1.2 Сохранение животных и растений в ископаемом состоянии

Любые остатки организмов или следы их жизнедеятельности называются окаменелостями или фоссилиями, которые встречаются преимущественно в осадочных породах водного происхождения – морских, лагунных, озёрно-болотных, речных. Реже они могут быть встречены в метаморфических породах осадочного происхождения или осадочно-вулканогенных, например, в вулканических туфах. Фоссилии распределены в осадочных породах крайне неоднородно: местами они образуют большие скопления, но часто на больших участках они отсутствуют. Очень немногие организмы сохраняются на тех местах, где обитали. К ним относятся бентосные (донные) прикреплённые, зарывающиеся, прирастающие кораллы, моллюски, иглокожие, хотя скелеты этих групп после их гибели могут отрываться от субстрата и переноситься на большие расстояния.

В неизменном состоянии остатки сохраняются в исключительных случаях (например, трупы мамонтов, сохранившиеся во льдах Сибири). Обычно фоссилии подвергаются значительным изменениям после погребения их осадками, отлагающимися в водных бассейнах.

Характер перехода остатков животных из биосферы в литосферу и сохранение их в осадочных породах представляет сложный процесс. Выделяют три основных этапа перехода:

• накопление органических остатков;

• захоронение;

• фоссилизация.

Накопление органических остатков. Образование каждого местонахождения начинается с гибели животных. Одни организмы погибают естественной смертью, другие – от различных неблагоприятных факторов: резкого изменения температуры, солёности, извержений, наводнений, массовых заболеваний. При гибели животных трупы либо остаются на месте, либо переносятся на различные расстояния и накапливаются. При участии бактерий и различных факторов среды происходит разложение мягких тканей и разрушение скелета. Органические остатки рассеиваются, переносятся морскими течениями. Скелеты и обломки многих прикреплённых организмов могут оставаться на месте обитания в прижизненном положении. Скопления остатков погибших организмов образуют танатоценоз – сообщество смерти, представляющее собой скопления остатков погибших организмов.

Существенное значение для сохранения в ископаемом состоянии имеет наличие скелета, который может быть органическим (тектин, спонгин, хитин) и неорганическим (кальцит, арагонит, фосфат кальция).

Захоронение является второй стадией образования местонахождения, при которой остатки погибших организмов покрываются осадком, ограничивающим доступ кислорода. Однако процессы разрушения и разложения продолжаются и в рыхлом осадке, насыщенном водой. Захоронение органических остатков связано с процессами осадконакопления, уплотнения осадка, изменением его физико-химических свойств. Скопления органических остатков, погребённые в жидком осадке и ещё мало изменённые (нефоссилизированные) образуют тафоценоз или сообщество погребения. Тафоценозы при этом становятся членами минеральных ассоциаций осадочных пород литосферы и в качестве таковых подчиняются всем закономерностям и процессам, которые происходят в литосфере.

Фоссилизация является завершающим этапом образования местонахождения, то есть превращение рыхлых осадков в горную породу. Во время фоссилизации происходит изменение органических остатков, связанные с изменениями температуры и давления. При фоссилизации может происходить дальнейшее уничтожение органического скелета, с другой стороны во время литификации могут идти процессы, способствующие захоронению органических остатков:

• окаменение – заполнение минеральным веществом пор и пустот, имеющихся в различных скелетах. Этому процессу подвергаются и растения. Растительные остатки превращаются в тонкую углистую плёнку;

• перекристаллизация – преобразование первичной структуры скелета без изменения его химического состава;

• метасоматоз – замещение первичного вещества скелета химическим веществом иного состава. Широко распространены процессы окремнения, карбонатизации, доломитизации. При окремнении первичное скелетное вещество замещается различными модификациями кремнезёма, при карбонатизации скелеты замещаются карбонатом кальция. В условиях восстановительной среды происходит пиритизация – первичный скелет замещается пиритом, марказитом; в условиях окислительной среды происходит замещение окислами железа. При доломитизации первичный скелет замещается солями карбоната кальция и магния. Все органические остатки, встреченные в ископаемом состоянии в одном месте, в одном слое, образуют ориктоценоз или ископаемый комплекс остатков растений и животных (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема преобразования биоценоза (А) в ориктоценоз (Б)

Полностью организмы в ископаемом состоянии сохраняются крайне редко. Чаще всего в ориктоценозах сохраняются минеральные скелеты – известковые, кремневые, реже органические – хитиновые, хитино-фосфатные. Скелеты сохраняются целиком или частично. К целым скелетам можно отнести раковины фораминифер, моллюсков, брахиопод, скелеты кораллов, мшанок, иглокожих. В виде разрозненных частей скелета встречаются спикулы губок, членики морских лилий, иглы морских ежей. Кроме скелетов сохраняются внешние и внутренние ядра, отпечатки и следы жизни.

Чаще всего в ориктоценозах сохраняются минеральные, реже органические скелеты, причем сохраняются, как правило, части скелетов – отдельные створки раковин, кости, челюсти или зубы, позвонки. В породе иногда сохраняются отпечатки скелетов позвоночных или мягких частей. Если внутренняя полость скелета или раковины заполняется осадком и затем этот скелет разрушается, то возникает внутреннее ядро, представляющее собой слепок внутренней полости раковины. Ядро образуется при заполнении полости раковины, освобожденной после разрушения мягких частей тела, окружающим её осадком или же проникновением водных растворов в её полость через поры. Внутреннее ядро отражает особенности внутреннего строения раковины.

Если раковина или скелет разрушается, а оставшаяся полость целиком заполняется минеральным веществом, то возникает, внешнее ядро. Внешние ядра передают особенности внешней формы раковины. Они бывают, трудноотличимы от внутренних ядер. Кроме ядер в осадочных породах встречаются отпечатки мягкого тела или скелета. Отпечатки мягкого тела встречаются крайне редко. Наиболее древними отпечатками мягкого тела являются отпечатки медуз, восьмилучевых кораллов, кольчатых червей, членистоногих, которые были обнаружены в отложениях венда в Южной Австралии и датируются от 0,6 до 1 млрд. лет.

Следы жизни – это все проявления жизнедеятельности организмов: следы ползания, жилые постройки разных зарывающихся организмов – норки сверлящих губок, мшанок, двустворок. К следам жизнедеятельности относятся также копролиты – ископаемые экскременты животных. Изучение копролитов позволяет судить о пище, которой питались организмы. Так, по копролитам ихтиозавров было установлено, что их пищей служили белемниты.

К особой форме ископаемых относятся углефицированные остатки. Процесс углефикации органических остатков очень сложен: он заключается в последовательном преобразовании растительных остатков в торф, бурый уголь, антрацит, графит. По мере увеличения степени углефикации происходит обогащение растительных фоссилий углеродом. Одной из своеобразных форм сохранности являются включения насекомых в янтаре. В янтаре – окаменевшей смоле сосны – наблюдаются различные насекомые, цветы, плоды.

Фоссилии встречаются преимущественно в осадочных породах (песчаниках, глинах, известняках, мергелях) реже в метаморфических (мраморы, сланцы), где сохранность их ещё хуже и даже в вулканогенных породах – туфах, лавах, туфопесчаниках. Довольно часто встречаются в бокситах, медноколчеданных рудах, пластах угля.