Геологическая эра являющаяся возникновения современной растительности. Геологические эры. Образование современных гор и морей

Термин «антропоцен» был введен Юджином Стормером еще в середине 1980-х, но популярность он приобрел благодаря специалисту по химии атмосферы, нобелевскому лауреату Паулю Крутцену. В начале XXI века и само представление об антропоцене, и его обоснование было с воодушевлением принято экологическим сообществом в США, Евросоюзе и ряде других стран, что сделало вопрос не только научным, но и политическим.

Наука и политика

В самом деле, если мы определим границу антропоцена на геологических картах, изменения будут небольшими. Но признание его научным сообществом усилит позиции борцов за охрану природы, станет новым доводом в пользу Парижского соглашения о климате 2015 года и подтвердит, что влияние человека на планету — неоспоримый факт.

Чем характеризуется наступление новой геологической эпохи? Несколько признаков выделяют антропоцен на фоне предыдущей истории Земли. Начиная с середины ХХ века в отложениях присутствуют следы ядерных и термоядерных взрывов. Радионуклиды (плутоний-239, цезий-137, стронций-90) фиксируются по всему миру. Полураспад самого долгоживущего из них, плутония-239, длится около 24 тысяч лет.

Самые резкие изменения начались после 1950 года: скачок наблюдается и в экономическом развитии, и во влиянии на биосферу планеты в целом.

Надолго могут сохраниться и другие характерные следы антропоцена. Содержание углекислого газа в атмосфере растет из-за сжигания ископаемого топлива. Появляются и накапливаются не существовавшие ранее материалы — железобетон, пластики, металлический алюминий, многие сорта стекла. Почвы загрязняются фосфатами и другими минеральными удобрениями, человек вырубает леса и распахивает степи. Происходит массовое вымирание.

На границе вымирания

В истории Земли было уже несколько очень крупных вымираний. Их следы в породах легко определить: нижний пласт, крайне богатый окаменелостями, перекрывается следующим, в котором их практически нет, а если и есть, то уже совершенно другие. Естественно, что такие явные переходы служат удобными границами для разделения эпох.

Первое зафиксированное массовое вымирание, ордовикско-силурийское, произошло около 440 млн лет назад. Девонское вымирание положило начало каменноугольному периоду. Самое знаменитое вымирание, мел-палеогеновое, около 65 млн лет назад стоило жизни динозаврам. Но можно ли назвать вымиранием происходящее сейчас?

Считается, что человек уже поспособствовал опустыниванию Сахары, исчезновению мамонтов и других представителей ледниковой фауны. Но этот процесс далеко не закончен: по данным WWF, Всемирного фонда дикой природы, за последние 40 лет общее количество животных сократилось на 60%. За пару десятилетий разнообразие островных бабочек упало на 71%, птиц — на 56%, растений — почти на треть.

Одновременно с этим человек оказывается мощным фактором эволюции для видов, которым удается выжить в новом мире. Например, широкий отлов и отстрел животных направлен прежде всего на самых крупных особей. Небольшой зверек, мелкая рыба имеют больше шансов выжить, что запускает ранее не существовавшие механизмы адаптации. И действительно, в регионах, где разнообразные виды являются объектами охоты или ловли, наблюдается трехкратное ускорение изменений их маркерных признаков — и общее уменьшение размеров.

Палеонтологи будущего наверняка смогут обнаружить в отложениях следы этих процессов. В стратиграфии сохранятся свидетельства и достаточно быстрого, по геологическим понятиям, исчезновения многих видов, и неожиданного их измельчания перед гибелью — граница антропоцена может быть задана этой «чертой вымирания». Но свой отсчет новой эпохе готовы дать и минералы.

Мусор и алмазы

Геолог из Института Карнеги Роберт Хазен подсчитал, что из более чем 5200 описанных современной наукой минералов почти 4% обязаны своим появлением человеку. Одни из них образовались после того, как люди извлекли их из-под земли и на них впервые стали воздействовать факторы эрозии. Другие искусственны уже по своему происхождению: они образуются при разложении мусора или их просто производят на заводах. Многие из таких соединений чрезвычайно инертны и способны сохраняться долго даже по геологическим меркам. Их появление в геологических отложениях тоже можно считать одним из маркеров наступления новой эпохи.

Но и ядерные испытания, начавшиеся в 1940-х, оставили не только рассеянные радионуклиды. Геологи будущего узнают их по характерным остекленевшим полостям в земной коре — следам глубоких подземных ядерных взрывов. Разноцветное «стекло», образовавшееся под действием громадных температур, может просуществовать сотни миллионов лет. Впрочем, не один миллион лет вполне способно сохраняться и обычное бутылочное стекло, устойчивое к действию и кислой, и щелочной сред.

Меньше надежд обнаружить наступление антропоцена дадут стальные и железобетонные конструкции. Они менее устойчивы к колебаниям температур, а самое главное — к воздействию воды. Железо, которое упрочняет бетон, со временем поможет его разрушению, ржавея и подтачивая структуру изнутри. Зато очень долго сохранятся изделия и конструкции из таких металлов, как титан, легированная сталь и других, которые не могли возникнуть на нашей планете естественным путем.

У «времени людей» есть и еще один маркер — это концентрация золота, платины и ограненных драгоценных камней. Один-единственный прихотливо обработанный камень сможет многое рассказать о наших технологиях и культуре. Свалки мусора, отходы промышленности и драгоценности станут с точки зрения минералогии ключевыми свидетельствами начала антропоцена. Если только сами ученые договорятся считать его полноценным периодом геохронологии.

Между веком и эпохой

Признание антропоцена в науке еще далеко не завершено. На данный момент существует лишь положительная рекомендация Рабочей группы по антропоцену, которую будет разбирать стратиграфическая комиссия при Международном союзе геологических наук (IUGS). Лишь этот орган может принимать решения, касающиеся Международной геохронологической шкалы, и он бдительно следит за четкостью и недвусмысленностью ее формулировок.

Специалисты по стратиграфии вырабатывают критерии и принимают решения по определению границ геологических веков, эпох, периодов, эр и эонов. Чтобы они благосклоннее рассмотрели «кандидатуру» антропоцена, рабочая группа озвучила ряд компромиссных вариантов. Например, считая антропоцен новой геологической эпохой, мы должны констатировать конец предыдущей, голоцена. Если же причин пойти на такой шаг будет недостаточно, антропоцен можно назначить событием более низкого уровня — геологическим веком.

По мнению председателя стратиграфической комиссии, профессора Калифорнийского университета в Лонг-Бич Стэнли Финни, говорить о признании антропоцена как стратиграфической единицы еще рано. Даже сторонники принятия этого термина не совсем уверены, от какого момента отсчитывать начало эпохи. Накопление алюминия? Вымирание видов?

Если вымирание плейстоценовой фауны, включая мамонтов и пещерных медведей, мы связываем с деятельностью человека, то не проще ли переименовать голоцен в антропоцен? А если считать от накопления промышленных продуктов, не стоит ли стартовать с XVIII века? Или провести границу по дате первого ядерного испытания? В таком случае антропоцен начался 16 июля 1945 года в 14:29 по московскому времени.

Возникновение Земли и ранние этапы ее становления

Одной из важных задач современного естествознания в области наук о Земле является восстановление истории ее развития . По современным космогоническим представлениям, Земля образовалась из рассеянного в протосолнечной системе газопылевого вещества. Один из наиболее вероятных вариантов возникновения Земли выглядит следующим образом. Вначале образовались Солнце и уплощенная вращающаяся околосолнечная туманность из межзвездного газопылевого облака под влиянием, например, взрыва близкой сверхновой звезды. Далее происходила эволюция Солнца и околосолнечной туманности с передачей электромагнитным или турбулентно-конвективным способом момента количества движения от Солнца планетам. В последующем «пыльная плазма» конденсировалась в кольца вокруг Солнца, а материал колец образовал так называемые планетезимали, которые конденсировались до планет. После этого подобный процесс повторился вокруг планет, что привело к образованию спутников. Считается, что этот процесс занял около 100 млн лет.

Предполагается, что далее в результате дифференциации вещества Земли под действием ее гравитационного поля и радиоактивного нагрева возникли и развились различные по химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам оболочки - геосферы Земли. Более тяжелый материал сформировал ядро, состоящее, вероятно, из железа с примесью никеля и серы. В мантии остались несколько более легкие элементы. Согласно одной из гипотез, мантия сложена простыми оксидами алюминия, железа, титана кремния и др. О составе земной коры уже говорилось достаточно подробно в § 8.2. Она сложена более легкими силикатами. Еще более легкие газы и влага сформировали первичную атмосферу.

