Глава III. Геологическая деструкция и сохранение континентальных осадков во времени. Литолеймономия и тафономия наземных фаун и флор
Обзор главнейших местонахождений наземных позвоночных, проделанный нами в предыдущей главе, показал, что древнейшие области захоронения наземных позвоночных, совпадающие с областями осадконакопления, представлены весьма однообразными фациями, тесно связанными с морем и занимающими очень низкое расположение по отношению к уровню моря в окраинных, прибрежных частях материков. Только в более поздних геологических периодах мы встречаем местонахождения, залегающие в типично континентальных фациях. Но и эти образования принадлежат к крупным и низким (по отношению к уровню моря) областям осадконакопления, в которых связь костеносных слоев с остатками субаэральной поверхности древней суши встречается чрезвычайно редко. Разнообразие поверхностных континентальных фаций, содержащих местонахождения наземных позвоночных, встречается только в четвертичном периоде — самом позднем отрезке геологического времени, уже весьма приближенном к настоящему времени.
В исторической геологии уже давно известен факт отсутствия континентальных осадков в отложениях древнейших периодов истории земли. Это обстоятельство можно было бы предвидеть и чисто теоретически, исходя из основной противоположности моря и суши, как областей накопления и сноса.
Оставляя в стороне докембрийские толщи, как еще плохо изученные, отметим для кембрия полное отсутствие отложений, могущих быть названными континентальными осадками. Известные тиллиты Австралии принадлежат тем же фациям морских моренных отложений, как и позднейшие тиллиты карбонового оледенения Гондваны. В силуре мы также не знаем достоверных континентальных отложений, кроме лагунных, соленосных и гипсоносных глин. Дальнейшее развитие континентальных фаций в палеозое изложено выше.
Обычное (и, нужно сказать, совершенно формальное) объяснение отсутствия континентальных фаций в геологической летописи материков, принятое среди геологов, занимающихся континентальными отложениями, сводится к тому, что мы не умеем еще различать континентальных отложений среди мощных свит древних осадков.
Подобное утверждение противоречит действительно имеющимся соотношениям, показываемым историей местонахождений наземных позвоночных — единственных точных индикаторов фациальных обстановок прошлого. Эта история показывает нам вполне закономерное проникновение областей захоронения все глубже внутрь материков по мере продвижения вверх по стратиграфической вертикали.
Однако в то же время экзотические формы древнейших фаун и флор доказывают нам наличие таких зон обитания и, следовательно, таких континентальных областей, которые ничем не отражены в геологической летописи распространенных осадков. Таким образом, мы приходим к представлению о закономерном отсутствии в геологической летописи ряда материковых фаций, несомненно существовавших на данных уровнях геологического времени, но не сохранившихся во времени. В таком случае постепенное проникновение наземных позвоночных в глубь материка, казалось бы, вполне подтвержденное фактическим материалом геологической летописи, оказывается, с одной стороны, запаздывающим против имевшего место в действительности процесса и, с другой стороны, всецело подчиненным сохранению осадков определенного типа.
Поэтому для тафономии чрезвычайно важным является познание закономерностей сохранения континентальных толщ во времени, осуществляемое через исследование отложений, вмещающих местонахождения.
Действительно, всякий геологический процесс, созидающий толщи осадков как результат тектонического развития земной коры, неизбежно и всегда имеет и обратное действие — разрушение, деструкцию определенных областей земной поверхности по ту сторону областей осадконакопления. Геология, как правило, занималась с большим успехом изучением конструктивной стороны геологических процессов, оставляя в стороне деструктивную сторону.
Всякому знакомому с исторической геологией известно, что чем древнее те или другие отложения, тем меньшее количество фактов о геологических процессах того времени дают они в совокупности имеющегося материала. Но далеко не всякому известно, что эти отсутствующие в летописи данные представляют собою не случайно уничтоженные обрывки, а что исчезновение страниц геологической летописи идет закономерным путем. Познав эти закономерности, мы можем установить, какие именно листы вырваны деструкцией во времени, ибо рука времени действует избирательно.
