Эпохи великих вымираний

В главе 2 уже говорилось о галактических циклах разной продолжительности, которым под­чинены различные события земной истории, в том числе вымирание и возникновение организмов. Эта точка зрения развивается в последние годы академиком Е.Е.Милановским. По его мнению, периоды вымирания организмов являются следствием глобальных этапов тектонической активно­сти земной коры.

Е.Е.Милановский (1999) предполагает, что взаимосвязанные, циклически проявлявшиеся из­менения в развитии тектонических движений, магматизма, условий седиментации, морфогенеза на поверхности суши и ложе морей и океанов, в составе атмосферы и гидросферы, положении уровня Мирового океана могли оказывать значительное влияние на эволюцию органического мира Земли, на массу живого вещества биосферы, на таксономическое разнообразие морской под­водной биоты. Все эти циклические изменения условий существования жизни на Земле, вероятно, в той или иной мере влияли на неоднократно возникавшие биотические кризисы и вызывли мас­совые, в том числе наиболее катастрофические среди них - так называемые великие вымирания значительной части обитателей нашей планеты.

В последнее время были достигнуты большие успехи в изучении изменений таксономическо­го разнообразия биоты в фанерозое и феномена ее вымираний. Установлено, что на рубеже венда и кембрия произошло практически полное вымирание "эдиакарской" фауны многоклеточных мяг­котелых бесскелетных животных. Затем в раннем кембрии появились и вскоре получили весьма широкое развитие многие группы морских организмов со скелетными элементами, но значитель­ная их часть (более 40% родов и 25% семейств) подверглась быстрому вымиранию в середине и конце кембрия. В течение ордовика таксономическое разнообразие морской биоты вновь быстро возрастало, превысив к концу этого периода соответствующие показатели для конца кембрия в 3-4 раза. На рубеже ордовика и силура произошло новое, очень быстрое и значительное вымирание,

когда исчезло около 35% всех семейств, более 50% родов и около 65% видов всех ордовикских морских организмов.

Менее значительное, но все же существенное вымирание части морской фауны (более 10% семейств и до 30% родов) имело место на рубеже силура и девона, однако к середине девона ее таксономическое разнообразие вновь несколько возросло. В начале позднего девона оно опять на­чинает снижаться и особенно резко падает на рубеже франского и фаменского веков, когда выми­рает более 15% семейств, более 40% родов и до 65% видов морских животных. Биотический кри­зис на рубеже девона и карбона унес более 15% семейств и более 30% родов морской фаменской фауны.

В течение каменноугольного и большей части пермского периодов уровень таксономического разнообразия морской биоты существенно не изменился (эпоха "стазиса"), но в конце перми про­изошло величайшее вымирание организмов, унесшее на протяжении нескольких миллионов лет около 40-50% семейств, более 70% родов и 95% видов морской фауны.

В первой половине триаса таксономическое разнообразие биоты вновь несколько возросло, достигнув 2/3 от наивысшего пермского уровня, но в конце триаса разразилось новое великое вы­мирание и исчезло около 20% семейств и около 50% родов морских организмов. Затем на протя­жении юры и мела происходил быстрый и почти неуклонный (если не считать небольшого кризи­са на рубеже юры и мела) рост таксономического разнообразия биоты. В конце мела - в середине маастрихтского века началось и на рубеже мела и палеогена (65 млн. лет назад) завершилось пос­леднее великое вымирание, в результате которого разнообразие животного мира сократилось на уровне семейств на 16-17%, родов - почти на 50% и видов - на 77% и полностью исчезли дино­завры, аммониты, белемниты, иноцерамы, рудисты и пр. После этого вымирания возобновился продолжающийся поныне значительный рост числа таксонов, несколько осложнявшийся относи­тельно малым биотическим кризисом на рубеже эоцена и олигоцена, и к концу кайнозоя количе­ство семейств, родов и видов намного превысило эти показатели для середины Маастрихта.

Обсуждению возможных причин великих вымираний посвящена огромная литература, и было высказано множество различных гипотез. А.С.Алексеев (1998) предлагает различать среди них гипотезы, связывающие феномен вымираний с внешними (по отношению к Земле) и внутрен­ними причинами. К первой группе относятся галактические гипотезы, связывающие массовые вы­мирания с возможными изменениями потока космических лучей, интенсивности магнитного и гравитационного полей, пересечением Солнечной системой в течение галактического года газо­пылевых струй Галактики; гипотезы, предполагающие связь эпох массовых вымираний с влияни­ем колебаний солнечной активности, напряженности магнитного поля Солнца, эффективностью озонового экрана, ультрафиолетового излучения Солнца и пр. Импактные гипотезы объясняют ве­ликие вымирания падениями на Землю одного или нескольких крупных астероидов или комет, вызыварших так называемую "иридиевую аномалию", проявления метаморфизма высокого давле­ния и пр.

Ко второй группе относятся гипотезы, предполагающие связь великих вымираний с фазами диастрофизма, пароксизмами вулканических извержений, фазами резкого повышения радиацион­ного фона, усилением спрединга и рифтинга и вызванного временным усилением спрединга вы­носом из рифтовых зон океанов и континентов больших количеств радиоактивных элементов или токсических веществ, с инверсиями геомагнитного поля Земли и изменениями их частоты, с эв-статическими колебаниями уровня океана, с неблагоприятными временными резкими колебания­ми состава гидросферы и атмосферы, а также с влиянием таких биотических факторов, как эво­люционный дисбаланс сообществ организмов, исчерпание пищевых ресурсов и пр.

В настоящее время проблема причин изменения таксономического разнообразия биот, в том числе великих вымираний, еще далека от разрешения. Так, например, весьма модна в последнее время гипотеза Л.Альвареса о связи мел-палеогенового вымирания с одним или несколькими од-

новременными катастрофическими импактными событиями, происшедшими на этом рубеже. Эта гипотеза опирается на эмпирически установленные факты (иридиевая аномалия, признаки шоко­вого метаморфизма, обнаружение нескольких взрывных кольцевых структур, трактуемых в каче­стве астроблем) и дает, казалось бы, убедительное подтверждение космической причины этого ве­ликого вымирания. Однако, во-первых, предполагаемое импактное событие совпало во времени лишь с самым концом эпохи вымирания, продолжавшейся несколько миллионов лет; во-вторых, эта гипотеза оказывается неприменимой к ряду других великих вымираний в фанерозое, в том числе - к величайшему среди них вымиранию на границе перми и триаса, так как иридиевой ано­малии и признаков шокового метаморфизма в отложениях, отвечающих этим рубежам, не уста­новлено. Кроме того, следует отметить, что космическая природа всех крупных взрывных кольце­вых структур с признаками шокового метаморфизма оспаривается некоторыми авторитетными ис­следователями (П.Н.Кропоткин, А.А.Маракушев и др.).

Е.Е.Милановский (1999) считает, что многие факторы, предполагаемые разными гипотезами о внутренних (т.е. "земных") причинах вымираний, такие, как фазы диастрофизма (расширения или сжатия земной коры), вулканические пароксизмы, эвстатические колебания уровня Мирового океана, изменения частоты геомагнитных инверсий, глобальные изменения климатической обста­новки на Земле, находятся в тесной взаимосвязи и в конечном счете порождаются общепланетар­ными тектоническими процессами, прежде всего, глобальной геотектонической цикличностью различных порядков и продолжительности.

Е.Е.Милановский сопоставляет крупнейшие циклы геотектонического (и в более широком плане - геологического) развития Земли в фанерозое с крупнейшими глобальными циклами изме­нений таксономического разнообразия биоты, которые, как правило, развиваются по следующему "сценарию" (Алексеев, 1998): 1) Период низкого таксономического разнообразия биоты (от одно­го до нескольких миллионов лет). 2) Период быстрого роста ее таксономического разнообразия (диверсификации). 3) Продолжительный или короткий период "стазиса", во время которого СОХра-

няется достигнутый высокий уровень таксономического разнообразия. 4) Период биотического кризиса, во время которого происходит либо постепенное, либо многофазное значительное сниже­ние таксономического разнообразия биоты (продолжительностью от первых миллионов лет до 10-15 млн. лет), приводящее в итоге к великому вымиранию.

Среди великих вымираний фанерозоя выделяются два величайших: 1) на рубеже венда и кем­брия (570 млн. лет назад), когда исчезла практически вся бесскелетная фауна венда, а затем в тече­ние не более 20-25 млн. лет происходила быстрая диверсификация морской биоты, достигшей наибольшего разнообразия в ботомском веке; 2) в конце поздней перми - на рубеже перми и триа­са (250 млн. лет назад), когда вымерла почти половина семейств, почти три четверти родов и до 95% видов морской фауны. Оба этих величайших вымирания совпадали с самыми важными рубе­жами в геотектоническом (в целом и геологическом) развитии Земли в фанерозое,- соответствен­но с границами: 1) между позднерифейско-вендским (байкальским) и палеозойским мегациклами; 2) между палеозойским (герцинским) и мезозойским мегациклами. Немного уступают этим глав­ным биотическим катастрофам по своей роли в истории органического мира Земли несколько эпох великих вымираний, во время которых исчезала почти половина (не менее 40%) всех родов и двух третей всех видов ископаемой морской фауны. К ним можно отнести: 1) несколько тесно сближенных во времени великих вымираний в середине и конце кембрия; 2) великое вымирание на рубеже ордовика и силура; 3) тесно сближенные великие вымирания в конце девона (на рубе­жах франского и фаменского, фаменского и турнейского веков); 4) великое вымирание в конце триаса и, наконец, 5) великое вымирание в конце мела. Все эти события совпадают с границами циклов Бертрана: 1) с завершением салаирского цикла и его границей с каледонским; 2) и 3) с ру­бежами между каледонским и герцинским циклами в тех регионах подвижных поясов, где кале­донский цикл завершился сравнительно рано таконской фазой складчатости (например, в Казахе-

ком нагорье и Северном Тянь-Шане), либо, напротив, - наиболее поздно (в позднем девоне, как например, в эпоху акадской орогении в Аппалачах); 4) с рубежом между ранне- и позднекимме-рийским циклами (индосинийская орогения в конце триаса, в Индокитае, на Таймыре, Новой Зем­ле, Мангышлаке и пр.) и, наконец, 5) с рубежом между позднекиммерийским и альпийским цик­лами (с эпохой ларамийской складчатости в Кордильерской системе и других регионах Тихооке­анского и Средиземноморского поясов). Как правило, каждая из эпох великих вымираний совпа­дала во времени с эпохами сжатия земной коры (фазой или несколькими сближенными фазами складчатости), завершающими геотектонический цикл Бертрана в том или ином подвижном поясе или его крупном регионе, а также с совпадающим с ним во времени тектоноэвстатическим пони­жением уровня океана. Самый конец эпох великих вымираний отличался сменой падения этого уровня началом его последующего подъема, а в некоторых случаях - началом короткой, но гран­диозной по своему масштабу фазы базальтовых излияний в консолидированных областях конти­нентов (например, в самом начале раннего триаса в Сибири и в самом начале палеоцена в Индос-

; тане и пр.). Это указывало на переход от эпохи или фазы преобладающего глобального сжатия земной коры к последующей эпохе или фазе ее преобладающего расширения.

Приведенные данные, на взгляд Е.Е.Милановского, достаточно убедительно свидетельствуют

. о приуроченности этих эпох к завершающим, контракционным фазам крупных геотектонических циклов. Однако он не исключает возможности связи этапов эволюции биоты, и в частности эпох вымираний, с космическими событиями, происходившими на Солнце, в Солнечной системе и Га­лактике. По-видимому, космические события в значительной мере контролировали ход многих геологических процессов, происходивших на Земле, а также их периодичность.

Палеонтологический музей Томского государственного университета, как и другие по­добные музеи, является лучшим местом для показа последовательных изменений ископаемых и, в целом, развития органического мира в геологическом прошлом. С помощью остатков фауны и

флоры, ДОбыТЫХ ИЗ обнажений И глубин Земли (керновый материал), воссоздается уникальная си-

стема координат, дающая возможность сопоставить в пространстве и времени геологические фор­мации, к которым приурочены не только указанные органические остатки, но и различные полез­ные ископаемые. Бесценные свидетельства развития биосферы нашей планеты прекрасно пред­ставлены в экспозициях Палеонтологического музея ТГУ, по праву считающимся одним из фунда­ментальных музеев не только в России, но и во всем мире.

Основателем и первым научным руководителем музея, открытого в 1926 г., был профессор В.А.Хахлов, который возглавил впоследствии созданную им школу палеоботаников. В последнее десятилетие музей значительно обновлен и преобразован. Он выполняет различные взаимосвязан­ные функции: популяризаторскую (демонстрация палеонтологического материала для представле­ния об эволюции биосферы), научную (углубленное изучение ряда групп ископаемой фауны и флоры), а также просветительскую, являясь частью образовательного комплекса Томского госу­дарственного университета.

В витринах и диорамах представлены остатки руководящих ископаемых растений и живот­ных фанерозоя, смоделированные художниками ландшафты прошлых геологических эпох. Весьма информативны и зрелищны четыре диорамы с реконструкциями основных периодов истории Зем­ли, а также витрины, украшенные картинами растительных ландшафтов и отпечатками растений, собранных в разных регионах Сибири. Они отражают четыре этапа развития высших растений в фанерозое (позднесилурийский-раннедевонский - "псилофиты" или риниофиты; позднедевоне*-кий-раннепермский - плауновидные, хвощевидные, папоротниковидные; позднепермский-ранне-меловой - голосеменные; позднемеловой-современный - покрытосеменные растения). В музее создана витрина, на которой показана эволюция растений с распределением их по биогеографи­ческим провинциям. Здесь же приведены схемы строения растений, сопровождаемые замечатель­ными по сохранности их отпечатками (рис. 77, цв. вкл.).

Сибирь богата многочисленными палеонтологическими остатками, основные местонахожде­ния которых представлены в отдельной витрине. Здесь (снизу вверх) на отдельных полках показа­ны различные остатки фауны и флоры: от девона до неогена включительно, обнаруженные пре­имущественно на юге Западной Сибири. Раннедевонская флора в основном состоит из "псилофи-тов" и водорослей лагунных отложений Минусинских впадин. Отпечатки рыб найдены в породах изыкчульского горизонта Хакасии. Брахиоподы, мшанки и криноидеи, выставленные в этой вит­рине, собраны из отложений опорного разреза нижнего карбона Лагерного сада Томска. Большой интерес вызывают находки юрских растений, представленные экспонатами из обнажений Кузбас­са и в керновом материале из разрезов многих скважин Томской области. Хорошо сохранившиеся отпечатки растений неогена, собранные из разных местонахождений преимущественно Томской области, завершают верхнюю часть этой экспозиции. Самыми древними экспонатами музея явля­ются остатки жизнедеятельности древних "сине-зеленых водорослей" - цианобионтов, возраст которых исчисляется более 600 млн. лет ("невландиевая" проблематика, строматолиты).

Коллекции музея интенсивно пополняются. Ежегодные полевые экскурсии сотрудников Си­бирского палеонтологического научного центра (СПНЦ) совместно со студентами добавляют .$ музей новые экспонаты. Особенно важны последние находки на юго-востоке Западной Сибири остатков рептилий и млекопитающих. Летом 1995 г. экспедицией СПНЦ были обнаружены в окре­стностях с. Шестаково по р. Кие (левый приток р. Чулыма) два новых местонахождения ран-немеловых позвоночных. В последующие годы благодаря тщательным и квалифицированным рас­копкам найдены остатки различных животных, большая часть которых принадлежит раннемело-вым динозаврам - пситтакозаврам. Летом 1999 г. сотрудникам СПНЦ удалось найти два целых

скелета пситгакозавров, примерно до 2 м в длину, 1,5 М В ВЫСОТу (рИС. 78). НаХОДКИ ЭТИХ реПТИЛИЙ

ИЗВеСТНЫ ранее ИЗ НИЖНемеловых отложений на северо-западе Китая и в Монголии. По-видимому, в раннемеловое время существовал единый ареал их обитания от Сибири до Китая.

Рис. 78. Реконструкция скелета мелового травоядного динозавра рода Psittacosaurus (no W.Gregory, 1927)

Помимо находок раннемеловых динозавров, в четвертичных отложениях в ряде местонахож­дений юго-востока Западной Сибири обнаружены остатки мамонтовой фауны, которые дали воз­можность изучить эту группу млекопитающих и сконструировать в музее их скелеты. Наиболее интересны реконструкции скелетов мамонта, бизона и шерстистого носорога - представителей хо­ботных и копытных позднего плейстоцена юго-востока Западной Сибири (рис. 79, цв. вкл.).

Посещение демонстрационного зала Палеонтологического музея с его красочно оформлен­ными диорамами, витринами, макетами, скелетами древних животных - это увлекательнейшее пу­тешествие в прошлое Земли. Оно способствует осмыслению уже имеющихся знаний, расшире­нию горизонтов миропонимания, повышает интерес к познанию развития органического мира на­шей планеты.