Эти и другие закономерности, выявленные при геологическом изучении местонахождений, позволили сделать важное для палеонтологии и геологической практики заключение: вся совокупность остатков животных и растений, найденная в слоях одного геологического времени, не является сколько-нибудь полным отражением животного и растительного мира этого времени. Она получена в результате преобладавших в то время противоречивых процессов отложения и размыва, накопления и разрушения. Наши представления об органическом мире прошлого всегда должны учитывать эту крупную поправку.
Другой поправкой, имеющей важное значение, является понимание того, что материалом для образования окаменелостей служат только наиболее многочисленные виды, а представители редких видов исчезают из геологической летописи. Поэтому палеонтология дает нам только те виды животных и растений, которые были наиболее процветающими в данный отрезок времени, и только те, которые жили вблизи областей отложения. Ни позвоночные, ни насекомые не захороняются в условиях своей жизни потому, что места, где образуются осадочные породы, удалены от непосредственных мест обитания животных. Не следует смешивать этих особенностей захоронения с вторичным залеганием палеонтологических остатков, подвергнутых перемещению уже после своего захоронения.
Иная картина захоронения донных беспозвоночных в море. Эти неподвижные животные или животные с ограниченными возможностями передвижения действительно обитали там, где захоронялись. Однако их массовая гибель и захоронение, как правило, вызывались изменением в накоплении осадков. На месте обитания животных отлагались не те осадки, которые могли бы характеризовать среду обитания. Остатки беспозвоночных животных тоже залегают в отложениях, характерных для их гибели, а не для обитания, с той лишь разницей (от позвоночных), что находятся они непосредственно на месте своей жизни.
Все эти наблюдения пригодны для прогноза находок органических остатков, не только окаменелостей, но и тех, которые имеют первостепенное экономическое значение — угля, фосфоритов. Понимание хода накопления органического вещества, исходного для образования нефти, газа, облегчается с помощью тафономических закономерностей (захоронение органических остатков в горных породах).
Положения тафономии еще не были опубликованы, как их пришлось применить в практике палеонтологических исследований в Центральной Азии.
Большая палеонтологическая экспедиция Академии наук СССР должна была проверить сведения о местонахождениях наземных животных, обитавших на материке, который был на территории Центральной Азии и особенно Монгольской Народной Республики 70 млн. лет назад, и организовать раскопки. Проводившие здесь в 20-х годах исследования американские палеонтологи пришли к заключению, что центрально-азиатский мезозойский материк был, как и сейчас, пустыней, страной с бедным растительным и животным миром. Между тем находки отдельных обломков костей, произведенные советскими исследователями в разных местах Монгольской Народной Республики, говорили о широком распространении местонахождений динозавров и древних крупных млекопитающих.
Применение тафономии позволило уже заранее сделать вывод: поскольку захороняются и переходят в окаменелости только многочисленные, преобладающие виды животных, то это говорит о большой численности их данную эпоху существования.
Но если их было много, то предположение о пустынности Монголии во время жизни динозавров должно быть отброшено, ибо для этих гигантских животных должна была существовать обильная и постоянная кормовая база из богатой растительности, невозможная в пустынной стране.
Так родилось предположение, протнвоположное взглядам американских ученых, что Центральная Азия в меловой период была заболоченной низменностью с множеством воды и богатейшей растительностью. Но отсюда следовало, что в такой стране должны были существовать и самые громадные динозавры, до сих пор там еще не найденные. Исследования и раскопки Монгольской экспедиции подтвердили все эти предположения. Удалось открыть громадные кладбища колоссальных динозавров — растительноядных, хищных, панцирных, найти множество черепах, крокодилов, большие кладбища древнейших болотных млекопитающих более позднего времени.
Среди динозавров оказались виды исполинских зауропод, обитавших на морских побережьях. Также были найдены раковины моллюсков, крупные черепахи морского типа.
Итак, вместо предсказываемой пустыни в Монголии существовала огромная заболоченная низменность в непосредственной близости от моря. Остатки болотных лесов были обнаружены почти повсеместно. Успехи монгольской экспедиции показали, что новое направление в палеонтологии и исторической геологии намечено в общем верно.
Почти до середины нашего века особенно в зарубежной геологии процессы, разрушающие слои горных пород, стирающие и уничтожающие листы геологической летописи, почти не подвергались исследованию. Тем самым неполнота геологической летописи не могла быть раскрытой и оставалась неким символом, удобным для прикрытия слабо обоснованных построений как в исторической геологии, так и в палеонтологии. Только у нас профессор М. М. Тетяев первым обратил внимание на диалектическое единство геологических явлений.
Сформулируем основные выводы:
1. Теперь известно, что геологическая летопись получается в результате непрерывного, но противоречивого процесса накопления и уничтожения.
