Эпохи эпейрогенеза отличаются более резкими климатическими поясами, в то время как в эпохи спокойствия земной коры почти на всей поверхности земного шара господствовал влажный теплый климат.
К концу эпох эпейрогенеза несколько раз в истории нашей планеты появлялись обширные оледенения, охватывавшие громадные области. Следы этих оледенений в виде масс моренных отложений — глин с валунами или в виде сглаженных, срезанных и исцарапанных поверхностей скал — мы находим уже в древнейшие периоды истории Земли, еще не датированные органическими остатками. Такие же следы обнаружены в самом начале датированной истории жизни в древнекембрийских отложениях и снова в середине палеозойской эры (верхний силур). В конце палеозойской зры и к концу крупной герцинской эпохи эпейрогенеза существовало огромное оледенение, охватившее все материки Южного полушария — Австралию, Антарктиду, большую часть Африки, Южную Америку и распространившееся на Индию.
К концу последней эпохи эпейрогенеза — альпийской — вновь началось большое оледенение, покрывшее мощными ледниками большую часть материков Северного полушария. Это оледенение было геологически недавно; с территории европейской части СССР ледники, доходившие до Черного моря, исчезли около 75 тыс. лет назад. В эту эпоху уже существовал человек и мы, собственно, живем еще в момент окончания этого периода оледенения. Льды Арктики, мощные ледяные покровы Гренландии и антарктического материка — это последние остатки когда-то распространенного ледяного покрова. Поэтому климат нашего времени с его морозами в умеренном поясе, полярными холодами нельзя считать нормальным. Геологическая летопись показывает, что для Земли гораздо более свойствен теплый климат, и эпохи теплого климата были несравненно продолжительнее эпох похолодания.
Через 100 тысяч лет наши потомки будут пользоваться гораздо более приятным климатом, а в нашей стране будут расти пальмы, бананы, ананасы и другие тропические растения.
Помимо указанной периодичности геологических процессов, намечаются другие изменения, постепенно все более усиливающиеся в ходе геологической истории. Таково постепенное увеличение скорости отложения осадков, возрастающей с течением геологического времени. Это ускорение осадкообразования есть результат того, что общая резкость эпейрогенеза — поднятий материков — непрерывно возрастает во времени. Материки делаются выше, а океанические впадины глубже. Вместе с этим происходит сокращение областей длительного опускания, ранее накапливавших колоссальные массы морских осадков. Движениями земной коры осадочные слои этих областей были смяты в складки, подняты в виде гор и вошли в состав материков. Эти области опускания делались все меньше и в современном состоянии земной поверхности занимают незначительное место в сравнении с огромным распространением в древние периоды истории Земли.
Очевидно, что геологические процессы, формирующие великую книгу природы, претерпевают определенную эволюцию и вместе с ними изменяется и характер геологической летописи. Земная кора, как и жизнь на ней, развивается, переходя постепенно к новым формам устойчивости, к новым формам существования.
Причины постепенного изменения характера геологических процессов, как и причины смены эпох эпейрогенеза, спокойствия и возникновения оледенений, чрезвычайно интересуют современную научную мысль. Десятки самых разнообразных теорий пытаются объяснить эволюцию земной коры и примирить противоречия, имеющиеся в фактическом материале геологической практики.
Считают, что прежде сила солнечного излучения была гораздо значительнее и больше была скорость вращения нашей планеты. Равным образом существуют теории смещения полюсов, отрыва луны, удара луны, изменений наклона земной оси. Большое значение по-прежнему придается теории передвижения материков.
Основным недостатком всех этих теорий, так же как и в объяснении тектонических явлений, служит привлечение внешних сил из космоса.
Фактический материал, даваемый геологической летописью, противоречит всякому значительному изменению космической обстановки.
Астрономическая наука отвергает колоссальные изменения в существовании Земли как планеты. Достаточно точные данные астрофизики определенно указывают на то, что сила солнечного излучения не подверглась существенным изменениям за все время существования геологической летописи.
Остатки древнейших животных и растений, в особенности наземных, показывают, что эти сложные и нежные организмы ничем не отличаются в общих, главных принципах своего устройства от современных, и, следовательно, физические условия нашей планеты в основных своих выражениях — давлении, солнечном излучении, силе тяжести, характере атмосферы — вполне соответствовали современным. Строение осадочных пород самых ранних страниц летописи не показывает значительных отклонений от современных типов осадков, следовательно, говорит о том же.
Мы видим выше, что сила солнечного излучения и сила тяжести представляют собою основные движущие силы механизма геологических процессов. Если эти силы заметно не изменялись, то значит претерпела изменения третья главная составляющая сила — колебательные, тектонические движения земной коры, обусловленные физико-химическими процессами в глубинах нашей планеты. По-видимому, именно это и является причиной изменения характера геологических процессов. Мы не знаем еще, какие изменения вещества; происходят в глубинах Земли и можем только предполагать, что они связаны, с одной стороны, с переходом вещества из одних молекулярных форм в другие и, с другой стороны, с процессами радиоактивности и вообще превращениями элементов. Дальнейшие успехи физико-химии и физики атома, безусловно, прольют свет на эти недоступные нам сейчас стороны существования нашей планеты.
