Страница 6 из 40
Споры и пыльца — наиболее неизменные из остатков живших когда-то растений. На дне водоемов, в толще ила и песка, пыли, глины или торфа спорово-пыльцевые комплексы сохраняются тысячи и даже миллионы лет.
Первые упоминания об ископаемой пыльце принадлежат немецкому ученому Гепперту и относятся к 1836 г. Методика спорово-пыльцевого анализа была разработана шведскими учеными Лагерхеймом и Ленартом фон Постом.
Ленарт фон Пост посвятил свою жизнь изучению антропогена — последнего в истории Земли геологического периода, который продолжается и сейчас. Великие оледенения этого времени сыграли огромную роль в истории ряда стран. На севере Швеции находился центр, от которого начиналось развитие материковых оледенений, покрывших потом большую часть Европы.
В России спорово-пыльцевой анализ был впервые применен академиком В. Н. Сукачевым. В 1903 г. В. Н. Сукачев стал отмечать наличие пыльцы при ботаническом изучении торфа.
Почти в одно время со шведскими учеными в России работал крупнейший болотовед и палеоботаник В. С. Доктуровский. Изучая болота и различные торфы, он по наличию пыльцы устанавливал присутствие тех или иных растений в отдаленные от нас эпохи. В 1917 г. он впервые начал проводить количественный учет пыльцевых зерен, а в 1923 г. была опубликована его работа «Метод анализа пыльцы в торфе». В ней изложены основные принципы этого метода, даны изображения пыльцы древесных пород, наиболее распространенных в северных широтах. Тогда же В. С. Доктуровский совместно с В. В. Кудряшовым опубликовал определитель пыльцы растений.
В. С. Доктуровский изучал межледниковые отложения и руководил изучением торфяных месторождений во многих географических зонах нашей страны в период, когда развернулись работы по осуществлению ленинского плана электрификации России (ГОЭЛРО).
В развитии палинологии — науки об ископаемой пыльце и спорах — имели значение работы советского торфоведа Д. А. Герасимова. На основе анализа спорово-пыльцевых спектров он сделал интересные выводы о направленности изменения климата и растительности России в голоцене.
Как проводится спорово-пыльцевой анализ? Отдельные пыльцевые зерна имеют небольшую величину; они измеряются сотыми и тысячными долями миллиметра (микронами). Форма пылинок у разных растений различна. У березы они похожи на диски, сплюснутые по краям, с тремя порами, расположенными по экватору. У сосны — на эллипс с двумя воздушными мешками по бокам. Каждому семейству, роду, а иногда и виду растений соответствует пыльца определенной формы, размеров и строения.
Оболочки пыльцы и спор удивительно устойчивы к внешним воздействиям. Они выдерживают нагревание до 300°, обработку щелочами и концентрированными кислотами. Их не повреждают механические воздействия — удары, перетирания и т. п. Правда, все, что находилось когда-то внутри оболочки, — цитоплазма, ядро, различные органоиды клетки — не сохраняется. Неизменными остаются лишь оболочки — своеобразные наружные скелеты пылинок.
По внешнему облику различаются и споры. Поскольку размеры пыльцы и спор ничтожно малы, их изучают с помощью оптических и электронных микроскопов. Существует целый ряд методик извлечения спор и пыльцы из вмещающих их горных пород и подготовки для дальнейшего определения их систематического положения. Но это уже сугубо специальная область. Стоит лишь отметить, что получаемые в итоге сведения о прошлом растительного мира могут считаться достоверными лишь в том случае, если образцы для анализа взяты вполне квалифицированно.
Исследователи всегда помнят главное требование — брать материал из тех слоев и горизонтов, которые накапливались постепенно и непрерывно. Идеально соответствует этому условию торфяная залежь. Обычно ежегодный прирост торфа — 0,5—1 мм. Нетрудно подсчитать, что для накопления толщи, измеряемой метрами, потребуются тысячелетия. Таким образом, строго последовательное изучение извлеченных из нее спорово-пыльцевых комплексов может дать подробную картину развития растительности интересующего нас района, а также историю формирования болота и окружающего его ландшафта за достаточно длительный промежуток времени.