2. Неполнота геологической летописи закономерна и стоит в прямой связи с колоссальной длительностью геологического времени.
3. За сотни миллионов лет, протекших со времени образования первых глав великой книги природы, очень большое количество уже отложенных осадочных толщ было поднято на поверхность материков и уничтожено денудацией. Можно прямо сказать, что чем более древни листы и главы геологической летописи, тем больше они повреждены временем.
Эта разрушительная роль времени далеко не всегда ясно осознается исследователями и еще меньше осознается, что разрушение осадочных пород все время идет по определенному пути, избирательно уничтожая осадки определенных категорий, определенных фаций.
Очевидно, что в ходе геологических процессов преимущественно сохраняются большие массы осадочных толщ — результаты длительного накопления на больших пространствах. Все маленькие области осадконакопления, отложившие небольшие слои пород, исчезают в чудовищно длительном круговороте изменений поверхности Земли.
Поэтому в геологической летописи преимущественно избирательно сохраняются одни типы осадков, или фации, и также избирательно выпадают другие. Исходя из этих соображений, нетрудно представить, что из наиболее древних листов геологической летописи должны выпасть все материковые отложения, а также пространственно небольшие отложения бухт, заливов, прибрежных отложений и отложений мелкого моря.
В более поздних листах геологической летописи, скажем, относящихся к концу палеозойской или началу мезозойской эры, могут сохраниться не только морские и прибрежные осадки, но и отложения больших озер, дельт (устьев) рек, т. е. уже часть материковых фаций. Еще позже, от конца мезозойской эры и начала кайнозойской, могут дойти до нас уже более разнообразные материковые отложения и все мелкие морские.
Именно с такими соотношениями мы сталкиваемся в действительности. Мы не знаем материковых осадков в геологической летописи древнепалеозойских отложений (500 — 600 млн. лет назад). От этого времени сохранились только огромные толщи морских отложений. В верхнем палеозое (300 — 200 млн. лет назад) известны уже типичные дельтовые материковые отложения и отложения больших материковых впадин, а также отмечено разнообразие мелководных морских осадков. В мезозойскую эру (100 миллионов лет назад) и особенно в кайнозойских (50 миллионов лег назад) отложениях разнообразие сохранившихся отложений еще более возрастает.
Таким образом, из противоречивого процесса образования геологической летописи, создающего, с одной стороны, все новые слои, а с другой — разрушающего старые, выявлена относительность значения ее документов.
Поэтому, если мы не нашли материковых отложений в летописи древнего палеозоя, это еще не доказывает отсутствия в то время материков. Если не обнаружены разнообразные материковые осадки в верхнем палеозое, то и этот факт не может служить указанием на особенный характер материков того времени, их очень низкое расположение в отношении уровня морей.
Данная избирательность сохранения ископаемых остатков древней жизни сильнейшим образом отзывается на полноте наших представлений о многообразии и изменчивости животных и растений прошлых геологических эпох.
За сотни миллионов лет сменились триллионы поколений жнвотиых и растений. Это неисчислимое количество живых существ обусловило накопление колоссальных биомасс, частично перешедших в летопись, и дало возможность создания общей картины развития жизни на Земле. Несмотря ни на что, общее количество сохранившихся ископаемых остатков чудовищно велико.
Новые методы исторической геологии
Одно и то же явление существенно изменяет свой характер в зависимости от времени, в котором оно протекает, и это особенно важно тогда, когда мы имеем дело с геологическим или астрономическим временем огромной длительности.
Самый простой способ определения геологического времени при помощи палеонтологии — по остаткам ископаемых животных и растений неточен и страдает многими существенными недостатками.
Применение новейших методов физики и химии в исторической геологии составляет главный стержень будущего этой науки и прежде всего открывает новые возможности в измерении геологического времени.
Уже довольно давно известен способ исчисления абсолютного геологического времени по радиоактивному распаду содержащихся в некоторых редких минералах урана или тория и превращения их или радия в свинец и гелий. Этот способ дал возможность впервые вычислить возраст Земли и грубо определить относительную длительность важнейших периодов геологической истории земной коры.
С дальнейшим развитием физики выяснилось, что почти каждый химический элемент имеет по несколько изотопов — разновидностей с одинаковыми зарядами ядер. Многие изотопы радиоактивны и могут служить для измерения абсолютного времени по скорости своего распада. Уже применяются и служат проверкой урановых геологических часов изотопы калия, рубидии и углерода.
Но радиоактивные вещества распадаются с различной скоростью. Поэтому, если время их возникновения, появления в данной горной породе, морском осадке, животных или растительных остатках было не настолько древним, чтобы элемент мог успеть нацело распасться, мы можем измерять с довольно большой точностью разные отрезки геологического времени.