Несколько особняком стоит вопрос о громадных оледенениях, периодически повторяющихся в истории Земли, Но и для объяснения этих явлений можно обойтись без привлечения каких-то особенных катастрофических перемен.
Экспериментальные исследования показали, что самое наличие больших, высоко поднятых материковых площадей среди океанов создает условия для повышенной влажности климата и может привести к образованию оледенения. Вспомним, что все периоды оледенений совпадают с конечными, максимальными этапами эпох эпейрогенеза, эпох усиления материковых поднятий и это совпадение, конечно, не случайно. С другой: стороны, имеются астрономические причины, обусловливающие существование периодов известного похолодания.
В небольшой брошюре мы не имеем возможности подробно разобрать эти причины. Перечислим их коротко: a) наклон круга, по которому движется Солнце (эклиптика), колеблется каждые 40 тыс. лет на 2,5° и в зависимости от этого изменяется продолжительность и сила действия солнечных лучей в высоких широтах; b) колебание земной оси, в результате которого получается предварение равноденствий, с периодом в 20 тыс. лет; c) эксцентриситет земной орбиты, обусловливающий то удаление, то приближение к Солнцу, меняется с периодом в 91 тыс. лет, соответственно с чем изменяется длина летних полугодий в южном и северном полушариях и, наконец, d) колебания полюсов, или нутация, периодически достигающие известного максимума.
Астрономические вычисления показали, что, хотя в деятельности каждый из перечисленных фактов имеет сравнительно малое значение для климата нашей планеты, но в случае совпадения всех факторов влияния астрономических причин вполне достаточно для образования ледяных покровов, тем более если оно совпадает с периодом поднятия материков и переменами в океанических течениях. Так, астрономы вычислили длительность последнего оледенения, начавшегося около миллиона лет тому назад, и установили четыре периода максимального развития ледников. Эти вычисления точно совпали с данными геологов.
Неполнота геологической летописи
С изучением великой книги природы все более ясно вырисовывается перед нами грандиозная картина постепенных превращений поверхности Земли как единый, но многосторонний процесс смены поднятий и опусканий, размывов и осадконакоплений, переноса и отложения.
Органический мир нашей планеты также участвовал в ходе изменений, изменяясь сам. Живые существа, обитающие на поверхности нашей планеты и образующие ее живую оболочку, подчиняются тем закономерностям и процессам, которые действуют в этой оболочке — биосфере. Но их остатки, преимущественно твердые — кости, зубы, раковины, древесина, попадают в рыхлые осадки, которые затвердевают, превращаясь в осадочные горные породы: песчаники, известняки и глины. Окаменевая, или, как говорят, фоссилизируясь, остатки животных или растений становятся составными частями горных пород. Следовательно, превращаясь в окаменелости, живые организмы из составных частей биосферы (живой оболочки Земли) становятся частями каменной оболочки Земли (литосферы) и подчиняются закономерностям геологических процессов.
Без познания закономерностей образования геологической летописи нельзя раскрыть до конца эволюцию органического мира. Нельзя понять ни закономерностей сохранения остатков животных и растений, ни подлинного значения доходящих до нас документов.
Огромные пробелы в напластованиях горных пород, отсутствие прямых связей между различными ископаемыми животными и растениями, как бы внезапно появляющимися и также внезапно исчезающими, неизбежно приводили к теории катастроф и признанию актов многократного творения жизненных форм, т. е. к идеалистическому отрицанию эволюционного процесса.
Теперь известно, что неполнота, пробелы в документации истории Земли и жизни возникли закономерно как следствие геологических процессов. Еще в 1940 году было намечено новое направление в исторической геологии и палеонтологии, названное «тафономией» или учением о закономерностях захоронения органических остатков в слоях осадочных пород, а также закономерностях сохранения самих пород в течение геологического времени.
С самых первых шагов исследований, еще в 20-х годах нашего столетия, мы столкнулись с полной загадочностью в вопросах образования очень немногих, тогда мало известных на территории СССР мест залегания окаменелых остатков древнейших наземных позвоночных или, как их называют геологи, местонахождений. Постепенно, год за годом росло число местонахождений, открывались новые животные и целые фауны на разных уровнях геологического времени. В Астраханской области, на горе Богдо, удалось найти остатки древнейших земноводных — стегоцефалов. Эти остатки залегали в известняках, образовавшихся на дне илистой морской бухты триасового времени, около 150 млн. лет тому назад.
Земноводные не могут жить в морской воде, от воздействия соленой воды на их незащищенную кожу нарушается обмен веществ и животные погибают. Значит, остатки земноводных были принесены в морскую бухту откуда-то издалека. Следовательно, мало найти ископаемых в той или другой породе, надо еще понять, как они туда попали, чтобы решить, жили они здесь же или попали сюда далекими странниками. Странниками живыми или мертвыми?