Как уже говорилось, предполагается, что Земля родилась из скопления холодных твердых частиц, выпадавших из газопылевой туманности и слипавшихся под влиянием взаимного притяжения. По мере роста планеты она разогревалась вследствие соударения этих частиц, достигавших нескольких сот километров, подобно современным астероидам, и выделения теплоты не только известными нам теперь в коре естественно -радиоактивными элементами, но и более чем 10 вымершими с тех пор радиоактивными изотопами AI, Be, Cl и др. В результате могло происходить полное (в ядре) или частичное (в мантии) плавление вещества. В начальный период своего существования, примерно до 3,8 млрд лет, Земля и другие планеты земной группы, а также Луна подвергались усиленной бомбардировке мелкими и крупными метеоритами. Следствием этой бомбардировки и более раннего соударения планетезималей могло стать выделение летучих и начало образования вторичной атмосферы, так как первичная, состоявшая из газов, захваченных при образовании Земли, скорее всего быстро рассеялась в космическом пространстве. Несколько позже стала формироваться гидросфера. Сформировавшиеся таким образом атмосфера и гидросфера пополнялись в процессе дегазации мантии при вулканической деятельности.

Падение крупных метеоритов создавало обширные и глубокие кратеры, подобные наблюдаемым в настоящее время на Луне, Марсе, Меркурии, где следы их не стерты последующими изменениями. Кратерообразование могло провоцировать излияния магмы с образованием базальтовых полей, подобных покрывающим лунные «моря». Так, вероятно, образовалась первичная кора Земли, которая, однако, не сохранилась на современной ее поверхности, за исключением относительно небольших фрагментов в «более молодой» коре континентального типа.

Эта кора, содержащая в своем составе уже граниты и гнейсы, правда, с меньшим содержанием кремнезема и калия, чем в «нормальных» гранитах, появилась на рубеже около 3,8 млрд лет и известна нам по обнажениям в пределах кристаллических щитов практически всех континентов. Способ образования древнейшей континентальной коры пока во многом неясен. В составе этой коры, повсеместно метаморфизованной в условиях высоких температур и давлений, находят породы, текстурные особенности которых свидетельствуют о накоплении в водной среде, т.е. в эту отдаленную эпоху уже существовала гидросфера. Возникновение первой коры, подобной современной, требовало поступления из мантии больших количеств кремнезема, алюминия, щелочей, в то время как сейчас мантийный магматизм создает очень ограниченный объем обогащенных этими элементами пород. Считается, что 3,5 млрд лет назад на площади современных континентов была широко распространена серогнейсовая кора, названная так по преобладающему типу слагающих ее пород. В нашей стране она, например, известна на Кольском полуострове и в Сибири, в частности в бассейне р. Алдан.

Принципы периодизации геологической истории Земли

Дальнейшие события в геологическое время часто определяются, согласно относительной геохронологии, категориями «древнее», «моложе». Например, какая-то эра древнее некоторой другой. Отдельные отрезки геологической истории называются (в порядке уменьшения их продолжительности) зонами, эрами, периодами, эпохами, веками. Их выявление основано на том факте, что геологические события запечатлеваются в горных породах, а осадочные и вулканогенные породы располагаются в земной коре слоями. В 1669 г. Н. Стеной установил закон последовательности напластования, согласно которому нижележащие пласты осадочных пород древнее вышележащих, т.е. образовались ранее их. Благодаря этому появилась возможность определения относительной последовательности образования слоев, а значит, связанных с ними геологических событий.

Основным в относительной геохронологии является биостратиграфический, или палеонтологический, метод установления относительного возраста и последовательности залегания пород. Этот метод был предложен У. Смитом в начале XIX в., а затем развит Ж. Кювье и А. Броньяром. Дело в том, что в большинстве осадочных пород можно встретить остатки животных или растительных организмов. Ж.Б. Ламарк и Ч. Дарвин установили, что животные и растительные организмы в течение геологической истории постепенно совершенствовались в борьбе за существование, приспосабливаясь к изменяющимся условиям жизни. Некоторые животные и растительные организмы на определенных стадиях развития Земли вымирали, на смену им приходили другие, более совершенные. Таким образом, по остаткам ранее живших более примитивных предков, найденным в каком-нибудь пласте, можно судить об относительно более древнем возрасте данного пласта.

Еще один метод геохронологического расчленения пород, особенно важный для расчленения магматических образований океанического дна, основан на свойстве магнитной восприимчивости горных пород и минералов, образующихся в магнитном поле Земли. С изменением ориентировки породы относительно магнитного поля или самого поля часть «врожденной» намагниченности сохраняется, а смена полярности запечатлевается в изменении ориентировки остаточной намагниченности пород. В настоящее время установлена шкала смены таких эпох.

Абсолютная геохронология - учение об измерении геологического времени, выраженного в обычных абсолютных астрономических единицах (годах), - определяет время возникновения, завершения и длительность всех геологических событий, в первую очередь время образования или преобразования (метаморфизма) горных пород и минералов, так как по их возрасту определяется возраст геологических событий. Основным методом здесь является анализ соотношения радиоактивных веществ и продуктов их распада в горных породах, образовывавшихся в разные эпохи.

Древнейшие породы в настоящее время установлены в Западной Гренландии (3,8 млрд лет). Самый большой возраст (4,1 - 4,2 млрд лет) получен по цирконам из Западной Австралии, но циркон здесь залегает в переотложенном состоянии в мезозойских песчаниках. С учетом представлений об одновременности образования всех планет Солнечной системы и Луны и возраста самых древних метеоритов (4,5-4,6 млрд лет) и древних лунных пород (4,0-4,5 млрд лет) возраст Земли принимается равным 4,6 млрд лет.

В 1881 г. на II Международном геологическом конгрессе в Болонье (Италия) были утверждены основные подразделения совмещенных стратиграфической (для разделения слоистых осадочных пород) и геохронологической шкал. По этой шкале история Земли делилась на четыре эры в соответствии с этапами развития органического мира: 1) архейская, или археозойская - эра древнейшей жизни; 2) палеозойская - эра древней жизни; 3) мезозойская - эра средней жизни; 4) кайнозойская - эра новой жизни. В 1887 г. из состава архейской эры выделили протерозойскую - эру первичной жизни. Позднее шкала совершенствовалась. Один из вариантов современной геохронологической шкалы представлен в табл. 8.1. Архейская эра разделяется на две части: ранний (древнее 3500 млн лет) и поздний архей; протерозойская - также на две: ранний и поздний протерозой; в последнем выделяют рифейский (название произошло от древнего названия Уральских гор) и вендский периоды. Фанерозойский зон подразделяется на палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры и состоит из 12 периодов.

Таблица 8.1. Геохронологическая шкала

Основные этапы эволюции земной коры

Кратко рассмотрим основные этапы эволюции земной коры как косного субстрата, на котором развилось многообразие окружающей природы .

В apxee еще довольно тонкая и пластичная кора под влиянием растяжения испытала многочисленные разрывы сплошности, через которые к поверхности вновь устремилась базальтовая магма, заполнившая прогибы длиной сотни километров и шириной многие десятки километров, известные как зелено-каменные пояса (этим названием они обязаны преобладающему зеленосланцевому низкотемпературному метаморфизму базальтовых пород). Наряду с базальтами среди лав нижней, основной по мощности части разреза этих поясов встречаются высокомагнезиальные лавы, свидетельствующие об очень большой степени частичного плавления мантийного вещества, что говорит о высоком тепловом потоке, намного превышавшем современный. Развитие зеленокаменных поясов заключалось в смене типа вулканизма в направлении увеличения содержания в нем диоксида кремния (SiO 2), в деформациях сжатия и метаморфизме осадочно-вулканогенного выполнения и, наконец, в накоплении обломочных осадков, свидетельствующих об образовании гористого рельефа.

После смены нескольких поколений зеленокаменных поясов архейский этап эволюции земной коры завершился 3,0 -2,5 млрд лет назад массовым образованием нормальных гранитов с преобладанием К 2 О над Na 2 O. Гранитизация, а также региональный метаморфизм, местами достигший высшей ступени, привели к формированию зрелой континентальной коры на большей части площади современных материков. Однако и эта кора оказалась недостаточно устойчивой: в начале протерозойской эры она испытала дробление. В это время возникла планетарная сеть разломов и трещин, заполнявшихся дайками (пластинообразными геологическими телами). Одна из них - Великая дайка в Зимбабве - имеет длину более 500 км и ширину до 10 км. Кроме того, впервые проявилось рифтообразование, давшее начало зонам прогибания, мощного осадконакопления и вулканизма. Их эволюция привела к созданию в конце раннего протерозоя (2,0-1,7 млрд лет назад) складчатых систем, вновь спаявших обломки архейской континентальной коры, чему способствовала новая эпоха мощного гранитообразования.