Деструктивная сторона геологических процессов действует преимущественно на субаэральной поверхности материка и направлена прежде всего на уничтожение этой поверхности, а затем тех осадков, которые отложились в его возвышенных над уровнем моря областях, так как основная сила разрушения, помимо атмосферных агентов, это — сила тяжести, сопряженная с действием текучих вод. Поэтому именно поверхности материков подвергаются первоочередной деструкции в геологических процессах и эта деструкция идет тем интенсивнее, чем выше над общим базисом эрозии — морем — расположены денудируемые области материка. Уже исходя из этого очевидного сопоставления, мы можем предположить разнокачественный ход деструктивных процессов в различных областях материков, приводящий к более быстрому уничтожению одних фаций но сравнению с другими.
Огромная длительность геологического времени тоже представляет собою фактор, чрезвычайно существенный для оценки мощности деструктивных процессов. Силы геологических процессов, действующих в деструктивном направлении, увеличиваются во много раз при действии в течение больших отрезков времени. Время, сопряженное с деструкцией, неизбежно действующей всегда на поверхности земли как вторая противоположная сторона всякого созидающего геологического процесса, является также могущественнейшим фактором. Однако именно время весьма слабо исследовано геологией, несмотря на то, что геология и палеонтология, кроме астрономии, — науки, постоянно имеющие дело с временем огромной, невообразимой длительности. Представление о времени в геологической мысли обычно является весьма примитивным. Для иллюстрации распространенных ошибок в оценке процессов, протекающих с большой длительностью, не лишне будет вспомнить мысли, высказанные еще академиком Бэром, что масштаб, применяемый человеком для измерений и оценки различных явлений природы во времени, находится в соответствии только с продолжительностью человеческой жизни и отнюдь не является абсолютным. Картины геологических процессов существенно изменялись бы, если бы жизнь человека, их представляющего, была замедлена и удлинена или ускорена и укорочена в тысячу раз.
В течение сотен миллионов лет, протекших с момента появления наземной жизни, геологическая летопись формировалась в бесконечной смене противоположных процессов конструкции и деструкции, размыва и накопления осадков. Эти процессы чередовались как по временной координате, так и по пространственной. Иными словами, соответственные зоны не только следовали одна за другой, но и изменяли свое расположение на поверхности земли. При этом часть уже отложенных осадков уничтожалась последующими размывами, часть — погружалась в глубокие зоны земной коры, подвергаясь метаморфизму и анатексису, в том и другом случае выпадая из палеонтологически документированной летописи. С другой стороны, обширные площади развития древних осадков остаются погруженными под мощными толщами позднейших отложений или под уровнем моря. И в этом случае процессы изменения лика Земли во времени выводят огромные массы осадочных образований из поля нашего зрения.
Для того чтобы разобраться в сложной истории формирования геологической летописи древних материков, необходимо обратить серьезное внимание на исследование процессов деструкции материковых поверхностей во времени, для выяснения закономерного преимущественного сохранения в геологической летописи одних типов осадков перед другими. Тем самым мы подойдем к познанию закономерностей формирования геологической летописи континентов, как суммы сохранившихся до нашего времени континентальных осадков, и к объяснению отсутствия ряда фаций в имеющихся документах этой летописи.
Нетрудно видеть, что в этом случае историческая геология становится перед комплексом вопросов, аналогичным разрабатывающимся тафономией.
Если тафономия ставит конечным итогом познание закономерностей сохранения органических остатков в осадочных толщах, то историческая геология должна стать перед вопросом познания закономерностей сохранения самих осадочных толщ в процессах изменений поверхности Земли во времени.
Это аналогичное тафономии в палеонтологии направление исторической геологии может быть названо литолеймономией,1 т. е. познанием закономерностей сохранения осадков, рассматривая известные нам в геологической летописи отложения как остатки действительно распространенных ранее осадочных комплексов, уцелевшие закономерным путем в деструктивных процессах во времени. В совершенно полном соответствии, объекты, изучаемые тафономией, также являются не более как остатками когда-то обширных и многообразных накоплений органических продуктов флоры и фауны на поверхности древних материков. Тафономическое изучение процессов захоронения органических остатков необходимо должно быть сопряжено с литолеймономией, иначе не могут быть поняты конечные результаты формирования геологической летописи, уже не из местонахождений, но из отложений, их вмещающих.