Образцы на анализ отбирают с различной степенью детальности, с интервалом 1—2, 5—10 и более сантиметров. Иногда отбор ведется и сплошной колонкой — при необходимости установления не только общих закономерностей формирования современных ландшафтов, но и уточнения того, что происходило в какой-то конкретный исторический этап. Например, из древних хроник известно, что середина первого тысячелетия до нашей эры отличалась относительной увлажненностью и похолоданием климата, причем это наблюдалось и в более позднее время, но значительно слабее. Подобные явления не могли не отразиться на развитии растительности, в том числе и болотной, чувствительной к колебаниям влажности. В этих случаях предельно подробное изучение торфяной залежи оказывается необходимым.
Но возвратимся непосредственно к нашим болотам. Независимо от решения задач по изучению глобальных изменений природных условий прошлого спорово-пыльцевой анализ играет существенную роль в исследовании путей формирования конкретного торфяника. Устанавливаются изменения в составе растительных сообществ, происходивших в соответствии с колебаниями климата.
Растения очень чутко реагируют на любое изменение природной среды. Одни виды начинают испытывать угнетение и даже исчезают за сравнительно короткий срок, другие приходят им на смену. Образуются новые растительные группировки. Остатки тех и других сохраняются в залежи торфа и свидетельствуют о минувших событиях. Интересно бывает сравнить данные, полученные при изучении болот на достаточно обширной территории. Это позволяет узнать о прошлом природы ушедших эпох в масштабе целого региона.
Есть возможность установить возраст каждого изученного торфяного слоя в абсолютном летосчислении. Этому помогают археологические находки или применение радиоуглеродного метода.
Радиоуглеродный метод очень молод. Широко применять его стали только после второй мировой войны, хотя первые опыты проводились еще в конце 30-х годов. Определение абсолютного возраста торфяных отложений основано на следующем. В природе встречаются несколько изотопов углерода. В основном его масса состоит из стабильного изотопа C12. Примесь радиоактивного C14 ничтожна, после гибели организма он начинает распадаться.
Период полураспада радиоактивного изотопа C14 — 5780±40 лет. Он и используется для исследований. C14 образуется в верхних слоях атмосферы на высоте 12—16 км под действием нейтронов, порождаемых космическими лучами, и распадается с испусканием β-частиц, превращаясь в стабильный изотоп C12.
C14 в атмосфере образуется непрерывно, но непрерывно идет и его радиоактивный распад. Возникает динамическое равновесие, и концентрация изотопа в природе практически остается постоянной.
Как стабильный, так и радиоактивный изотопы одинаково окисляются кислородом атмосферы, превращаясь в двуокись углерода (CO2). Разница только в том, что и последняя тоже будет радиоактивна. И та и другая усваиваются растениями в процессе фотосинтеза, попадают со съеденными растениями в организм животных, растворяются в воде различных водоемов. Таким образом, радиоактивная двуокись углерода равномерно распределяется в атмосфере, биосфере и гидросфере.
Зная период полураспада и определив количество C14 в органических остатках, можно определить время, истекшее с момента гибели организмов.
Таким путем исследователь может достаточно точно установить абсолютный возраст куска торфа, поскольку его масса в основном состоит из остатков растений.
ПРОШЛОЕ БОЛОТ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Познакомившись с основами классификации, а также с методами, позволяющими восстановить историю постепенного формирования болот до современного облика, можно с полным правом совершить экскурс в прошлое. Цель путешествия во времени — еще раз убедиться в необычайной сложности и длительности эволюционного развития заболоченных территорий, закономерности которого необходимо знать при современном освоении природных ресурсов. В своих изысканиях будем в основном придерживаться границ антропогена — последнего в истории Земли геологического периода, названного так в честь появления человека. До недавних пор он считался неизмеримо короче других периодов геологической истории нашей планеты. На его долю отводился «всего» один миллион лет. Таков был возраст наиболее древних слоев с остатками первых человеческих существ. Но в последние годы такие остатки обнаружили в горизонтах, которые значительно старше — как минимум втрое. Возможны и более древние находки. Соответственно увеличилась и продолжительность антропогена за счет сокращения предыдущего периода — плиоцена.