В итоге к концу раннего протерозоя (к рубежу 1,7 млрд лет назад) зрелая континентальная кора существовала уже на 60- 80% площади ее современного распространения. Более того, некоторые ученые полагают, что на этом рубеже вся континентальная кора составляла единый массив - суперконтинент Мегагею (большая земля), которому на другой стороне земного шара противостоял океан - предшественник современного Тихого океана - Мегаталасса (большое море). Этот океан был менее глубоким, чем современные океаны, ибо рост объема гидросферы за счет дегазации мантии в процессе вулканической деятельности продолжается всю последующую историю Земли, хотя и более медленно. Не исключено, что прообраз Мегаталассы появился еще раньше, в конце архея.

В катархее и начале архея появились первые следы жизни - бактерии и водоросли, а в позднем архее распространились водорослевые известковые постройки - строматолиты. В позднем архее началось, а в раннем протерозое завершилось коренное изменение состава атмосферы: под влиянием жизнедеятельности растений в ней появился свободный кислород, тогда как катархейская и раннеархейская атмосфера состояла из водяного пара, СО 2 , СО, СН 4 , N, NH 3 и H 2 S с примесью НС1, HF и инертных газов.

В позднем протерозое (1,7-0,6 млрд лет назад) Мегагея стала постепенно раскалываться, и этот процесс резко усилился в конце протерозоя. Следами его являются протяженные континентальные рифтовые системы, погребенные в основании осадочного чехла древних платформ. Важнейшим его результатом было образование обширных межконтинентальных подвижных поясов - Северо-Атлантического, Средиземноморского, Урало-Охотского, разделивших континенты Северной Америки, Восточной Европы, Восточной Азии и наиболее крупный обломок Мегагеи - южный суперконтинент Гондвану. Центральные части этих поясов развивались на новообразованной в процессе рифтогенеза океанской коре, т.е. пояса представляли собой океанские бассейны. Их глубина постепенно увеличивалась по мере роста гидросферы. Одновременно подвижные пояса развивались по периферии Тихого океана, глубина которого также возрастала. Климатические условия становились более контрастными, о чем свидетельствует появление, особенно в конце протерозоя, ледниковых отложений (тиллитов, древних морен и водно-ледниковых осадков).

Палеозойский этап эволюции земной коры характеризовался интенсивным развитием подвижных поясов - межконтинентальных и окраинно-континентальных (последние на периферии Тихого океана). Эти пояса расчленялись на окраинные моря и островные дуги, их осадочно-вулканогенные толщи испытывали сложные складчато-надвиговые, а затем сбрососдвиговые деформации, в них внедрялись граниты и на этой основе формировались складчатые горные системы. Этот процесс протекал неравномерно. В нем различают ряд интенсивных тектонических эпох и гранитного магматизма: байкальскую - в самом конце протерозоя, салаирскую (от хребта Са-лаир в Средней Сибири) - в конце кембрия, таковскую (от Таковских гор на востоке США) - в конце ордовика, каледонскую (от древнеримского названия Шотландии) - в конце силура, акадскую (Акадия - старинное название северо-восточных штатов США) - в середине девона, судетскую - в конце раннего карбона, заальскую (от р. Заале в Германии) - в середине ранней перми. Первые три тектонические эпохи палеозоя нередко объединяют в каледонскую эру тектогенеза, последние три - в герцинскую, или варисскую. В каждую из перечисленных тектонических эпох определенные части подвижных поясов превращались в складчатые горные сооружения, а после разрушения (денудации) входили в состав фундамента молодых платформ. Но некоторые из них частично испытывали активизацию в последующие эпохи горообразования.

К концу палеозоя межконтинентальные подвижные пояса полностью замкнулись и заполнились складчатыми системами. В результате отмирания Северо-Атлантического пояса Североамериканский континент сомкнулся с Восточно-Европейским, а последний (после завершения развития Урало-Охотского пояса) - с Сибирским, Сибирский - с Китайско-Корейским. В итоге образовался суперконтинент Лавразия, а отмирание западной части Средиземноморского пояса привело к его объединению с южным суперконтинентом - Гондваной - в одну континентальную глыбу - Пангею. Восточная часть Средиземноморского пояса в конце палеозоя - начале мезозоя превратилась в огромный залив Тихого океана, по периферии которого также поднялись складчатые горные сооружения.

На фоне этих изменений структуры и рельефа Земли продолжалось развитие жизни. Первые животные появились еще в позднем протерозое, а на самой заре фанерозоя существовали почти все типы беспозвоночных, но они еще были лишены раковин или панцирей, которые известны с кембрия. В силуре (или уже в ордовике) начался выход растительности на сушу, а в конце девона существовали леса, получившие наибольшее распространение в каменноугольном периоде. Рыбы появились в силуре, земноводные - в карбоне.

Мезозойская и кайнозойская эры - последний крупный этап развития структуры земной коры, который отмечен становлением современных океанов и обособлением современных континентов. В начале этапа, в триасе, еще существовала Пангея, но уже в раннем юрском периоде она снова раскололась на Лавразию и Гондвану вследствие возникновения широтного океана Тетис, протянувшегося от Центральной Америки до Индокитая и Индонезии, а на западе и на востоке он смыкался с Тихим океаном (рис. 8.6); этот океан включал и Центральную Атлантику. Отсюда в конце юры процесс раздвига континентов распространился к северу, создав в течение мелового периода и раннего палеогена Северную Атлантику, а начиная с палеогена - Евразийский бассейн Северного Ледовитого океана (Амеразийский бассейн возник раньше как часть Тихого океана). В итоге Северная Америка отделилась от Евразии. В поздней юре началось формирование Индийского океана, и с начала мела стала раскрываться с юга Южная Атлантика. Это означало начало распада Гондваны, существовавшей как единое целое в течение всего палеозоя. В конце мела Северная Атлантика соединилась с Южной, отделив Африку от Южной Америки. Тогда же Австралия отделилась от Антарктиды, а в конце палеогена произошло отделение последней от Южной Америки.

Таким образом, к концу палеогена оформились все современные океаны, обособились все современные континенты и облик Земли приобрел вид, в основном близкий к нынешнему. Однако еще не было современных горных систем.

С позднего палеогена (40 млн лет назад) началось интенсивное горообразование, достигшее кульминации в последние 5 млн лет. Этот этап становления молодых складчато-покровных горных сооружений, образования возрожденных сводово-глыбовых гор выделяют как неотектонический. Фактически неотектонический этап является подэтапом мезозойско-кайнозойского этапа развития Земли, так как именно на этом этапе оформились основные черты современного рельефа Земли, начиная с распределения океанов и континентов.

На этом этапе завершилось формирование основных черт современной фауны и флоры. Мезозойская эра была эрой пресмыкающихся, млекопитающие стали преобладать в кайнозое, а в позднем плиоцене появился человек. В конце раннего мела появились покрытосемянные растения и суша приобрела травяной покров. В конце неогена и антропогене высокие широты обоих полушарий были охвачены мощным материковым оледенением, реликтами которого являются ледниковые шапки Антарктиды и Гренландии. Это было третье крупное оледенение в фанерозое: первое имело место в позднем ордовике, второе - в конце карбона - начале перми; оба они были распространены в пределах Гондваны.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

Что такое сфероид, эллипсоид и геоид? Каковы параметры принятого в нашей стране эллипсоида? Зачем он нужен?

Каково внутреннее строение Земли? На основании чего делается заключение о ее строении?

Каковы основные физические параметры Земли и как они изменяются с глубиной?

Каков химический и минералогический состав Земли? На основании чего делается заключение о химическом составе всей Земли и земной коры?

Какие основные типы земной коры выделяют в настоящее время?

Что такое гидросфера? Что такое круговорот воды в природе? Какие основные процессы происходят в гидросфере и ее элементах?

Что такое атмосфера? Каково ее строение? Какие процессы происходят в ее пределах? Что такое погода и климат?

Дайте определение эндогенных процессов. Какие эндогенные процессы вы знаете? Кратко их охарактеризуйте.

В чем заключается сущность тектоники литосферных плит? Каковы ее основные положения?

10. Дайте определение экзогенных процессов. В чем основная сущность этих процессов? Какие эндогенные процессы вы знаете? Кратко их охарактеризуйте.

11. Как взаимодействуют эндогенные и экзогенные процессы? Каковы результаты взаимодействия этих процессов? В чем сущность теорий В. Дэвиса и В. Пенка?

Каковы современные представления о возникновении Земли? Как происходило ее раннее становление как планеты?

На основании чего производится периодизация геологической истории Земли?

14. Как развивалась земная кора в геологическом прошлом Земли? Каковы основные этапы развития земной коры?

ЛИТЕРАТУРА

Аллисон А., Палмер Д. Геология. Наука о вечно меняющейся Земле. М., 1984.

Будыко М.И. Климат в прошлом и будущем. Л., 1980.

Вернадский В.И. Научная мысль как планетарное явление. М., 1991.

Гаврилов В.П. Путешествие в прошлое Земли. М., 1987.

Геологический словарь. Т. 1, 2. М., 1978.