Рассмотрим некоторые положения литолеймономии, проистекающие из проделанного нами выше обзора местонахождений.
Прежде всего бросается в глаза одна закономерность, явственно выступающая из имеющегося материала геологической летописи континентальных осадков. Все древнейшие континентальные отложения встречаются в виде весьма мощных толщ, костеносных эврилитем, отложенных в крупнейших областях осадконакопления. Для палеозоя — это огромные впадины типа «фортифе», находящиеся между прекратившими свое существование после орогении геоксинклиналями и окраинами континентальных платформ. Таковы: эврилитема Карроо между гондванидами и Южноафриканской платформой, эврилитема Приуралья между уралидами и Русской платформой, эврилитема Красных Слоев в США и т. д. В других случаях это — огромные угленосные эврилитемы, связанные с зонами прогибов на окраинах геосинклиналей или гигантскими мегасинклиналями — плоскими, но обширными прогибами платформенных геотектонических элементов. Наконец, это отложения больших впадин, развивавшихся как конечная фаза орогении в складчатых зонах, которые распадались на ряд различным образом приподнятых или опущенных глыбовых участков.
Совершенно отсутствуют осадки мелких бассейнов, озер, небольших дельт (известны только громадные дельты, подобные дельте жернового песчаника в карбоне Англии), не говоря уже о еще менее протяженных пространственно и менее мощных типах поверхностных континентальных фаций.
Внутри указанных огромных эврилитем существуют разнотипные фации, слагающие отдельные пачки и слои, однако все эти фации неизменно подчинены одной и той же крупной обстановке осадконакопления. Именно поэтому так беспомощны поиски более высоких континентальных фаций среди подобных толщ, основанные, например, на выделении дельтовых участков среди лагунных образований и установлении направления приноса седиментационного материала.
Еще одной замечательной чертой древнейших континентальных отложений является то, что все эти крупные эврилитемы принадлежат к весьма низким (по отношению к уровню моря) физико-географическим обстановкам. Крупные впадины — вместилища палеозойского осадконакопления континентального типа — всегда располагаются на окраине материков и всегда связаны с морем, что отражено в непосредственном проникновении морских слоев внутрь континентальных свит этих эврилитем. Отложения областей осадконакопления другого типа, хотя бы и крупных, но расположенных глубоко внутри материка, какими могут быть, например, межгорные впадины внутри горных стран, неизвестны или чрезвычайно редки в палеозое.
Таким образом, мы видим, что от континентальных отложений палеозойских материков сохранились не только самые крупные зоны осадконакопления, но из всех последних только такие, которые расположены в окраинных, низких, близких к уровню моря, областях материков. В мезозое мы встречаем отложения других типов осадконакопления или из более глубоких областей материка, или менее крупных зон осадконакопления из окраинных и низких материковых районов. В кайнозое мы уже не раз отмечали постепенное возрастание разнообразия материковых фаций, связанных с отложением осадков глубоко внутри материка, но и становящихся все более мелкими в смысле пространственного протяжения и мощности.
Изложенное приводит нас к весьма интересному выводу: во времени, в процессах деструкции материков прошлого, преимущественно сохраняются лишь отложения крупнейших зон осадконакопления, связанные с наиболее крупными тектоническими элементами, выраженными в отрицательных формах рельефа. Величина области осадконакопления, отраженная в конечном продукте ее существования — мощной осадочной эврилитеме, — зависит, конечно, от пространственно-временного протяжения процесса отложения осадков, выражающегося в распространении и мощности данного типа осадков. Временное протяжение процесса осадконакопления может быть и не столь значительным при условии большой эффективности отложения — быстрого и энергичного накопления осадков.
Последний способ образования мощных осадочных толщ чрезвычайно благоприятен для захоронения фауны и образования многочисленных местонахождений, однако требует сопряжения с областью энергичной деструкции и поэтому чаще встречается во внутриматериковых районах в системах горных сооружений. Вместе с тем, по-видимому, будет доказано, что ряд костеносных эврилитем палеозоя и мезозоя возник именно благодаря приближению горных хребтов к прибрежным областям материков и ускоренному осадконакоплению в низких обстановках седиментации, для которых, как правило, типично сравнительно медленное отложение, не способствующее сохранению остатков наземных животных.
