы безмолвствуют.
И тем не менее несомненные органические остатки из докембрия известны более 100 лет. Сейчас трудно сказать, какой из них был описан первым, но в середине прошлого века русские путешественники и геологи уже находили в Сибири своеобразные скорлуповатые образования, которые позднее были названы строматолитами. В последующие годы были опубликованы десятки статей и книг с описаниями докембрийских органических остатков, а число таких находок измерялось сотнями.
Это, конечно, совсем немного. Напомним, что при растворении в слабой кислоте некоторых кембрийских образцов сотни экземпляров раковинок выпадают на дно стакана из одного небольшого куска породы. И все же сотни находок органических остатков в докембрии давали материал для размышлений, а главное, позволяли надеяться, что тщательные целенаправленные поиски позволят значительно увеличить их число. В результате исследований последних лот обработаны и описаны многие тысячи образцов, несомненно, органогенных образований из древнейших слоев земной коры. Каждая такая находка подвергается очень пристрастному и всестороннему разбору: действительно ли это органический остаток, верно ли, что он встречен в докембрийских, а не в более молодых слоях и т. д. Это тоже вполне понятно. На первых шагах становления новой науки лучше проявить излишнюю осторожность, чем дискредитировать науку или некоторые ее разделы поспешными заключениями.
Некоторые ученые считают, что вообще ни один из остатков детального анализа не выдержит. Так, в 1956 г. известный палеонтолог О. Шиндевольф по существу отверг все известные к тому времени находки докембрийских организмов. Это, конечно, преувеличение, но ряд из них действительно был «развенчан».
Именно поэтому в следующих главах, где мы наконец-то перейдем к описанию фактического материала, читатель не найдет многих названий, знакомых всякому, кто читал научную литературу по докембрию. Взять хотя бы своеобразные округлые тельца, найденные в Индии в породах виндийской системы и описанные под названием фермория. В 1962 г. появилась статья индийских ученых, в которой они утверждали, что фермории скорее всего являются скоплениями кристаллов пирита и других минералов. Может быть, затравкой для образования этого сгустка и послужил какой-нибудь органический остаток, но окончательный вид образование приняло, подчиняясь законам кристаллографии, а не воспроизводя первоначальную форму какого-то организма. Поэтому мы можем записать для памяти, что природа этих остатков не вполне ясна, и опираться на них для каких-либо выводов не будем.
Другой пример. Несколько лет назад профессор Томского политехнического института К. В. Радугин описал из докембрия Сибири несколько образований, очень похожих на археоциаты — кубкообразные организмы, до сих пор известные только в кембрийских отложениях. Геологи тщательно изучили строение района, где были найдены эти остатки, и пришли к выводу, что они содержатся в обособленном блоке известняка и, строго говоря, их докембрийский возраст ничем не доказан. Они могут быть и докембрийскими, и более молодыми.
Количество таких не вполне доказанных или «разоблаченных» органических остатков докембрия в последние годы после проведения тщательных ревизий значительно возросло, а списки латинских названий соответственно уменьшились. Не исключено, что при подобных пересмотрах иногда исключают остатки, которые можно было бы оставить, тогда как некоторые спорные образования остаются в списках. Ученые стараются сделать все возможное, чтобы свести такие ошибки к минимуму. Но это трудно, так как природа создаст иногда поразительные подделки под органические остатки.
Известно, что солнце, мороз, ветер, вода и другие силы природы, разрушающие крепчайшие горные породы, иногда выступают в роли искусных скульпторов. Каждый, наверное, видел скалы с названиями «Бык», «Дед», «Сокол», действительно очень похожие на оригинал. Многие из тех, кто бывал на берегу Коктебельской бухты у поселка Планерское в Крыму, знают, что одна из прибрежных скал своими очертаниями очень напоминает скульптурный портрет поэта М. Волошина, который жил в этих местах и написал об этой скале такие строки:
Изготавливает природа и более мелкие портреты живых существ. Несколько лет назад в образцах из докембрия Северной Африки были найдены остатки, очень похожие на обломки гигантских панцирей каких-то членистоногих. Французский палеонтолог П. Юпе поехал проверить эту находку. Он без труда нашел отмеченное на карте место и увидел поверхность пласта песчаника, разбитого трещинами, точь-в-точь такими, какие образуются на дне высохших дождевых луж. Некоторые угловатые фрагменты растрескавшегося камня были очень похожи на броню чудовищных ракообразных.