Городницкий A . M ., Зоненшайн Л.П., Мирлин Е.Г. Реконструкции положения материков в фанерозое. М., 1978.

7. Давыдов Л.К., Дмитриева A.A., Конкина Н.Г. Общая гидрология. Л., 1973.

Динамическая геоморфология /Под ред. Г.С. Ананьева, Ю.Г. Симонова, А.И. Спиридонова. М., 1992.

Дэвис В.М. Геоморфологические очерки. М., 1962.

10. Земля. Введение в общую геологию. М., 1974.

11. Климатология / Под ред. O.A. Дроздова, Н.В. Кобышевой. Л., 1989.

Короновский Н.В., Якушева А.Ф. Основы геологии. М., 1991.

Леонтьев O.K., Рычагов Г.И. Общая геоморфология. М., 1988.

Львович М.И. Вода и жизнь. М., 1986.

Маккавеев Н.И., Чалов P.C. Русловые процессы. М., 1986.

Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Общая гидрология. М., 1991.

Монин A.C. Введение в теорию климата. Л., 1982.

Монин A.C. История Земли. М., 1977.

Неклюкова Н.П., Душина И.В., Раковская Э.М. и др. География. М., 2001.

Немков Г.И. и др. Историческая геология. М., 1974.

Неспокойный ландшафт. М., 1981.

Общая и полевая геология / Под ред. А.Н. Павлова. Л., 1991.

Пенк В. Морфологический анализ. М., 1961.

Перелъман А.И. Геохимия. М., 1989.

Полтараус Б.В., Кислое A.B. Климатология. М., 1986.

26. Проблемы теоретической геоморфологии /Под ред. Л.Г. Никифорова, Ю.Г. Симонова. М., 1999.

Сауков A.A. Геохимия. M., 1977.

Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. М., 1991.

Ушаков С.А., Ясаманов H.A. Дрейф материков и климат Земли. М., 1984.

Хаин В.Е., Ломте М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. М., 1995.

Хаин В.Е., Рябухин А.Г. История и методология геологических наук. М., 1997.

Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. М., 1994.

Щукин И.С. Общая геоморфология. T.I. M., 1960.

Экологические функции литосферы / Под ред. В.Т. Трофимова. М., 2000.

Якушева А.Ф., Хаин В.Е., Славин В.И. Общая геология. М., 1988.

Миллиарды лет назад наша Земля была голой, безжизненной планетой. И вот на ее поверхности появилась жизнь - те первые, самые примитивные формы живых существ, развитие которых привело к бесконечному разнообразию окружающей нас природы. Как же происходило это развитие? Как появились на Земле животные, растения, как они видоизменялись? На некоторые из этих вопросов ответит данная книга. Ее автор, выдающийся советский ученый академик В. Л. Комаров, описал в ней историю растительного мира Земли - от простейших одноклеточных бактерий до современных нам высокоразвитых цветковых растений. Этот долгий путь развития автор рисует в тесной связи с общей историей Земли, с изменениями ее природных условий, рельефа, климата. Книга написана популярно, легко читается и принесет большую пользу самому широкому кругу читателей, обладающих элементарными сведениями из области биологии в объеме школьного курса.

До сих пор в природе действовали одни только геологические и климатические силы. Как мы видели, они все время сильно влияли на растительность и способствовали все большему и большему ее разнообразию. Теперь явился совершенно новый фактор: человек.

Зародившись в третичный период, по разным подсчетам за 600 000 - 1 000 000 лет до нашего времени, в обезьяноподобных формах, он встретил ледниковый период еще безоружным. Но во многих местностях бежать от ледника было невозможно; холод загнал человека в пещеры, которые стали его первым жилищем, и заставил изобрести приспособления для поддержания огня. С этого момента человек становится существом индустриальным и, все усиливая свою деятельность, начинает влиять на природу сильнее, чем какое бы то ни было живое существо. Он сводит леса, подымает целину, прорывает каналы, взрывает и раскапывает целые горы и вообще меняет лик Земли по своему усмотрению.

По отношению к растительности человек уничтожает лесную флору, уничтожает растения степей и многие другие и создает на их месте свой особый мир, мир культурных растений, которого никогда не было бы, если бы не человек. Современный нам период развития земной растительности именно и характеризуется заменой человеком унаследованной им от прежних времен флоры культурной растительностью.

Мы видели, что условия растительной жизни на Земле сначала выдвинули, как пионеров первичного заселения земной коры, группу бактерий, известных под общим названием хемотрофных, т. е. таких, питание которых сводится к небольшому числу ясно выраженных, химических реакций и не нуждается в ранее образованном органическом веществе.

Век бактерий сменился впоследствии веком водорослей, достигших в водах древних океанов значительного разнообразия форм и окрасок.

Век водорослей сменился на первичных материках веком псилофитов, давших растительность, напоминающую по своему общему виду и размеру современные нам заросли крупных мхов.

Век псилофитов сменился веком папоротникообразных растений, образовавших уже обширные леса на болотистых почвах. Эта растительность немало способствовала тому, чтобы и состав воздуха , и накопление массы пищевых веществ сделало возможным возникновение первых сухопутных позвоночных животных. Тогда же накопились и главные массы каменного угля.

Век папоротникообразных сменился веком шишконосных растений. Впервые поверхность материков приобрела кое-где современный облик и еще приблизилась возможность существования высших животных.

Век шишконосных сменился понемногу веком цветковых растений, когда образовались одни за другими все существующие ныне растения.

Надо сказать, что наступление нового века или периода никогда не губило нацело прежний растительный мир. Всегда часть прошлого населения Земли сохранялась и продолжала существовать наряду с новым миром. Так, бактерии при появлении высшей растительности не только не исчезли, но и в почве и в органическом веществе, так щедро создаваемом высшими растениями, нашли для себя новые источники существования. Водоросли, раз выработавшись, продолжают разрастаться и совершенствоваться наряду с высшими растениями. Они к тому же им и не конкуренты, поскольку одни населяют прибрежные морские области, другие же преимущественно сушу.

Наконец, хвойные леса нашего времени продолжают существовать наряду с лиственными, а тень их дает приют папоротникообразным растениям, так как это наследие туманного и влажного каменноугольного периода боится открытых местообитаний, где ему вредят солнечные лучи, и ищет тени.

Так история земной коры привела к созданию богатого и разнообразного мира растений, начав свою работу из материалов, предоставляемых неорганическим миром, и окончив ее созданием того, что окружает нас и дает нам все необходимое для жизни.

«Зоология и ботаника остаются все еще собирающими факты науками, пока сюда не присоединяется палеонтология - Кювье, - а вскоре затем открытие клетки и развитие органической химии. Благодаря этому сделались возможными сравнительная морфология и сравнительная физиология, и с тех пор обе стали подлинными науками» .

Ф. Энгельс

Согласно современным представлениям, имеет возраст 4,5 - 5 млрд лет. В истории ее возникновения выделяют планетарный и геологический этапы.

Геологический этап - последовательность событий в развитии Земли как планеты с момента образования земной коры. В ходе него возникали и разрушались формы рельефа, происходили погружение суши под воду (наступление моря), отступание моря, оледенения, появление и исчезновение различных видов животных и растений и т.д.

Ученые, пытаясь восстановить историю планеты, изучают пласты горных пород. Все отложения они делят на 5 групп, выделяя следующие эры: архейскую (древнейшую), протерозойскую (раннюю), палеозойскую (древнюю), мезозойскую (среднюю) и кайнозойскую (новую). Граница между эрами проходит по крупнейшим эволюционным событиям. Последние три эры делят на периоды, поскольку в этих отложениях останки животных и остатки растений сохранились лучше и в большем количестве.

Каждой эре свойственны события, оказавшие решающее влияние на современный рельеф .

Архейская эра отличалась бурной вулканической деятельностью, в результате которой на поверхности Земли оказались магматические гранитсодержащие породы - основа будущих материков. В то время Землю населяли лишь микроорганизмы, которые могли жить без кислорода. Предполагают, что отложения той эпохи покрывают практически сплошным щитом отдельные участки суши, в них много железа, золота, серебра, платины и руд других металлов.

В протерозойскую эру вулканическая активность также была высока, образовались горы так называемой бай- кальской складчатости. Они практически не сохранились и представляют собой сейчас лишь отдельные небольшие поднятия на равнинах. В этот период планету населяли сине-зеленые водоросли и простейшие микроорганизмы, возникли первые многоклеточные. Протерозойские пласты горных пород богаты полезными ископаемыми: железными рудами и рудами цветных металлов, слюдой.