Области осадконакопления с малой протяженностью и малой длительностью существования (при средней скорости осадконакопления) не могут образовать мощных и пространных толщ континентальных осадков и поэтому нацело разрушаются во времени, выпадая из геологической летописи. Эта закономерность вполне соответствует анализу деструкции во времени с точки зрения теории вероятностей. Здесь действует закон больших чисел, приобретающий совершенно особенное значение в миллионах веков геологического времени.
Принцип преимущественного сохранения крупных фаций (определим, во избежание неправильных представлений, фацию как физико-географическую обстановку осадконакопления, сопряженную с тектоногенезом данной области и выраженную в геологической летописи комплексом осадочных пород) в истории Земли был до последних лет слабо отражен в геологической мысли и впервые ясно сформулирован советскими тектонистами. С другой стороны, к пониманию тех же закономерностей подошел Пустовалов (1940), на основе анализа исторического развития фаций осветивший закономерную периодичность осадкообразования в истории земли.
Размеры сохраняющихся в геологической летописи континентальных фаций относительны и изменяются для каждого уровня геологического времени.
Другой стороной той же особенности сохранения континентальных осадков во времени, еще не получившей до сих пор ясного освещения, является закономерное выпадение из летописи фаций, связанных с возвышенными над уровнем моря областями материка. Выяснение характера этого процесса есть непосредственная задача исследований деструкции поверхности материков в настоящее время и в прошлые геологические эпохи. Изучение деструкции материков настоящего времени и является актуалистическим направлением исследований но литолеймономии, но, к сожалению, еще крайне мало разработано. Геоморфология, которая должна была накопить большой материал в этом направлении, подобно геологии, занимается конструктивной стороной геоморфологических процессов — формами рельефа.
Разберем некоторые положения, проистекающие как из особенностей сохранения фаций в геологическом времени, так и из особенностей деструкции фаций на поверхности материков.
Крупные и однообразные фации, сохраняющиеся от материков верхнего палеозоя (от нижнего палеозоя вообще не сохранилось континентальных фаций), располагаются в огромных и низких тектонических элементах рельефа. В более поздние геологические периоды возрастает число и разнообразие континентальных фаций, достигающее максимума в самых верхах кайнозоя. Это возрастание числа и разнообразия фаций идет рука об руку с уменьшением их размеров, поскольку все наиболее крупные фации позднетретичного времени, которые должны преимущественно сохраниться в последующих после нашего времени миллионах лет геологической деструкции, находятся ныне в погруженном, недоступном деструкции (а также и исследованию) состоянии. Такой характер нашей геологической летописи известен давно, почти с первых шагов геологии, но истолковывался обычно односторонне как различие древних процессов осадконакопления в сравнении с более поздними. Нельзя, разумеется, отрицать, что в различные периоды истории Земли происходили существенные изменения общего характера седиментации, связанные с геотектоническим развитием лика Земли. Однако не только эти изменения определили содержание геологической летописи, но и закономерности литолеймономии — сохранения осадков во времени и деструкции.
Приведенное выше преимущественное сохранение мелких и поверхностных континентальных фаций в верхнем палеозое может быть хорошо дополнено сравнением ледниковых отложений в верхнем палеозое и четвертичном периоде. В то время как от верхнего палеозоя нам известны только отложения исполинских морен в береговой полосе материков, переплетающихся с морскими осадками, от четвертичного времени сохраняются все мелкие подразделения ледниковых фаций. Весьма вероятно, что фации, подобные палеозойским тиллитам, в четвертичное время существовали (и существуют в настоящий момент) вокруг Антарктического материка, однако их осадки скрыты глубоко под водой моря и нигде не вскрываются на поверхности.