Аналогичная история произошла и у нас в стране. Известный советский палеонтолог А. Г. Вологдин описал в 1965 г. остатки гигантских ракоскорпионов (он назвал их карагассиями) из докембрия Присаянья. Эта находка вызвала большой интерес. Все известные организмы, в том числе и возможные предки членистоногих, обитавшие в докембрии, имели очень скромные размеры и были лишены панцирей и раковинок. Находки гигантских ракоскорпионов в докембрии опровергали все представления о развитии животного мира. Поэтому естественно возник вопрос: а достаточно ли оснований для такого пересмотра? И выснилось, что, кроме весьма отдаленного внешнего сходства, никаких доказательств нет вообще. Палеонтологи считают, что карагассии являются просто растрескавшимися от высыхания неорганическими образованиями.
Подделки, изготовленные природой, бывают иногда совершенно удивительными. В 1925 г. специалист-анатом Н. А. Григорович обнаружил в карьере кирпичного завода у станции Одинцово под Москвой окаменевший человеческий мозг — желтовато-коричневый, целиком состоящий из кремня. Даже два мозга, но второй, поменьше, был не очень четким, и о нем спорили не так много. А «большую одинцовскую окаменелость» — так назвали эту находку — изучали авторитетные специалисты. Они описывали полушария, разделенные четкой продольной бороздой, червячок мозжечка, сам мозжечок и другие детали мозга, которые были особенно четко видны, если рядом с каменным положить настоящий человеческий мозг. Разумеется, на поверхности каменного мозга были и извилины, не менее полутора десятка, расположенные именно там, где и положено быть извилинам человеческого мозга. Общий объем, форма, размеры бугров и впадин поразительно совпадали с человеческим мозгом.
Имелись, правда, и небольшие отличия, особенно с нижней стороны. Но они были без труда объяснены с помощью несложного эксперимента. Доктор Григорович положил настоящий человеческий мозг в гипсовую форму и слегка сдавил его сверху вниз (именно так была сдавлена большая одинцовская окаменелость). И местоположение мозжечка изменилось точно таким же образом, как это было видно на окаменелости. Впрочем, оппоненты доктора Григоровича считали подобные опыты излишними. Они детально изучили недеформироваиные участки окаменелости и убедились, что именно такие участки и дают явные и несомненные доказательства подлинности окаменелого мозга. Больше того, удалось найти даже места, где в окаменелом мозге сохранились обломки черепных костей, и это было подтверждено, в частности, точными и массовыми замерами.
В 1926 г. гипсовые копии одинцовских окаменелостей были вывезены за рубеж и показаны специалистам из Берлинского университета и Института исследования мозга, ученым из Лейпцига, Галле, Гейдельберга, Вюрцберга, Франкфурта, Дюссельдорфа, Бонна, Льежа, Парижа и других городов. Их демонстрировали на VI съезде антропологов в Зальцбурге и на 89-м Собрании немецких естествоиспытателей и врачей в Дюссельдорфе. Из нескольких десятков зарубежных специалистов, видевших эти окаменелости, лишь четверо высказали сомнение в том, что это действительно ископаемый мозг человека.
Надо заметить, что медики, описывая одинцовские окаменелости, совсем не касались очень существенной стороны вопроса: каким образом могло превратиться в кремень такое нежное вещество, как мозговая ткань. Они видели и узнавали объекты своих исследований, а объяснить этот поразительный феномен должны были геологи, минералоги и петрографы.
Поделиться книгой: