Владимир Небадонский
По следам Чарльза Дарвина
Геологическая летопись
Обширная группа горных массивов, составлявшая внешнюю кору мира на заре жизни в эпоху протерозоя, в настоящее время встречается лишь в редких местах на поверхности земли. Когда же она выходит из-под нагромождений последующих эпох, в ней обнаруживаются только окаменелые остатки растительной и примитивной животной жизни. Некоторые из таких древнейших погруженных в воду пород смешаны с более поздними слоями, и порой они содержат окаменелости ранних форм растительной жизни, в то время как в самых верхних слоях порой встречаются более примитивные формы древних морских животных организмов. Во многих местах эти древнейшие осадочные породы, заключающие в себе ископаемых ранней морской жизни, как животной, так и растительной, залегают над более древними, сплошными породами.
Среди ископаемых этой эры встречаются водоросли, похожие на кораллы растения, примитивные протозоа и переходные организмы типа губок. Однако, отсутствие таких ископаемых в слоях нижних пород не обязательно говорит о том, что во время образования этих отложений жизнь не существовала в других местах. На протяжении этих древних эпох жизнь была редким явлением, медленно распространявшимся по поверхности земли.
В настоящее время горные породы этой древней эпохи залегают у поверхности земли или же очень близко к поверхности, покрывая примерно одну восьмую часть нынешней территории суши. Средняя глубина этого переходного пласта – древнейших слоев осадочных пород – составляет около полутора километров. В некоторых местах такие системы древних пород достигают в глубину четырех километров, но многие слои, приписываемые к этой эпохе, относятся к более поздним периодам.
В Северной Америке этот древний слой, несущий в себе первобытные ископаемые остатки, выходит на поверхность во многих местах в восточных, центральных и северных районах Канады. Кроме того, здесь расположен промежуточный восточно-западный гребень этой породы, который простирается от Пенсильвании и древнего горного массива Адирондак на запад через Мичиган, Висконсин и Миннесоту. Другие гребни проходят от Ньюфаундленда до Алабамы и от Аляски до Мексики.
Горные породы этой эпохи выходят на поверхность во многих местах, однако наиболее объяснимо образование тех из них, которые находятся в районе озера Верхнее, а также в Большом Каньоне реки Колорадо, где породы, содержащие первобытные окаменелости и существующие в нескольких слоях, подтверждают катаклизмы и колебания поверхности тех далеких времен.
Этот слой горной породы – древнейший пласт коры, несущий в себе ископаемые, – был раздавлен, смят и самым невообразимым образом скручен в результате землетрясений и ранней вулканической активности. Потоки лавы этой эпохи подняли к поверхности земли большое количество железа, меди и свинца.
Редко где такие процессы демонстрируются с большей графической наглядностью, чем в долине Сент-Круа в Висконсине. В этом районе произошло сто двадцать семь последовательных истечений лавы с последующим затоплением суши и осаждением горных пород. Хотя значительная часть верхних осадочных пород и промежуточных лавовых потоков сегодня отсутствует, тем не менее, на поверхности находятся около шестидесяти пяти или семидесяти напластованных страниц каменной книги прошлого.
В эти древние эпохи, когда значительная часть суши была лишь немногим выше уровня моря, земля неоднократно затоплялась и вновь поднималась. Кора земли еще только вступала в более поздний период относительной стабилизации. Волнообразные движения – подъемы и погружения в начальный период континентального дрейфа – воздействовали на частоту периодических затоплений огромных континентов.
В течение этой эпохи примитивной морской жизни обширные прибрежные районы континентов опустились ниже уровня моря на глубину от нескольких метров до полукилометра. Большая часть более раннего песчаника и конгломератов представляет собой осадочные скопления, образовавшиеся из этих древних берегов. Осадочные породы этого раннего пласта лежат непосредственно на тех слоях, которые сформировались задолго до возникновения жизни, во времена появления всемирного океана.
Эта эра является периодом распространения жизни в водной среде мира; морская жизнь прочно укрепилась на Земле. Дно мелководных и просторных внутренних морей постепенно заполняется обильной и пышной растительностью, в то время как прибрежные воды изобилуют простейшими формами животной жизни.
Всё это повествование наглядно изложено на ископаемых страницах огромной «каменной книги», рассказывающей о событиях минувших дней. И страницы этой гигантской биологической летописи непременно раскроют вам истину, стоит вам только научиться их толковать. Дно многих морей поднялось сегодня на большую высоту, и их многовековые отложения повествуют о борьбе за существование в те давние дни. Буквально истинны слова поэта, сказавшего: «И прах, что топчем мы, когда-то был живым».
Эра морской жизни на Земле
В нашем представлении, история Земли началась примерно миллиард лет тому назад и охватывает пять крупных этапов:
1. Эра до появления жизни продолжалась на протяжении первых четырехсот пятидесяти миллионов лет – примерно с того времени, когда планета достигла своих нынешних размеров, и вплоть до появления жизни. Наши ученые называют этот период археозоем.
2. Эра зарождения жизни продолжалась в течение следующих ста пятидесяти миллионов лет. Она отделяет эру до появления жизни, или эру катаклизмов, от следующего периода более развитой морской жизни. Эта эпоха известна нашим исследователям как протерозой.
3. Эра морской жизни охватывает следующие двести пятьдесят миллионов лет и обычно известна как палеозой.
4. Эра ранней наземной жизни продолжалась на протяжении следующих ста миллионов лет и известна как мезозой.
5. Эра млекопитающих охватывает следующие пятьдесят миллионов лет. Эта последняя эра известна как кайнозой.
Таким образом, эпоха морской жизни покрывает около четвертой части нашей планетарной истории. Ее можно разделить на шесть продолжительных периодов, каждый из которых характеризуется определенными эволюционными сдвигами, как в геологической, так и биологической областях.
В начале этой эпохи дно морей, обширные континентальные шельфы и многочисленные мелководные прибрежные бассейны покрылись обильной растительностью. Простейшие и наиболее примитивные формы животной жизни уже произошли от предшествующих им растительных организмов, и ранние животные постепенно распространялись вдоль протяженных побережий различных континентов, наполняя многочисленные внутренние моря первобытной морской жизнью. Поскольку эти древние организмы, как правило, не имели раковин, лишь малая их часть сохранилась в форме ископаемых. Тем не менее, всё было готово для создания первых глав той великой «каменной книги», которая хранит в себе летопись жизни, столь методично писавшуюся на протяжении последующих эпох.
Североамериканский континент обладает замечательной коллекцией богатых окаменелостями отложений, охватывающих всю эру морской жизни. Самые первые и наиболее древние пласты отделены от позднейших слоев предшествующего периода обширными эрозионными отложениями, четко разделяющими эти два этапа планетарной эволюции.
Эпоха трилобитов
К началу этого периода относительного спокойствия земной поверхности жизнь была ограничена различными внутренними морями и прибрежной полосой океана; не существовало ни одной формы наземных организмов. Примитивные морские животные хорошо акклиматизировались и были готовы к следующему этапу эволюции. Амебы – типичные уцелевшие организмы начальной стадии развития животной жизни – появились к концу предыдущего переходного периода.
400.000.000 лет тому назад как растительная, так и животная морская жизнь уже успешно распространилась по всему миру. Мировой климат становится несколько более теплым и ровным. Происходит всеобщее затопление морских берегов различных континентов, в особенности Северной и Южной Америки. Появляются новые океаны, и значительно расширяются древние водные массивы.
Растения впервые выбираются на сушу и вскоре совершают существенный прогресс в адаптации к не морской среде обитания.
Внезапно – и без образования промежуточных форм – возникают первые многоклеточные животные. Появляются трилобиты, которые в течение многих веков оставались преобладающим видом морской фауны. Для морских животных наступила эпоха трилобитов.
В завершающий период этого этапа значительные части Северной Америки и Европы выступили из-под воды. Земная кора временно стабилизировалась; горы – или, скорее, возвышенности – поднялись вдоль атлантического и тихоокеанского побережий, над островами Вест-Индии и южной частью Европы. Весь Карибский регион высоко поднялся над уровнем моря.