Крайне характерно, что связь верхнекарбоновых тиллитов с морскими осадками обычно трактуется как доказательство особых условий карбонового оледенения, а именно наличия низких материков. Это объяснение, однако, стоит в серьезном противоречии с возможностью образования покровных ледников на низких материках, для допущения которого приходится обращаться к перемещению полюсов, материков и т. д. Между тем, с точки зрения литолеймономии, наличие только связанных с морем тиллитов именно и является вполне закономерным. Вся поверхность высокого материка с его ледниковыми фациями нацело выпала из геологической летописи в условиях закономерной деструкции высоких областей. Уцелели же только те ледниковые фации, которые располагались в окраинных и наиболее низких частях материка, т. е. тиллиты. Необходимая для развития мощного оледенения значительная высота материков карбона и, скажем, кембрия, противоречит имеющимся в летописи фациям. Однако именно в этом противоречии и проявляются общие закономерности литолеймономии, ибо поверхности возвышенных материков необходимо должны исчезнуть из геологической летописи палеозоя со всем комплексом своих фаций. Такое сохранение карбоновых ледниковых фаций совершенно точно соответствует типам фаций других континентальных осадков, имеющихся в геологической летописи от того же уровня времени.
Рис. 19. Диаграмма сохранения континентальных фаций во времени. Угол XOA тем больше, чем слабее денудация и, наоборот, тем менее, чем сильнее денудация
То же самое можно сказать о древних почвах, денудационных поверхностях, морских берегах и т. п. В палеозое нам встречаются только весьма редкие остатки морских берегов в виде абразионных поверхностей с залегающими на них грубыми морскими осадками, или же подводные почвы карбоновых лесов. В мезозое участки древних денудационных поверхностей, принадлежавших уже низменным участкам материка, встречаются несколько чаще, равно как и следы животных. Известны редкие находки разрушенных остатков материковых почв, которые встречаются гораздо чаще в верхнем кайнозое, равно как и ряд других ископаемых поверхностных образований (ископаемые карсты, трещины и т. д.), свидетельствующих о несомненном сохранении участков материковой поверхности. Выпадение из летописи древних почв подчинено тем же особенностям, какие мы намечали выше для континентальных осадков. Однако оно еще более тесно связано с зональной деструкцией осадков и с зональным сохранением их на поверхности материка, которые мы разберем несколько позже.
Изложенная схема сохранения осадков материков прошлого, разумеется, еще крайне схематична, но, нужно думать, в общем отражает действительные соотношения и может служить отправной точкой дальнейших исследований.
Наблюдаемое в геологической летописи закономерное выпадение большинства материковых осадков, отлагавшихся на поверхности древних континентов, лишний раз указывает, что внезапные погружения материков под уровень моря, как, например, легендарной Атлантиды, в действительности никогда не имели места. В ином случае мы имели бы целый ряд поверхностных образований такого потонувшего материка, вполне сохранившихся под слоем морских напластований.
Рис. 20. Схема ультрафаций и инфрафаций во времени. Kz — кайнозой; Mz — мезозой; Pz — палеозой.
Подобную же картину мы наблюдаем и для морских отложений с той разницей, что морские осадки лучше сохраняются во времени, чем континентальные. Это обстоятельство зависит, во-первых, от больших размеров типовых областей морского осадконакопления в сравнении с континентальными и, во-вторых, от меньшей вероятности размыва, если область отложения морских фаций была сравнительно устойчива во времени, поскольку морские фации всегда располагаются ниже уровня денудации, определяемого поверхностью моря.