Например, радиоактивный C 14, возникающий под воздействием космического излучения в верхних слоях атмосферы из обычного C 12, распадается наполовину или, как говорят физики, обладает периодом полураспада в 18 тыс. лет. Очевидно, что этим изотопом мы можем измерять время геологически недавнее, а исторически очень древнее. Так, с помощью анализов был установлен возраст костей мастодонтов, древесины в ископаемых торфяниках, предметов материальной культуры человека разных народов и времен, вещей в гробницах фараонов, зерен пшеницы из Вавилона и т. д. Полученные цифры показали малое расхождение с историческими свидетельствами, например, с датами древнеегипетской истории, вычисленными астрономически по указаниям на затмения Солнца, луны и восхождения звезд.
Радиоактивный изотоп ионий обладает периодом полураспада в 300 тыс. лет и может послужить для измерения геологических отложений позднечетвертичного времени. С помощью иония ведутся любопытные работы по определению возраста осадков на дне ряда морей и океанов, показавшие, как относительно недавно появились некоторые океанские образования.
Как бы ни были еще несовершенны эти методы, очевидно, что за ними огромное будущее. С развитием физико-химических исследований удастся подобрать большое количество изотопов с самыми различными периодами полураспада, с помощью которых мы измерим геологическое время в разных эпохах прошлого Земли. Значение этого для познания истории Земли и жизни не требует пояснения.
Не только время может быть измерено при помощи радиоактивных изотопов. Изотопический состав какого-либо элемента, иными словами, процентное соотношение разных его изотопов в каком-либо минеральном образовании (руде, горной породе и т. п.) может многое сказать нам об условиях, в которых образовывался минерал.
Недавно разработан способ определения температуры окружающей среды по содержанию радиоактивного изотопа O 18. Пользуясь этим, еще ждущим дальнейшего усовершенствования методом, мы можем, например, по ископаемым раковинам моллюсков, некогда обитавших в древнем море, установить его температуру. Нет сомнения, что физические методы определения времени, температуры, даже освещенности и давления будут сильно усовершенствованы. Тогда отложения горных пород и окаменелые палеонтологические остатки заговорят для нас совершенно иным языком — не косвенных сопоставлений и удачных догадок, а прямыми указаниями на период времени и общие физические условия, при которых они формировались.
Такова роль физики радиоактивных веществ и вообще физико-химии изотопов в будущем для геологии. Но не только этот раздел физики приобретает важное значение для познания нашей планеты. Разнообразные геофизические исследования уже сейчас подходят к решению больших задач геологии. Пока единственным способом познания глубин Земли является изучение преломления и отражения поперечных сейсмических волн. Эти колебания земной массы возникают в результате землетрясений и, пронизывая всю толщу земли, ведут себя по-разному на разных глубинах. По характеру прохождения волн можно судить о физическом состоянии и строении вещества, залегающего в недоступных недрах планеты на глубинах в тысячи километров. Можно производить искусственные сильные сотрясения с образованием поперечных сейсмических волн путем взрывов.
Менее глубокие зоны земной коры изучаются другими способами. Наблюдения над качанием очень чувствительных маятников, тщательно изолированных от всех внешних воздействий, устанавливают разницу между силой тяжести, вернее, ускорением силы тяжести в различных участках земной коры. По этому мы можем судить о различной плотности и других свойствах пород, образующих земную кору на глубинах до 120 км. Такие же и еще большие глубины достижимы для электрических зондирований земной коры постоянным током, которые также подводят нас к представлению о строении пород в основании гранитного слоя. Методы электрического и маятникового исследования еще несовершенны, однако дальнейшая работа в этом направлении обещает интересные открытия.
Еще в 1944 году я написал фантастическую повесть «Тень минувшего», высказав в ней, казалось, совершенно невозможную идею о существовании световых отпечатков-фотографий на поверхности различных слоев земной коры. Прослеживая отпечатки и перенося их на обычную фотографию, герой повести, ученый Никитин, получил изображения неслыханной древности — берега силурийского моря, каменноугольного болота, гигантского хищного динозавра…
Через два года оказалось, что идея отпечатков на поверхности горных пород не столь уже «безумна», так как физиком Габором была разработана теория голографии, т. е. как раз получение изображений в натуральных цветах без помощи фотоаппаратов и пластинок. Практическая неосуществимость голографии (как и «теней минувшего» в моей повести) вызывалась отсутствием в те годы достаточно мощного источника света. Теперь, с изобретением лазера, голография становится осуществимой, и кто может поручиться, что несколько лет спустя геологи в самом деле не станут, проявлять «тени минувшего» в осадочных горных породах,
К физическим исследованиям Земли как планеты, небесного тела примыкает астрофизика. Изучение развития разновозрастных планет, звезд, метеоритов дает нам возможность в известной мере восстановить ту часть истории Земли, которая не записана в геологической летописи — слоях земной коры и относится к эпохе начального образования Земли.