390.000.000 лет тому назад произошло дальнейшее поднятие суши. В некоторых районах восточной и западной Америки и западной Европы встречаются пласты отложений этого времени, причем это древнейшие породы, содержащие ископаемых трилобитов. Через несколько миллионов лет Тихий океан начал заполнять американские континенты. Погружение земли происходило в основном вследствие адаптации коры, хотя свою роль сыграло также латеральное растяжение суши, или оползание континентов.
380.000.000 лет тому назад Азия стала проседать при кратковременном поднятии других континентов. Однако по мере развития этой эпохи формирующийся Атлантический океан совершал глубокие вторжения во все примыкавшие береговые линии. Северные атлантические, или арктические, моря в то время соединялись с водами южного Мексиканского залива. Когда это южное море вошло в Аппалачскую впадину, его волны разбивались на востоке о горы такие же высокие, как Альпы; но в целом континенты представляли собой однообразные низменности, начисто лишенные какой-либо живописности.
370.000.000 лет тому назад произошло обширное и почти полное затопление Северной и Южной Америки, вслед за которыми под воду ушли Африка и Австралия. Только некоторые части Северной Америки оставались выше уровня мелководных кембрийских морей. Спустя пять миллионов лет моря отступили перед поднимавшейся сушей. И все эти процессы погружения и подъема суши были лишены драматизма, медленно протекая на протяжении миллионов лет.
Относящийся к этой эпохе пласт, содержащий ископаемые остатки трилобитов, то здесь, то там выходит на поверхность всех континентов, за исключением центральной Азии. Обычно эти породы залегают горизонтально, однако в горах они расположены наклонно и деформированы из-за сжатия и образования складок. Во многих местах такое сжатие изменило первоначальный характер этих отложений. Песчаник превратился в кварц, глинистый сланец – в аспидный сланец, а известняк – в мрамор.
360.000.000 лет тому назад продолжался прирост суши. Северная и Южная Америка поднялись на значительную высоту. Поднялась западная Европа и Британские острова, за исключением некоторых частей Уэльса, находившихся глубоко под водой. Крупные ледники отсутствовали в течение этой эпохи. Предполагаемые ледниковые отложения, которые встречаются в связи с этими пластами в Европе, Африке, Китае и Австралии, объясняются изолированными горными ледниками или сдвигом более поздних ледниковых наносов. Мировой климат был океаническим, а не континентальным. Южные моря были теплее, чем сегодня, простираясь к северу, через Северную Америку, вплоть до полярных регионов. Гольфстрим проходил через центральную часть Северной Америки и отклонялся к востоку, омывая и согревая берега Гренландии и превращая этот покрытый сегодня ледяным панцирем континент в настоящий тропический рай.
Морская жизнь была примерно одинаковой по всему миру и состояла из морских водорослей, одноклеточных, простейших губок, трилобитов и других ракообразных – креветок, крабов и омаров. К концу этого периода появились три тысячи разновидностей плеченогих, из которых сохранились только двести. Эти животные представляют собой одну из тех разновидностей древней жизни, которые дошли до наших дней практически в неизменном виде.
Однако преобладающими живыми существами были трилобиты. Эти разнополые животные существовали во многих видах. Будучи плохими пловцами, они лениво качались на поверхности или ползали по морскому дну, скручиваясь для самозащиты при нападениях появившихся впоследствии врагов. Они увеличились в длину от двух дюймов до одного фута и разделились на четыре отчетливые группы: плотоядных, травоядных, всеядных и «грязеедов». Умение последних существовать в основном за счет неорганической материи, а они являлись последней группой многоклеточных животных, обладавших такой способностью, объясняет огромное увеличение их популяции и долгое существование.
Так выглядела биологическая картина Земли при завершении этого длительного периода мировой истории, охватывающего пятьдесят миллионов лет и названного нашими геологами кембрием.
Эпоха беспозвоночных
Характерные для этого времени периодические явления поднятия и затопления происходили постепенно и были лишены зрелищности, сопровождаясь разве что незначительной вулканической деятельностью. В течение всех этих чередующихся поднятий и депрессий суши история изначального азиатского континента не во всём совпадала с историей других частей суши. Он не раз затоплялся, погружаясь то с одной, то с другой стороны, что было особенно характерно для начального этапа. Однако здесь нет однородных отложений пород, которые можно встретить на других континентах. В последние эпохи Азия была самым устойчивым из всех массивов суши.
350.000.000 лет тому назад начался период великих затоплений всех континентов, за исключением центральной Азии. Раз за разом суша уходила под воду; только прибрежные возвышенности оставались над этими мелководными, но обширными и изменяющими свои очертания внутренними морями. Этот период характеризовался тремя крупными наводнениями, но еще до его окончания континенты вновь поднялись, причем общая поверхность суши на пятнадцать процентов превысила существующую сегодня. На большую высоту поднялся карибский регион. В Европе этот период оставил мало следов, так как колебания суши – при большей вулканической активности – были здесь менее значительными.
340.000.000 лет тому назад произошло новое обширное погружение суши, не затронувшее только Азию и Австралию. Воды океанов повсеместно смешались. Это был великий период известняка, причем большая часть этой породы откладывалась выделяющими известь водорослями.
Спустя несколько миллионов лет из-под воды стали появляться крупные части Северной и Южной Америки, а также Европы. В западном полушарии остался только рукав Тихого океана над Мексикой и нынешними районами Скалистых Гор, но к концу этой эпохи атлантическое и тихоокеанское побережья вновь стали погружаться.
330.000.000 лет тому назад во всём мире начался период относительной стабильности, причем значительная часть суши находилась над поверхностью воды. Единственным нарушением земного спокойствия стало извержение огромного североамериканского вулкана в восточной части Кентукки – одно из мощнейших проявлений вулканической деятельности в истории нашего мира. Этот вулкан покрыл площадь в пятьсот квадратных миль слоем пепла толщиной от пятнадцати до двадцати футов.
320.000.000 лет тому назад произошло третье крупное наводнение этого периода. Вода покрыла всю поверхность суши, затопленной во время предыдущего наводнения, во многих направлениях вторгаясь еще дальше вглубь Америки и Европы. Восточные части Северной Америки, и западная Европа ушли под воду на глубину от 10.000 до 15.000 футов.
310.000.000 лет тому назад суша вновь поднялась на значительную высоту во всём мире, за исключением южных частей Северной Америки. Появилась Мексика, в результате чего образовался Мексиканский залив, сохранивший с тех пор свои очертания.
Жизнь этого периода продолжает свое развитие. Планета в очередной раз становится относительно спокойной и мирной; климат продолжает оставаться мягким и ровным; наземные растения мигрируют всё дальше от морских берегов. Жизненные формы успешно развиваются, хотя ископаемые растения этого периода встречаются редко.
Этот период стал великой эпохой индивидуальной эволюции животных организмов, хотя многие из принципиальных изменений – такие, как переход от растительной жизни к животной, – произошли раньше. Об уровне развития морской фауны говорит то, что среди ископаемых, содержащихся в отложениях этого периода, представлены все формы жизни до позвоночных. Еще не появились наземные животные, за исключением некоторых видов червей, зарывавшихся в землю на морских побережьях, как не произошло еще и повсеместного распространения растений. В воздухе всё еще было слишком много двуокиси углерода для появления существ с атмосферным типом дыхания. На начальном этапе развития все животные, за исключением некоторых наиболее примитивных форм, прямо или косвенно зависят от растительной жизни.
Господствующей группой оставались трилобиты. Эти маленькие животные существовали в десятках тысяч видов и были предшественниками современных ракообразных. У некоторых видов было от двадцати пяти до четырех тысяч мельчайших глазков; у других глаза редуцировались. К концу этого периода трилобиты господствовали в морях вместе с некоторыми другими видами беспозвоночных. Однако они полностью вымерли в начале следующего периода.
Широко распространились выделяющие известь водоросли. Существовали тысячи видов, ставших предшественниками кораллов. В изобилии были представлены морские черви, и существовало много разновидностей медуз, которые с тех пор вымерли. Появились кораллы и более поздние разновидности губок. Хорошего развития достигли головоногие, сохранившиеся в виде современных перламутровых моллюсков наутилусов, осьминогов, каракатиц и кальмаров.