Два последующих года пришлось посвятить изучению северных районов европейской части Союза. Здесь нам повезло, удалось открыть богатейшие местонахождения хорошо сохранившихся древнейших земноводных. Черепа и кости этих животных, хотя и заключенные в твердый песчаник, оказались так прочны и свежи, что можно было, очистив их от породы, изучать как скелеты ныне живущих животных.
Материалы эти впоследствии позволили ленинградскому анатому профессору А. П. Быстрову и мне написать книгу по анатомии древних земноводных, в которой строение скелета столь древних животных было разобрано с небывалой полнотой.
Но самым поразительным было то, что пласт серого песчаника, содержавший кости этих земноводных, оказался распространенным на огромной площади в тысячи квадратных километров от Мезени до Унжи и от Северной Двины до Дона. Колоссальное количество животных было захоронено здесь 170 миллионов лет назад в какой-то относительно короткий промежуток времени. Таким образом, оказалось, что палеонтологические остатки животных столь большой древности, вовсе не являются величайшей редкостью как это нам представлялось ранее. Наоборот, эта гигантская область захоронения — «поле смерти», по своим масштабам соизмерима с крупными геологическими процессами.
Еще более убедительным было исследование скоплений остатков динозавров в Средней Азии. Динозавры — гигантские ящеры, господствовавшие на Земле в мезозойскую эру (эру средней жизни) в период от 120 до 60 миллионов лет назад. Их громадные кости, перепутанные, изломанные и беспорядочно смешанные с крупной. галькой, образуют местами, (вдоль северных подножий Тянь-Шаня) «костяные гряды», в которых залегают сотни тысяч тонн (в гряде Бозабы в низовьях р. Чу миллионы тонн) костей, принадлежавших многим миллионам животных. Если добавить, что подобные скопления, по существу, являются остаточными, уцелевшими от размыва когда-то бывших еще больших скоплений, целых скелетов, то «геологические» масштабы процессов образования местонахождений станут очевидными.
С накоплением опыта изучения местонахождений очень скоро стало ясным, что понять, как образуются местонахождения ископаемых животных без знания и тонкого понимания геологии, невозможно.
Необходимо было вести сопряженные геолого-палеонтологические исследования в местах, где находились интересные местонахождения ископаемых животных. Из них для понимания строения осадочных отложений, вмещающих остатки древнейших позвоночных, особенно много дали работы по пермским красноцветным материковым отложениям Приуралъя. Два года я лазил по заброшенным подземным выработкам старинных рудников, в которых еще в конце XVIII и в начале XIX века наши наблюдательные горняки находили кости интереснейших ящеров, самых древних, какие только были найдены на территории Советского Союза. На стенках в заброшенных рудниках прослеживались мельчайшие подробности напластования пород, расшифровывались процессы их отложения, восстанавливались направления струй древних потоков. И вместе с этим накапливалось все больше сведений для палеонтологии: не только как залегают в породах ископаемые остатки, но и почему они залегают так, а не иначе.
В дальнейшем, с развитием советской науки благодаря возросшим материально-техническим возможностям палеонтологи смогли проводить большие раскопки. Так было раскопано Ищеевское местонахождение — остаток дельты реки, протекавшей на территории Татарии 200 млн. лет назад. В песках этой дельты было найдено множество костей скелетов крупных пресмыкающихся: первых растительноядных ящеров; грызуноподобных ящеров; хищников с огромными зубами; необычайных животных, обладающих одновременно строением земноводных и пресмыкающихся; древних акул; крупных рыб, похожих на нынешних сазанов, но еще более плоских и покрытых толстой эмалевой чешуей.
В Кировской области пробили целую подземную штольню, врезавшуюся в угол древней лагуны, куда были снесены остатки тысяч древних земноводных и рыб, захороненных в крепком белом известняке. На горе у г. Белебея было раскопано болото двухсотмиллионолетней давности, куда потоки во время когда-то бывшего половодья занесли остатки мелких ящеров и крупных крокодилообразных земноводных. И еще другие местонахождения вскрывались широкими площадками; строение их, до той поры загадочное, становилось все более ясным, особенно после дополнительных геологических исследований.
Полученные первые наблюдения помогли понять закономерности образования скоплений ископаемых остатков. Стало ясным, что окаменелости образуются не повсюду в пластах осадочных горных пород, а только там, где во время отложения этих пород были условия приноса остатков не живших на этом месте животных. Для животных или растений, обитавших на месте отложения осадков, их остатки переходили в окаменелости только там, где были условия для их сохранения.
После анализа этих процессов стало ясно, что видовой состав животных и растений, залегающих в данном слое, зависит в очень большой степени от скорости текучей воды, приносившей породу вместе с остатками. Видовой состав животных или растений, живших на месте отложения, зависит больше всего от скорости отложения осадка и его затвердения. Оказалось, что остатки животных и растений не представляют собой исключительной редкости, их присутствие в отложениях закономерно.