Принципы сохранения во времени более крупных фаций мы можем наблюдать и в наши дни повсеместно. Возьмем для примера горную обстановку седиментации, характеризующуюся определенными типами грубых осадков. Среди масс грубых отложений в долине любой горной реки мы можем встретить участки замедленного течения или даже стоячей воды, в которых отлагаются тонкие осадки, зачастую, при зарастании растительностью, обогащающиеся органическим веществом. Эти осадки принципиально не отличимы от озерно-болотных фаций равнины или соответствующих участков дельт. Вся разница заключается в ничтожной площади распространения таких отложений и очень коротком периоде их существования, зачастую не превышающем нескольких месяцев. Фации чуждого для данной области характера эфемерны во времени. Точно такие же неустойчивые в пространственно-временном отношении фации мы можем наблюдать в любой из обстановок седиментации. Так, среди дельтовых или неритовых, или даже мелкоозерных обстановок осадконакопления мы можем уловить фации, характерные по условиям гидродинамической седиментации для батиальной или абиссальной области моря. Однако существование этих фаций коротко даже для нашего человеческого времени, ничтожно в пространственном выражении и продукты их седиментации не сохраняются и исчезают задолго до литификации осадков. Даже если где-нибудь в массе вмещающих пород определенного типа осадкообразования и сохранятся отложения ничтожно малой фации, то шансов обнаружить ее при изучении этих толщ будет столько же, сколько и для ее сохранения, т. е. практически — нуль. Таким образом, мы приходим к положению, что пространственные размеры осадочных комплексов, сохраняющихся в геологической летописи, могут рассматриваться как функция времени (рис. 19). Следовательно, каждая толща осадочных пород в смысле своего сохранения в земной коре имеет собственную пространственно-временную характеристику. По-видимому, дальнейшие исследования геологического времени с позиций современного научного мышления откроют нам очень интересные перспективы в истории Земли и жизни.
Рис. 21. Схема ультрафаций и инфрафаций по ступеням деструкции материка во времени. Для упрощения схемы принято равномерное повышение материка от берегов к центру
Истинные соотношения пространственно-временных размеров фаций, сохраняющихся в летописях различных геологических периодов, нам еще неизвестны. Мы можем из наблюдения над современными осадками установить, что отложения размерами в несколько квадратных метров и мощностью в несколько сантиметров среди поверхностных отложений материка существуют весьма недолго. Существование абиссальных фаций современного океана исчисляется периодом в 20—30 миллионов лет. Отнюдь не исключена возможность, что в дальнейшем мы сможем установить некие определенные величины фаций для сохранения со времени палеозоя, мезозоя и кайнозоя. Пока теоретически можно представить себе схему уменьшения размеров сохранившихся фаций и увеличения их численности по мере восхождения вверх в геологическом времени (рис. 20).
Нетрудно видеть, что для каждого отрезка времени будет существовать некая предельно-минимальная величина пространственно-временного протяжения фаций данной эпохи, которые сохранятся в последующих деструкциях до современности. Эта предельно-минимальная величина будет различной в зависимости от времени, к которому она относится. Все размеры фаций, большие этой средней величины, будут сохраняться в геологической летописи, меньшие этой величины размеры фаций выпадут из геологической летописи, не дойдя до современности. Я предлагаю назвать те фации, пространственно-временные размеры которых больше необходимой предельно-минимальной величины, определяющей их сохранность с данной глубины времен до наших дней, — ультрафациями. Те фации, размеры которых меньше необходимой средней величины и которые выпадают из летописи, могут называться инфрафациями. Предельно-минимальная величина, постоянная для каждого уровня времени, может быть названа средней величиной сохранения.
Из рис. 19 видно, что для континентальных фаций средняя величина сохранения может быть подвержена колебаниям и независимо от уровня времени, а именно в случае ослабления или усиления общей денудации, т. е. связана также с абсолютными высотами материков. Передвижение средней величины сохранения определяет периодичность и специфику развития эпох континентального осадкообразования. В морских осадках, отложение которых тоже определяется денудацией материков, все указанные отношения также имеют место.
Распределение устойчивых во времени континентальных фаций на материке подчиняется правилу, которое может быть названо правилом ступеней деструкции (рис. 21 и 22). Всякий разрушаемый денудацией материк обладает, в общем, ступенчато-поясным расположением фаций, последовательно от наиболее возвышенных участков материка к общему базису эрозии — морю. В этом же направлении возрастает прогрессивная степень измельчения продуктов разрушения.
Рис. 22. Ступени деструкции
В длительных процессах материковой денудации исчезают фации наиболее возвышенных областей и сохраняются те осадки, седиментационные обстановки которых располагались ближе к общему базису эрозии. Поэтому в каждый определенный отрезок времени существования материка более устойчивыми, а следовательно, и более длительными оказываются обстановки седиментации, по высоте расположения близкие к общему базису эрозии.