В начале палеозойской эры образовались горы каледонской складчатости, что привело к сокращению морских бассейнов и возникновению значительных участков суши. В виде гор сохранились лишь отдельные хребты Урала, Аравии, Юго-Восточного Китая и Центральной Европы. Все эти горы невысокие, «изношенные». Во второй половине палеозоя образовались горы герцинской складчатости. Эта эпоха горообразования была более мощной, возникли обширные горные массивы на территории Западной Сибири и Урала, Монголии и Маньчжурии, большей части Центральной Европы, восточного побережья Северной Америки и Австралии. Сейчас они представлены невысокими глыбовыми горами. В палеозойскую эру Землю заселяют рыбы, земноводные и пресмыкающиеся, среди растительности преобладают водоросли. Основные месторождения нефти и каменного угля возникли именно в этот период.

Мезозойская эра началась с периода относительного спокойствия внутренних сил Земли, постепенного разрушения созданных ранее горных систем и погружения под воду сглаженных равнинных территорий, например большей части Западной Сибири. Во второй половине эры образовались горы мезозойской складчатости. В это время появились обширные горные страны, которые и сейчас имеют облик гор. Это Кордильеры, горы Восточной Сибири, отдельные участки Тибета и Индокитая. Землю покрывала буйная растительность, которая постепенно отмирала и перегнивала. В условиях жаркого и влажного климата шло активное образование болот и торфяников. Это была эпоха динозавров. Гигантские хищные и травоядные животные распространились практически по всей планете. В это время появились и первые млекопитающие.

Кайнозойская эра длится по сей день. Ее начало было ознаменовано ростом активности внутренних сил Земли, приведшим к общему поднятию поверхности. В эпоху альпийской складчатости возникли молодые складчатые горы в пределах Альпийско-Гималайского пояса и приобрел современные очертания материк Евразия. Помимо этого, произошло омоложение древних горных массивов Урала, Аппалачей, Тянь-Шаня, Алтая. Резко изменился климат на планете, начался период мощных покровных оледенений. Наступающие с севера покровные ледники изменили рельеф материков Северного полушария, сформировав холмистые равнины с большим количеством озер.

Всю геологическую историю Земли можно проследить по геохронологической шкале - таблице геологического времени, показывающей последовательность и со-подчиненность основных этапов геологии, истории Земли и развития жизни на ней (см. табл. 4 на с. 46-49). Читать геохронологическую таблицу следует снизу вверх.

Вопросы и задания для подготовки к экзамену

1. Объясните, почему на Земле наблюдаются полярные дни и ночи.
2. Какими были бы условия на Земле, если бы ось ее вращения не была наклонена к плоскости орбиты?
3. Смену времен года на Земле определяют две главные причины: первая - это обращение Земли вокруг Солнца; назовите вторую.
4. Сколько раз в году и когда Солнце бывает в зените над экватором? Над Северным тропиком? Над Южным тропиком?
5. В какую сторону отклоняются в Северном полушарии постоянные ветры и морские течения, движущиеся в меридиональном направлении?
6. Когда в Северном полушарии наблюдается самая короткая ночь?
7. Чем характеризуются дни весеннего и осеннего равноденствия на Земле? Когда они наступают в Северном и Южном полушариях?
8. Когда бывают дни летнего и зимнего солнцестояния в Северном и Южном полушариях?
9. В каких поясах освещенности расположена территория нашей страны?
10. Перечислите геологические периоды кайнозойской эры, начиная с самого древнего.

Таблица 4

Геохронологическая шкала

Максаковский В.П., Петрова Н.Н., Физическая и экономическая география мира. - М.:Айрис-пресс, 2010. - 368с.:ил.

Архейская эра . Началом этой древнейшей эры считают не момент образования Земли, а время после формирования твердой земной коры, когда уже существовали горы и горные породы и вступили в действие процессы эрозии и осадконакопления. Длительность этой эры равна приблизительно 2 млрд. лет, т. е. она соответствует всем другим эрам, вместе взятым. Архейская эра, по-видимому, характеризовалась катастрофической и широко распространенной вулканической деятельностью, а также глубинными поднятиями, завершившимися образованием гор. Высокая температура, давление и перемещения масс, сопровождавшие эти движения, видимо, уничтожили большую часть ископаемых, но некоторые данные о жизни тех времен все же сохранились. В археозойских породах повсюду встречаются в рассеянном виде графит или чистый углерод, которые, вероятно, представляют собой измененные остатки животных п растений. Если мы примем, что количество графита в этих породах отражает количество живой материи (а это, по-видимому, так и есть), то в архее этой живой материи существовало, вероятно, очень много, поскольку в породах этого возраста углерода больше, чем в угольных пластах Аппалачского бассейна.

Протерозойская эра . Вторая эра длительностью около 1 млрд. лет характеризовалась отложением большого количества осадков и по крайней мере одним значительным оледенением, в течение которого ледниковые покровы распространились до широт менее 20° от экватора. В протерозойских породах было найдено очень небольшое количество ископаемых, которые, однако, свидетельствуют не только о существовании жизни в эту эру, но и о том, что эволюционное развитие к концу протерозоя продвинулось далеко вперед. В протерозойских отложениях найдены спикулы губок, остатки медуз, грибов, водорослей, плеченогих, членистоногих и т. п.

Палеозойская эра . Между отложениями верхнего протерозоя и начальными слоями третьей, палеозойской эры наблюдается значительный перерыв, вызванный горообразовательными движениями. За 370 млн. лет палеозойской эры появились представители всех типов и классов животных, за исключением птиц и млекопитающих. Так как разные виды животных существовали лишь в течение определенных промежутков времени, их ископаемые остатки позволяют геологам сопоставлять отложения одинакового возраста, встречающиеся в разных местах.

• Кембрийский период [показать] .

  Кембрийский период - cамый древний отдел палеозойской эры; представлен породами, изобилующими ископаемыми, так что облик Земли в это время можно реконструировать достаточно точно. Формы, жившие в этот период, были так разнообразны и сложно устроены, что должны были произойти от предков, существовавших по крайней мере в протерозое, а возможно, и в архее.

  Все современные типы животных, за исключением хордовых, уже существовали и все растения и животные обитали в море (материки, по-видимому, были безжизненными пустынями вплоть до позднего ордовика или силура, когда растения перешли на сушу). Здесь были примитивные, похожие на креветок ракообразные и формы, напоминающие паукообразных; некоторые из их потомков сохранились, почти не изменившись, до наших дней (мечехвосты). Морское дно было покрыто одиночными губками, кораллами, стебельчатыми иглокожими, брюхоногими и двустворчатыми моллюсками, примитивными головоногими, плеченогими и трилобитами.

  Плеченогие - сидячие животные, имеющие двустворчатую раковину и питающиеся планктоном, процветали в кембрии и во всех остальных системах палеозоя.

  Трилобиты - это примитивные членистоногие с удлиненным плоским телом, покрытым на спинной стороне твердым панцирем. Вдоль панциря тянутся две бороздки, разделяющие тело на три части, или лопасти. Каждый сегмент тела, за исключением самого последнего, несет по паре двуветвистых конечностей; одна из них служила для ходьбы или плавания и на ней располагалась жабра. Большинство трилобитов имели 5-7,5 см в длину, но некоторые достигали 60 см.

  В кембрии существовали как одноклеточные, так и многоклеточные водоросли. Одна из лучших по сохранности коллекций кембрийских ископаемых была собрана в горах Британской Колумбии. Она включает червей, ракообразных и переходную форму между червями н членистоногими, похожую на ныне живущего перипатуса.

  После кембрия эволюция характеризовалась главным образом не возникновением совершенно новых типов строения, а разветвлением уже имевшихся линий развития и заменой первоначальных примитивных форм более высокоорганизованными. Вероятно, уже существовавшие формы достигли такой степени приспособленности к окружающим условиям, что приобрели значительный перевес над любыми новыми, неприспособленными типами.

• Ордовикский период [показать] .

  В течение кембрийского периода материки начали постепенно погружаться в воду, а в ордовикском периоде это погружение достигло своего максимума, так что значительная часть нынешней суши была покрыта мелководными морями. В этих морях обитали огромные головоногие - животные, сходные с кальмарами и наутилусом,- с прямой раковиной длиной от 4,5 до 6 м и диаметром в 30 см.

  Ордовикские моря, по-видимому, были очень теплыми, так как кораллы, обитающие только в теплых водах, распространились в это время вплоть до озера Онтарио и Гренландии.

  Первые остатки позвоночных были найдены в ордовикских отложениях. Эти небольшие животные, называемые щитковыми, были донными формами, лишенными челюстей и парных плавников (рис. 1.). Их панцирь состоял из тяжелых костных пластин на голове и толстой чешуи на туловище и хвосте. В остальном они были сходны с современными миногами. Жили они, по-видимому, в пресных водах, и их панцирь служил для защиты от гигантских хищных водных скорпионов, называемых эвриптеридами, которые тоже обитали в пресной воде.

• Силурийский период [показать] .

  В силурийском периоде произошли два события большого биологического значения: развились наземные растения и появились животные, дышащие воздухом.

  Первые наземные растения были, по-видимому, больше сходны с папоротниками, чем со мхами; папоротники были господствующими растениями также в последующем девонском периоде и нижней части каменноугольного.

  Первыми дышащими воздухом наземными животными были паукообразные, напоминающие в известной степени современных скорпионов.

  Материки, бывшие низменными в кембрийское и ордовикское время, поднялись, особенно в Шотландии и на северо-востоке Северной Америки, и климат стал значительно более прохладным.

• Девонский период [показать] .

  

  

  

  В течение девона первые панцирные рыбы дали начало множеству различных рыб, так что этот период нередко называют "временем рыб".

  Челюсти и парные плавники впервые развились у панцирных акул (Placodermi), которые представляли собой мелкие, покрытые панцирем пресноводные формы. Для этих животных было характерно непостоянное число парных плавников. У некоторых было две пары плавников, соответствующих передним и задним конечностям высших животных, у других между этими двумя парами располагалось до пяти пар дополнительных плавников.

  В течение девона в пресных водах появились настоящие акулы, которые проявляли тенденцию к переселению в океан и к утрате громоздкого костного панциря.

  Предки костистых рыб также возникли в пресноводных потоках девона; к середине этого периода у них наметилось разделение на три основных типа: двоякодышащих, кистеперых и лучеперых. Все эти рыбы обладали легкими и панцирем из костных чешуи. Лишь очень немногие двоякодышащие дожили до наших дней, а лучеперые, пройдя период медленной эволюции на протяжении оставшейся части палеозойской эры и начала мезозойской, позднее, в мезозое, испытали значительную дивергенцию и дали начало современным костистым рыбам (Teleostei).

  Кистеперые рыбы, которые были предками наземных позвоночных, почти вымерли к концу палеозоя и, как полагали раньше, совершенно исчезли в конце мезозоя. Однако в 1939 и 1952 гг. у восточного побережья Южной Африки были пойманы живые представители кистеперых длиной около 1,5 м.

  Верхняя часть девона была отмечена появлением первых наземных позвоночных - земноводных, называемых стегоцефалами (что означает "покрытоголовые"). Эти животные, черепа которых были одеты костным панцирем, во многих отношениях похожи на кистеперых рыб, отличаясь от них главным образом наличием конечностей, а не плавников.

  Девон - это первый период, для которого характерны настоящие леса. В этот период процветали папоротники, плауны, папоротникообразные и примитивные голосеменные - так называемые "семенные папоротники". Считают, что в позднедевонское время возникли насекомые и многоножки.

• Каменноугольный период [показать] .

  В это время были широко распространены большие заболоченные леса, остатки которых дали начало основным угольным залежам мира. Материки были покрыты низменными болотами, заросшими папоротникообразными, обычными папоротниками, семенными папоротниками и широколиственными вечнозелеными растениями.

  

  

  Первые пресмыкающиеся, называемые цельночерепными и сходные с предшествующими им амфибиями, появились во второй половине каменноугольного периода, достигли расцвета в перми - последнем периоде палеозоя - и вымерли в начале мезозойской эры. Не ясно, что представляло собой самое примитивное из известных нам пресмыкающихся Seymouria (названная так по городу в Техасе, вблизи которого были найдены ее ископаемые остатки) - земноводное, готовое превратиться в пресмыкающееся, или же пресмыкающееся, только что перешагнувшее границу, отделяющую его от земноводных.

  Одним из главных различий между земноводными и пресмыкающимися является строение откладываемых ими яиц. Земноводные откладывают свои яйца, покрытые студенистой оболочкой, в воду, а пресмыкающиеся откладывают яйца, покрытые прочной оболочкой, на землю. Поскольку яйца Seymouria не сохранились, мы, может быть, никогда не сможем решить, к какому классу следует относить это животное.

  Seymouria была крупной медлительной формой, похожей на ящерицу. Ее короткие, напоминающие обрубки ноги отходили от тела в горизонтальном направлении, как у саламандры, вместо того чтобы сдвинуться тесней и идти прямо вниз, образуя колонноподобные подпорки для тела.

  В течение каменноугольного периода появились две важные группы крылатых насекомых - предки тараканов, достигавшие 10 см в длину, и предки стрекоз, некоторые из которых имели размах крыльев 75 см.

• Пермский период [показать] .

  

  

  Последний период палеозоя характеризовался крупными изменениями климата и рельефа. Материки поднялись на всем земном шаре, так что мелкие моря, покрывавшие область от Небраски до Техаса, высохли, оставив за собой засоленную пустыню. В конце перми произошло повсеместное складкообразование, известное под названием герцинского горообразования, во время которого поднялась большая горная цепь от Новой Шотландии до Алабамы. Этот хребет первоначально был выше, чем современные Скалистые горы. В то же самое время в Европе формировались другие горные кряжи.

  Огромные ледниковые покровы, распространявшиеся со стороны Антарктики, закрыли большую часть южного полушария, простираясь в Африке и в Бразилии почти до экватора.

  Северная Америка была одной из немногих областей, не подвергшихся в это время оледенению, но даже здесь климат стал значительно более холодным и сухим, чем был в течение большей части палеозойской эры. Многие палеозойские организмы, по-видимому, не могли приспособиться к изменениям климата и во время герцинского горообразования вымерли. Из-за охлаждения воды и уменьшения пригодного для жизни пространства в результате усыхания мелких морей вымерли даже многие морские формы.

  Из примитивных цельночерепных в течение позднекаменноугольного и раннепермского времени развилась та группа пресмыкающихся, от которой, как полагают, по прямой линии произошли млекопитающие. Это были пеликозавры - хищные рептилии с более стройным и ящерицеподобным телом, чем у цельночерепных.

  В позднепермское время развилась, вероятно от пеликозавров, другая группа пресмыкающихся - терапсиды, обладавшая еще несколькими признаками млекопитающих. Один из представителей этой группы - Cynognathus (пресмыкающееся с "собачьей челюстью") был стройным, легким животным длиной около 1,5 м, с черепом, промежуточным по характеру между черепом пресмыкающегося и млекопитающего. Его зубы, вместо того чтобы быть коническими и одинаковыми, как это свойственно пресмыкающимся, дифференцировались на резцы, клыки и коренные зубы. Поскольку у нас нет сведений о мягких частях животного, о том, было ли оно покрыто чешуей или шерстью, было ли оно теплокровным или холоднокровным и не вскармливало ли оно своих детенышей молоком, мы называем его пресмыкающимся. Однако, если бы мы располагали более полными данными, его, возможно, следовало бы считать очень ранним млекопитающим. Терапсиды, широко распространенные в поздней перми, в начале мезозоя были вытеснены множеством других рептилий.

Мезозойская эра (время пресмыкающихся) . Мезозойская эра, которая началась примерно 230 млн. лет назад и продолжалась около 167 млн. лет, делится на три периода:

1. триасовый
2. юрский
3. меловой

В течение триасового и юрского периодов большая часть материковых областей была поднята выше уровня моря. В триасе климат был сухой, но более теплый, чем в перми, а в юре - более теплый и более влажный, чем в триасе. Деревья знаменитого Каменного леса в Аризоне существуют с триасового периода.

В течение мелового периода Мексиканский залив, расширившись, залил Техас и Нью-Мексико, и вообще море постепенно надвигалось на материки. Кроме того, на территории, простирающейся от штата Колорадо до Британской Колумбии, развились обширные болота. В конце мелового периода внутренняя часть североамериканского материка испытала дальнейшее погружение, так что воды бассейна Мексиканского залива соединились с водами арктического бассейна и разделили этот материк на две части. Меловой период завершился большим поднятием, называемым альпийским горообразованием, во время которого возникли Скалистые горы, Альпы, Гималаи и Анды и которое вызвало активную деятельность вулканов на западе Северной Америки.

Эволюция пресмыкающихся . Возникновение, дифференциация и, наконец, вымирание великого множества пресмыкающихся, принадлежащих к шести основным ветвям, являются самой характерной чертой мезозойской эры [показать] .

К самой примитивной ветви относятся, помимо древних цельночерепных, черепахи, возникшие в перми. У черепах сформировался самый сложный (среди наземных животных) панцирь; он состоит из пластин эпидермального происхождения, сросшихся с лежащими под ними ребрами и грудной костью. С этим защитным приспособлением как морские, так и сухопутные черепахи сохранились со времен, предшествовавших времени динозавров, претерпев лишь некоторые изменения структуры. Ноги черепах, отходящие от тела в горизонтальном направлении, что затрудняет и замедляет движение, и их черепа, не имеющие отверстий позади глазных впадин, без изменений перешли к ним по наследству от древних цельночерепных.

