Страница 1 из 9
Игорь Иванович Богданов
Палеоэкология
С сотворенья мира стократы
Умирая, менялся прах.
Этот камень рычал когда‑то,
Этот плющ парил в облаках.
Убивая и воскрешая,
Набухать вселенской душой —
Это воля Земли святая,
Непонятная ей самой.
Введение
Палеоэкология – наука новая, неустоявшаяся, круг ее целей и задач с достаточной точностью не установлен. Ее можно определить, как раздел экологии, изучающий становление и изменения природных условий, оказавших влияние на возникновение жизни на Земле, на эволюцию живых организмов и на формирование и эволюцию экосистем в различные геологические эпохи истории Земли.
Цель преподавания палеоэкологии для студентов-биологов – формирование взгляда на живую природу, как на результат длительного процесса развития от низших форм к высшим под влиянием изменений внешней среды в масштабах геологического времени.
Поэтому мы рассматриваем экологические закономерности, во-первых, в плане возникновения и развития климатов и ландшафтов Земли, во-вторых, в плане возникновения и развития жизни на Земле.
Восстановление экологической обстановки на Земле в прошлые геологические эпохи позволяет лучше понять пути эволюции живых существ, возникновение различных жизненных форм, в том числе и конвергентное возникновение сходных жизненных форм в разные эпохи и у систематически отдаленных таксонов.
Палеоэкологический подход позволяет установить возникновение типов питания, появление и усложнение биоценотических отношений в разные эпохи, а через них – возникновение и развитие экосистем и формирование различных ландшафтно-климатических зон.
Наконец, немаловажное значение восстановление экологической обстановки прошлых эпох имеет для понимания происхождения и эволюции человека.
Одним из центральных моментов палеоэкологии, на наш взгляд, является изучение экологических кризисов – узловых моментов в истории Земли, когда значительные геолого-морфологические и климатические изменения, происходящие в больших масштабах за сравнительно короткие периоды времени, вызывали резкое изменение существовавших ранее биот с массовым вымиранием господствующих таксонов и замены их на новые, более прогрессивные с эволюционной точки зрения. Эти периоды, несмотря на их кратковременность (в геологическом масштабе), оказывают определяющее влияние на всю последующую историю жизни на Земле.
Отметим, что понятие «палеоэкология» не содержится ни в наиболее полном Биологическом энциклопедическом словаре 1995 г. издания, ни в Популярном биологическом словаре Н. Ф. Реймерса, ни в словаре-справочнике «Экология» В. А. Вронского. Не содержится оно и в разделах многих учебников по экологии, посвященных структуре и подразделениям экологии как науки (учебники И. А. Шилова, Ю. Одума и др.). Лишь в учебнике В. А. Радкевича приведена, со ссылкой на М. Реймерса и А. Яблокова, классификация экологических наук, где палеоэкология фигурирует в качестве самостоятельного раздела, впрочем, без объяснений ее целей и задач. В учебнике (переводном) «Основы экологии» Р. Дажо имеется раздел, посвященный экологическим условиям в период возникновения жизни на Земле, в учебнике М. И. Будыко «Глобальная экология» рассматриваются экологические условия, способствовавшие возникновению и развитию человека, эти же вопросы поднимаются в некоторых работах академика Н. Н. Моисеева. Что касается многочисленных работ по палеонтологии, палеоклиматологии, палеоландшафтам, то в них экологические сведения содержатся отрывочно и не приведены в сколько‑нибудь стройную систему (см. список литературы).
В основу настоящего учебного пособия положен курс лекций, которые автор читал для студентов специальности «Экология» химико-биологического факультета Омского государственного педагогического университета.
В написании использовались многочисленные работы по общей экологии, палеогеографии и палеонтологии, список которых приводится в конце пособия.
Выражаю благодарность доктору биологических наук, профессору кафедры экологии и природопользования Омского государственного педагогического университета Светлане Иосифовне Андреевой за предварительный просмотр текста и ценные замечания.
Часть 1
Общие палеоэкологические закономерности
Глава 1
История формирования климата в связи с историей формирования земной поверхности
1.1. Климат на Земле возник лишь тогда, когда появились атмосфера и гидросфера как самостоятельные оболочки Земли. Произошло это около 3,8–4 млрд лет назад, когда при остывании молодой планеты ее парогазовая оболочка – пневматосфера – разделилась в результате конденсации водяных паров, входивших в ее состав, на газообразную и жидкую фракции, и с этого времени атмосфера и гидросфера существую раздельно.
Первичная атмосфера была практически лишена кислорода. Она состояла из смеси водяного пара, водорода, метана, аммиака и паров сильных кислот (серной, соляной, плавиковой). Позднее, около 3,5 млрд лет назад, она стала азотно-аммиачно– углекислой. Количество углекислого газа в ней росло за счет усиливавшейся вулканической деятельности и достигло максимума в 60 % от ее объема. Свободный кислород, выделявшийся из недр Земли при различных геологических процессах, почти полностью затрачивался на окисление метана, сероводорода и аммиака атмосферы, в результате чего доля этих газов в атмосфере снизилась до исчезающе малых величин, и на окисление металлов в поверхностных слоях земной коры.
Первичная гидросфера несколько отличалась от современной по составу и количеству растворенных в ней солей (соленость достигала 50 %о, содержание кальция было меньше современного, а содержание натрия и калия – больше и т. д.). Близкий к современному солевой состав Мирового Океана установился лишь при достаточно долгом развитии жизни, где‑то на грани Криптозоя и Фанерозоя (см. ниже). Температура же Мирового Океана первоначально, видимо, еще довольно долго была выше современной (от +35 до +40 °C у экватора, против +25… +27 °C в настоящее время).
1.2. Восстановление климатических (более обобщенно – экологических) условий прошлых эпох возможно в связи с учетом выдвинутого Ч. Лайелем принципа актуализма. Согласно этому принципу, факторы, действующие в настоящее время, точно так же действовали и в прошлом. Наблюдая образование под действием определенных факторов той или иной горной породы, в настоящее время мы делаем вывод, что и в прошедшие геологические эпохи она образовывалась под действием тех же факторов. Так, соли, гипсы, ангидриты накапливаются в условиях сухого и жаркого климата, а каменные угли и каолиновые глины – в условиях жаркого и влажного. Следовательно, минеральный состав горных пород уже дает определенные сведения, помогающие восстановить климат прошлых эпох. Еще в большей степени климат влияет на характер растительности. Если мы находим в слоях каменного угля отпечатки хвощей, плаунов, папоротников, то можем с уверенностью сказать, что климат в это время был жаркий и влажный: споровым растениям для оплодотворения нужна вода.
Но хорошо сохранившиеся отпечатки ископаемых растений встречаются довольно редко, и палеоклиматологам, и палеобиологам пришлось бы испытать очень большие трудности при восстановлении экологических условий в прошлые геологические эпохи, если бы не споры, а с появлением семенных растений и пыльца древних растений, которая в больших количествах содержится в осадочных породах и имеет высокую видовую специфичность, т. е. легко определяется. По ней довольно просто восстановить тип растительного покрова определенных геологических эпох, а вместе с тем и климат. При реконструкции климата также помогают сведения о видовом составе и распространении морских, пресноводных и сухопутных животных. Жизнь многих из них, особенно теплолюбивых морских (кораллы, губки, моллюски), протекает в довольно узких температурных диапазонах. Соотношение изотопов кислорода, магния и кальция в раковинах и других минерализованных фрагментах ископаемых морских беспозвоночных животных позволяет установить даже абсолютное значение температуры морских вод.