В идеальном случае совершенно равномерного возвышения материка от периферии к центру (сегмент шара) фации должны были бы обладать зонально-кольцевым, поясным расположением (рис. 21). В действительности, конечно, мы никогда не встречаемся с таким расположением ступеней деструкции, которые в соответствии с неравномерно возвышенной поверхностью материка распределяются прерывистыми полосами и пятнами (рис. 25).
Это правило имеет особенно ясное выражение для эпейрогенических эпох — длительных и широко распространенных материковых поднятий. Таким образом, в формировании геологической летописи проявляются две основные закономерности, отбирающие осадочные продукты фаций, сохраняющихся во времени. Первая закономерность — это размеры фаций, разделяющиеся для каждого уровня геологического времени на группу, сохраняющуюся в летописи, — ультрафации и группу, выпадающую из летописи, — инфрафации. Вторая закономерность определяет отбор фаций по ступеням деструкции, т. е. по их расположению относительно базиса эрозии с сохранением наиболее низко расположенных фаций. Нетрудно видеть, что обе закономерности являются выражением двух сторон одного и того же процесса. Размеры и долговечность существования фаций увеличиваются по мере приближения к базису эрозии, разнообразие типов осадков уменьшается вместе с увеличением степени измельчения продуктов разрушения. Например, тонкозернистые осадки в каждый данный момент в горной области осадконакопления являются инфрафациями, а сама горная область — ультрафацией, но в геологическом времени горная область со всей совокупностью своих осадков становится инфрафацией, а тонкозернистые осадки переходят в дельтовые ультрафации, наиболее близкие к базису эрозии, а потому и наиболее устойчивые во времени. Представление о ступенях деструкции, очень важное для литолеймономии и тафономии, точно отвечает взглядам других советских исследователей на образование отложений геологической летописи как на результат сложного взаимодействия противоположных процессов размыва и накопления, отложения и переноса. Наливкин (1933) всегда рассматривал фации как единицы определенного ландшафта земной поверхности. Еще ближе подошел к интересующим нас вопросам Попов (1947) в работе о зональной дифференциации фаций по ландшафтным поясам. Говоря о фазовой периодичности развития седиментации, Попов пишет (стр. 137): «Согласно стадийному принципу, каждый фациально-ландшафтный пояс отвечает одной из стадий развития осадкообразования, сменяющих друг друга по пути движения седиментационных потоков, которые стремятся под влиянием их энергии, — в первую очередь энергии рельефа, от наивысших точек последнего к наинизшим, базисным».
Рис. 23. Зоны сохранения континентальных осадков на участках с длительными поднятиями и погружениями. 1 — зона сохранения I; 2 — зона сохранения II; 3 — зона сохранения III
Основываясь на правиле ступеней деструкции, мы можем говорить о пространственных зонах преимущественного сохранения. Подобные зоны сохранения, как мы видели, располагаются вблизи базиса эрозии каждого конкретного периода денудации материка. Соответственно с периодичностью осадкообразования зоны сохранения осадков перемещаются, то вдаваясь глубоко в континент, то, наоборот, удаляясь от него в соответствии с общими тектоническими движениями данного участка земной поверхности (рис. 23 и 24). Устойчивые области опускания, в том числе и обширные депрессии внутри материков, дают значительные расширения зон сохранения осадков, что немедленно отражается в резком увеличении числа сохранившихся остатков наземной флоры и фауны. Усиливающиеся поднятия ведут к сужению, сокращению зон сохранения, за исключением тех случаев, когда поднятиям соответствуют обширные зоны опускания внутри материка, как, например, предгорные впадины. В этом случае весьма быстро нагромождаются очень мощные толщи осадков, однако зачастую без органических остатков, как мы увидим далее.