Вторая группа пресмыкающихся, идущая со сравнительно немногими изменениями от предковых цельночерепных,- это ящерицы, наиболее многочисленные среди ныне живущих рептилий, а также змеи. Ящерицы по большей части сохранили примитивный тип передвижения при помощи горизонтально расходящихся ног, хотя многие из них могут быстро бегать. В большинстве случаев они невелики, но индийский варан достигает 3,6 м длины, а некоторые ископаемые формы имеют в длину 7,5 м. Мозазавры мелового периода представляли собой морских ящериц, достигавших 12 м в длину; они имели длинный хвост, использовавшийся при плавании.

В течение мелового периода от предков-ящериц произошли змеи. Существенным отличием змей от ящериц является не утрата ног (у некоторых ящериц также нет ног), а определенные изменения в строении черепа и челюстей, которые позволяют змеям открывать рот достаточно широко, чтобы проглатывать животных, более крупных, чем, они сами.

Представителем древней ветви, как-то ухитрившимся дожить до наших дней в Новой Зеландии, является гаттерия (Shpenodon punctatum). Она имеет несколько признаков, общих со своими предками-котилозаврами; один из таких признаков - это наличие третьего глаза на верхушке черепа.

Основной группой мезозойских пресмыкающихся были архозавры, единственными ныне живущими представителями которых являются аллигаторы и крокодилы. В какой-то ранний момент своей эволюции архозавры, достигавшие тогда 1,5 м длины, приспособились к хождению на двух ногах. Их передние ноги укоротились, а задние удлинились, укрепились и сильно изменили свою форму. Эти животные отдыхали и ходили на всех четырех ногах, но в критических обстоятельствах становились на дыбы и бежали на двух задних ногах, используя свой довольно длинный хвост в качестве балансира.

От ранних архозавров произошло много различных специализированных форм, причем некоторые из них продолжали передвигаться на двух ногах, а другие возвратились к хождению на всех четырех. В число этих потомков входят фитозавры - водные, аллигатороподобные пресмыкающиеся, распространенные в триасе; крокодилы, которые сформировались в юре и заменили фитозавров в качестве водных форм, и, наконец, птерозавры, или летающие рептилии, к которым принадлежали животные размером с малиновку, равно как и самое крупное из когда-либо летавших животных - Pteranodon, с размахом крыльев в 8 м.

Существовало два типа летающих рептилий; одни имели длинный хвост, снабженный на конце рулевой лопастью, другие - короткий хвост. Представители обоих типов, по-видимому, питались рыбой и, вероятно, пролетали большие расстояния над водой в поисках пищи. Их ноги не были приспособлены для стояния, и поэтому предполагается, что они, подобно летучим мышам, отдыхали в подвешенном состоянии, прицепившись к какой-нибудь опоре.

Из всех ветвей пресмыкающихся наиболее знамениты динозавры, что в переводе означает "ужасные ящеры". Они делились на два основных типа: птицетазых и ящеротазых.

Saurischia (ящеротазые) впервые появились в триасе и продолжали существовать вплоть до мела. Ранние ящеротазые были быстрыми, хищными, двуногими формами размером с петуха, добычей которым, вероятно, служили ящерицы и уже появившиеся тогда примитивные млекопитающие. В течение юрского и мелового периодов эта группа проявляла тенденцию к увеличению размеров, достигшую своего наивысшего выражения в гигантском меловом хищнике тираннозавре. Другие Saurischia, появившиеся в позднетриасовое время, перешли на растительную пищу, снова начали ходить на четырех ногах и в течение юры и мела дали ряд гигантских форм, ведших земноводный образ жизни. К этим самым крупным из когда-либо живших четвероногих животных принадлежат бронтозавры длиной до 20 м, диплодок, достигавший длины свыше 25 м, и брахиозавр, самый огромный из всех, вес которого оценивается в 50 т.

Другая группа динозавров, Ornitischia (птицетазые), была травоядной, вероятно, с самого начала своей эволюции. Хотя некоторые из них ходили на задних ногах, большинство передвигалось на всех четырех ногах. Вместо отсутствующих передних зубов у них выработался крепкий роговой чехол, похожий на птичий клюв, который у некоторых форм был широким и плоским, как у уток (отсюда название "уткоклювые" динозавры). Для этого типа характерны перепончатые лапы. У других видов развились крупные панцирные пластины, защищавшие их от хищных ящеротазых. Анкилозавр, которого называют "пресмыкающимся-танком", имел широкое плоское тело, покрытое костными пластинами и крупными, выступающими на боках шипами.

Наконец, у некоторых птицетазых мелового периода сформировались костные пластины вокруг головы и шеи. Один из них, Triceratops, имел два рога над глазами и третий над носовой областью - все длиной почти до 1 м.

К двум другим группам мезозойских рептилий, отличающимся как друг от друга, так и от динозавров, принадлежат морские плезиозавры и ихтиозавры. Первые характеризовались чрезвычайно длинной шеей, составлявшей более половины длины животного. Туловище у них было широким, плоским, напоминающим туловище черепахи, а хвост коротким. Плезиозавры плавали при помощи ластообразных конечностей. Зачастую они достигали 13-14 м в длину.

Ихтиозавры (рыбоящеры) внешне походили на рыб или китов, с короткой шеей, большим спинным плавником и хвостом такого типа, как у акулы. Они плавали при помощи быстрых движений хвоста, используя конечности только как органы управления. Предполагают, что детеныши ихтиозавров появлялись на свет живыми, вылупившись из яйца в теле матери, так как взрослые особи были слишком специализированы и не могли выходить на сушу для откладки яиц, а в воде яйца пресмыкающихся тонут. Нахождение скелетов детенышей внутри брюшной полости взрослых ископаемых подтверждает эту теорию.

В конце мела вымерло множество пресмыкающихся. Они, очевидно, не смогли приспособиться к значительным изменениям условий среды, вызванным альпийским горообразованием. По мере того как климат становился холодней и суше, исчезли многие растения, служившие пищей травоядным пресмыкающимся. Некоторые травоядные пресмыкающиеся были слишком громоздки, чтобы передвигаться по суше, когда высохли болота. Более мелкие, теплокровные млекопитающие, которые уже появились, имели преимущество в борьбе за пищу, а многие из них даже питались яйцами пресмыкающихся. Вымирание многих пресмыкающихся, вероятно, явилось результатом совместного воздействия целого ряда факторов или какого-нибудь одного фактора.

Другие направления эволюции в мезозое . Хотя пресмыкающиеся были в мезозое господствующими животными, в это время развивались и многие другие важные организмы [показать] .

В мезозое возросло число и разнообразие брюхоногих и двустворчатых моллюсков. Морские ежи достигли высшей точки своего развития.

В триасе возникли млекопитающие, а в юре - костистые рыбы и птицы.

Большая часть современных отрядов насекомых появилась в раннем мезозое.

В течение раннетриасового времени наиболее распространенными растениями были семенные папоротники, цикадовые и хвойные, но к меловому периоду появилось много других форм, напоминающих современные виды,- смоковницы, магнолии, пальмы, клены и дубы.

От юрского времени сохранились великолепные отпечатки самого древнего вида птиц, на которых видны даже очертания перьев. Это существо, называемое археоптериксом, было величиной приблизительно с ворону и имело довольно слабые крылья, вооруженные зубами челюсти и длинный рептильный хвост, покрытый перьями.

В меловых отложениях были найдены ископаемые остатки двух других птиц - Hesperornis и Ichthyornis. Первая - водяная ныряющая птица, утратившая способность летать, а вторая - сильная летающая птица с рептильными зубами, величиной примерно с голубя.

Современные беззубые птицы сформировались в начале следующей эры.

Кайнозойская эра (время млекопитающих) . Кайнозойская эра с равным правом может быть названа временем птиц, временем насекомых или временем цветковых растений, так как развитие всех этих организмов не менее характерно для нее, чем развитие млекопитающих. Она охватывает промежуток от альпийского горообразования (примерно 63 млн. лет назад) до наших дней и делится на два периода - третичный, продолжавшийся около 62 млн. лет, и четвертичный, к которому относятся последние 1-1,5 млн. лет.

• Третичный период. Этот период подразделяется на пять эпох: палеоцен, эоцен, олигоцен, миоцен и плиоцен. Скалистые горы, сформировавшиеся в начале третичного периода, к олигоценовому времени были уже сильно эрозированы, вследствие чего североамериканский материк приобрел полого-волнистый рельеф.

  В миоцене в результате другой серии поднятий возникли горы Сьерра-Невада и новые хребты в Скалистых горах, которые обусловили образование пустынь на западе. Климат в олигоцене был мягче, чем в настоящее время, так что пальмы распространялись к северу вплоть до Вайоминга.

  Поднятие, начавшееся в миоцене, продолжалось в плиоцене и в сочетании с оледенениями плейстоценового времени привело к вымиранию многих ранее существовавших млекопитающих и других животных. Заключительное поднятие Колорадского плато, в результате которого образовался Большой Каньон, почти закончилось за короткое время плейстоценовой и современной эпох.