Существовало много разновидностей раковинных, чьи раковины не были столь необходимы для защиты, как в последующие эпохи. В древних морях водились брюхоногие, включавшие моллюсков с цельной раковиной, береговых и прочих улиток. Двустворчатые брюхоногие, сохранившиеся на протяжении прошедших миллионов лет, объединяют пресноводных и морских моллюсков, устриц и гребешков. Появились и плеченогие, и эти организмы, внешне напоминающие двустворчатых, обитали в древних морях во многом так же, как и сегодня; их створки уже были оснащены замками, пазами и иными защитными приспособлениями.
На этом заканчивается история эволюции в течение второго продолжительного периода морской жизни, который известен нашим геологам как ордовик.
Период кораллов
300.000.000 лет тому назад начался очередной длительный период затопления суши. Вторжение древних силурийских морей в южном и северном направлениях привело к поглощению большей части Европы и Северной Америки. Суша ненамного выступала над уровнем моря, поэтому многочисленных прибрежных отложений не было. Моря кишели существами с известковыми раковинами, и оседание этих раковин на морское дно постепенно привело к образованию мощных пластов известняка. Это стало первым обширным отложением известняка, которое охватывает практически всю Европу и Северную Америку, но лишь в некоторых местах выходит на поверхность земли. Толщина этой древней породы достигает в среднем тысячи футов, однако многие такие отложения со временем были деформированы из-за опрокидывания пластов, катаклизмов и сбросообразования, а другие превратились в кварц, сланец и мрамор.
В горных породах этого периода не встречается ни кремень, ни лава, за исключением того, что было извергнуто огромными вулканами южной Европы и восточных районов штата Мэн, а также лавовых потоков в Квебеке. Вулканическая деятельность в основном осталась в прошлом. Это было время великих водных отложений; горообразования практически не происходило.
290.000.000 лет тому назад море в основном уже покинуло континенты, а дно окружающих океанов опускалось. Массивы суши оставались почти в неизменном виде вплоть до очередного затопления. На всех континентах начинались ранние горообразующие движения, и самыми значительными из этих поднятий коры были Гималаи в Азии и громадные Каледонские горы, простиравшиеся от Ирландии через Шотландию и далее к Шпицбергену.
Месторождения этого периода богаты газом, нефтью, цинком и свинцом. Газ и нефть образуются из громадных скоплений растительного и животного вещества, отложившегося в течение предыдущего затопления суши, в то время как минеральные отложения являются следствием образования осадков в стоячих массивах воды. К этому периоду относятся многие отложения каменной соли.
Трилобиты быстро убывали, их место заняли более крупные моллюски – головоногие. Эти животные, достигавшие пятнадцати футов в длину и одного фута в диаметре, стали властелинами морей. Этот вид животных появился внезапно и стал преобладающей формой морской жизни.
Океанический климат оставался мягким и ровным, и берега полярной суши омывались теплыми морями. Ископаемые остатки плеченогих и других форм морской жизни можно обнаружить в этих отложениях вплоть до Северного полюса. Продолжала увеличиваться численность брюхоногих, плеченогих, губок и рифообразующих кораллов.
Конец этой эпохи стал свидетелем второго нашествия силурийских морей с новым смешением вод южного и северного океанов. Головоногие были господствующими представителями морской жизни, в то время как сопутствующие формы жизни постепенно развивались и дифференцировались. Однако к концу этой эпохи моря стали настолько солеными, что уцелела лишь малая часть их обитателей.
К концу заключительного силурийского затопления значительно увеличилась численность иглокожих – морских лилий, – о чём свидетельствуют отложения криноидного известняка. Почти полностью исчезли трилобиты, а моллюски продолжали оставаться царями морей. Значительно ускорилось образование коралловых рифов. В эту эпоху, в наиболее благоприятных местах, впервые появились примитивные водные скорпионы. Вскоре после этого, и внезапно, появились истинные скорпионы – животные, обладающие собственно атмосферным типом дыхания.
Этим завершается третий период в развитии морской жизни, охватывающий двадцать пять миллионов лет и известный нашим исследователям как силур.