  Самые древние ископаемые остатки настоящих млекопитающих относятся к позднему триасу, а в юрское время существовало уже четыре отряда млекопитающих, причем все они были величиной с крысу или маленькую собаку.

  Древнейшие млекопитающие (однопроходные) были яйцекладущими животными, и их единственными представителями, дожившими до наших дней, являются обитающие в Австралии утконос и покрытая иглами ехидна. У обеих этих форм имеется шерстный покров, и они вскармливают своих детенышей молоком, но при этом они откладывают яйца, подобно черепахам. Предковые яйцекладущие млекопитающие, конечно, должны были отличаться от специализированных утконоса и ехидны, но палеонтологическая летопись этих древних форм страдает неполнотой. Ныне живущие однопроходные могли просуществовать так долго только потому, что они жили в Австралии, где до недавнего времени не было плацентарных млекопитающих, так что им не с кем было конкурировать.

  В юре и в мелу большая часть млекопитающих была уже достаточно высоко организована, чтобы производить живых детенышей, хотя у самых примитивных из них - сумчатых - детеныши появляются на свет недоразвитыми и должны несколько месяцев оставаться в сумке на животе матери, где находятся сосцы. Австралийские сумчатые, так же как и однопроходные, не встречали конкуренции со стороны более приспособленных плацентарных млекопитающих, тогда как на других материках эта конкуренция привела к вымиранию сумчатых и однопроходных; поэтому в Австралии сумчатые в результате дивергентного развития дали начало множеству различных форм, внешне напоминающих некоторых плацентарных. Существуют сумчатые мыши, землеройки, кошки, кроты, медведи и один вид волка, а также целый ряд форм, не имеющих параллелей среди плацентарных, таких, как кенгуру, вомбаты и кенгуру-валлаби.

  В течение плейстоцена в Австралии жили гигантские кенгуру и вомбаты размером с носорога. Опоссумы более сходны с примитивными предковыми сумчатыми, чем любая из этих более специализированных форм; они являются единственными сумчатыми животными, встречающимися за пределами Австралии и Южной Америки.

  Современные высокоорганизованные плацентарные млекопитающие, к которым относится и человек, характеризующиеся рождением живых детенышей, способных к самостоятельному существованию, произошли от насекомоядных древесных предков. Ископаемые остатки такой предковой формы, найденные в меловых отложениях, показывают, что это было очень маленькое животное, вроде ныне живущей землеройки. Некоторые из этих предковых млекопитающих сохранили древесный образ жизни и через ряд промежуточных форм дали начало приматам - обезьянам и человеку. Другие жили на земле или под землей, и в течение палеоцена от них произошли все другие млекопитающие, живущие в наши дни.

  У примитивных палеоценовых млекопитающих были конические рептильные зубы, пятипалые конечности и небольшой мозг. Кроме того, они были стопоходящими, а не пальцеходящими.

  В течение третичного периода эволюция травянистых растений, служивших пищей, и лесов, укрывавших животных, являлась важнейшим фактором, влиявшим на изменение строения тела млекопитающих. Наряду с тенденцией к увеличению размеров в развитии всех млекопитающих проявлялся уклон в сторону возрастания относительной величины мозга и изменения зубов и ног. Когда появились новые, более приспособленные формы, примитивные млекопитающие вымерли.

  Хотя в меловых отложениях были найдены ископаемые остатки как сумчатых, так и плацентарных, все же обнаружение в раннетретичных отложениях высокоразвитых млекопитающих было довольно неожиданным. Действительно ли они возникли в это время или же существовали и раньше в горных местностях и просто не сохранились в виде ископаемых, не известно.

  В палеоцене и эоцене от примитивных насекомоядных плацентарных произошли первые хищники, называемые креодонтами. В эоцене и олигоцене им на смену пришли более современные формы, которые с течением времени дали начало ныне живущим хищникам, таким, как кошки, собаки, медведи, ласки, а также ластоногим морским хищникам - тюленям и моржам.

  

  Один из наиболее известных ископаемых хищников - это саблезубый тигр, который вымер лишь недавно, в плейстоцене. У него были чрезвычайно длинные и острые верхние клыки, а нижняя челюсть могла откидываться вниз и в сторону, так что клыки вонзались в жертву, как сабли.

  Крупных травоядных млекопитающих, в большинстве случаев обладающих копытами, иногда объединяют в одну группу под названием копытных. Однако они не являются единой естественной группой, а состоят из нескольких независимых ветвей, так что корова и лошадь, несмотря на наличие у той и у другой копыт, не более родственны друг другу, чем каждая из них - тигру. Коренные зубы копытных уплощены и увеличены, что облегчает перетирание листьев и травы. Их ноги стали длинными и приспособленными к быстрому бегу, необходимому для спасения от хищников.

  Древнейшие копытные, называемые Condylarthra, появились в палеоцене. У них было длинное тело и длинный хвост, плоские перемалывающие коренные зубы и короткие ноги, кончающиеся пятью пальцами с копытом на каждом. Группой, аналогичной примитивным хищникам - креодонтам, были примитивные копытные, называемые уинтатериями. В палеоцене и эоцене некоторые из них достигали размеров слона, а у других было по три больших рога, отходящих от верхней части головы.

  Палеонтологическая летопись нескольких эволюционных линий копытных - лошадей, верблюдов и слонов - настолько полна, что можно проследить все развитие этих животных из небольших примитивных пятипалых форм. Основное направление эволюции у копытных шло в сторону увеличения общих размеров тела и уменьшения числа пальцев. Копытные рано распались на две группы, одна из которых характеризуется четным числом пальцев и включает коров, овец, верблюдов, оленей, жираф, свиней и гиппопотамов. Другая группа характеризуется нечетным числом пальцев, и к ней относятся лошади, зебры, тапиры и носороги.

  Развитие слонов и их недавно вымерших родичей - мамонтов и мастодонтов - можно проследить в глубь веков вплоть до эоценового предка, который был размером со свинью и не имел хобота. Эта примитивная форма, называемая Moeritherium, была близка к стволу, от которого ответвились, кроме того, такие несходные формы, как даманы (маленькое животное, похожее на сурка, встречающееся в Африке и Азии) и морская корова.

  Киты и дельфины произошли от эоценовых китообразных форм, называемых зейглодонтами, а эти последние в свою очередь, как полагают, произошли от креодонтов.

  Эволюцию летучих мышей можно проследить до крылатых животных, живших в эоцене и являвшихся потомками примитивных насекомоядных.

  Эволюция некоторых других млекопитающих - грызунов, кроликов и неполнозубых (муравьедов, ленивцзв и броненосцев) - известна хуже.

• Четвертичный период (время человека). Четвертичный период, который охватывает последние 1-1,5 млн. лет, обычно делят на две эпохи - плейстоценовую и современную. Последняя началась приблизительно 11000 лет назад, с момента отступления последнего ледника. Для плейстоцена характерны четыре ледниковых периода, разделенных промежутками, когда ледники отступали. В момент максимального распространения ледниковые покровы занимали в Северной Америке почти 10 млн. кв. км, простираясь к югу вплоть до рек Огайо и Миссури. Великие озера, которые были выпаханы движущимися ледниками, много раз коренным образом меняли свои очертания и время от времени соединялись с Миссисипи. Было подсчитано, что в прошлом, когда Миссисипи собирала воду с озер, до Дулута на западе и до Буффало на востоке, ее сток в 60 с лишним раз превышал современный. Во время плейстоценовых оледенений из моря было удалено и Превращено в лед такое количество воды, что уровень моря понизился на 60-90 м. Это вызвало образование сухопутных соединений, служивших путями расселения для многих наземных организмов, между Сибирью и Аляской в области Берингова пролива и между Англией и европейским материком.

  Растения и животные плейстоценовой эпохи были сходны с современными нам. Иногда бывает трудно отличить плейстоценовые отложения также и от плиоценовых, так как содержащиеся в них организмы сходны как друг с другом, так и с современными формами. В течение плейстоцена, после появления примитивного человека, вымерли многие млекопитающие, в том числе саблезубый тигр, мамонт и гигантский наземный ленивец. В плейстоцене отмечается также вымирание многих видов растений, особенно лесных, и появление многочисленных травянистых форм.

  Палеонтологическая летопись не оставляет сомнений в том, что ныне живущие виды произошли от существовавших ранее других видов. Эта летопись не для всех линий эволюции одинаково ясна. Растительные ткани в большинстве случаев слишком мягкие, чтобы давать хорошие ископаемые остатки, а промежуточные формы, служащие связующими звеньями между разными типами животных, представляли собой, очевидно, формы, лишенные скелета, и от них не осталось никаких следов. Для многих эволюционных линий, в частности для позвоночных, последовательные этапы развития хорошо известны. В других линиях имеются пробелы, которые предстоит заполнить будущим палеонтологам.