При отсутствии широкого материкового шельфа в области берега у крупных дельт осадки континентального типа могут выдвигаться далеко в область развития неритовых отложений. В качестве примера можно привести известную подводную долину р. Конго, где сильные струи пресной воды заходят далеко в глубину моря и на значительное расстояние от берега. Осадки континентального типа (насколько можно судить лишь по характеру зерна) в области дельты Конго заходят на несколько сот километров от берега и свыше километра в глубину. Еще можно вспомнить находки современных песчанистых отложений на очень больших глубинах, как, например, песок на дне Капской впадины на глубине около 5000 м или кварцевые гальки в Южной Атлантике на 4 км глубины. По-видимому далекое проникновение дельтовых осадков в море, особенно при значительных поднятиях материков, было не очень редким явлением, весьма способствовавшим сохранению этих осадков по своему положению в самых низких ступенях зон сохранения. Не исключена возможность, что многие обрывки осадков континентального характера в нижнем палеозое принадлежат именно таким, далеко выдвинувшимся в море участкам больших дельт.
Рис. 24. Те же зоны сохранения в профиле
Рассмотрим судьбы континентальных осадков любого древнего материка в свете изложенных выше сопоставлений. Нетрудно видеть, что ультрафациями, сохраняющимися в геологической летописи, будут как раз фации зон сохранения, т. е. осадки тех областей осадконакопления, которые располагаются у базиса эрозии. Таковыми в условиях континентального осадкообразования будут главным образом дельтовые осадки и осадки паралических болот, реже осадки крупных бессточных впадин, предгорных прогибов или аллювиальных равнин. От периодов мощных оледенений сохранятся остатки крупных моренных прибрежных поясов. Все более мелкие и разнообразные отложения субаэральной поверхности материка находятся вне зоны сохранения и выпадают, кроме того, как инфрафации, в более длительных отрезках геологического времени. Таким образом, область сноса или субаэральная поверхность древнего материка, как раз являющаяся областью обитания наземных животных, полностью выпадает из геологической летописи. От материка в геологической летописи остается пустота, окруженная поясом ультрафаций в зонах сохранения, — следовательно, низменных областей осадконакопления. Эти пояса ультрафаций, вернее, прерывистые участки зон сохранения, совпавшие с ультрафациями древних материков, являются собственно теми отложениями, которые известны у нас под названием континентальных. Многие отложения, ранее считавшиеся пустынными или субаэральными, в последнее время относятся к дельтовым, по данным детальных работ по пермским красноцветам Приуралья (Пустовалов 1937), по происхождению пестрого песчаника (Brinkmann 1926), работы американских геологов, посвященные генезису осадков перми, карбона и девона (Barrel 1906, 1912, 1913, 1916; Branson 1912 и т. д.).
Твенхофел (1932) и Пустовалов (1940) очень проницательно указали, что древние осадочные толщи, относившиеся ранее к разным континентальным обстановкам, вероятно принадлежат дельтовой группе осадков. Закономерность сохранения осадков во времени безусловно подтверждает это предположение и показывает, что подавляющее большинство континентальных осадков, особенно палеозоя, должно относиться к дельтовым областям седиментации. Размеры современных дельт и длительность их существования также подтверждают отнесение дельт к крупным ультрафациям. По Твенхофелу, субаэральные равнины современных дельт занимают площадь не менее 1 290 000 км², а для подводных частей в совокупности более 5 000 000 км².
Для палеозоя от всего многообразия континентальных отложений материков остаются в геологической летописи лишь низменные зоны сохранения дельтовых и близких к ним типов осадков. Эти пояса являются в то же время поясами захоронения наземной флоры и фауны и, естественно, могут быть прерывистыми в зависимости от фактической ширины зон сохранения данного периода. Терригенные морские осадки литоральной и неритовой зон образуют внешний контур континентального пояса. Большое значение для сохранения во времени континентальных осадков имели крупные барьерные рифы. Они располагались на переломах гипсометрической кривой и создавали стены, преграждавшие путь далекому выносу дельтовых осадков при узких шельфах, а также сохраняли отложения от деструкции морем. Обширные площади нижнепермских красноцветов США связаны в своем образовании с барьерными рифами (Keyes 1937), равно как и пермские красноцветы Приуралья. Размеры барьерных рифов могут быть представлены из аналогии с современным Большим барьерным рифом Австралии, отложения которого занимают площадь свыше 205 000 км² (Saville 1893; Jong 1930).
Рис. 25. Схема основных зон ультрафаций и инфрафаций и ступени деструкции на поверхности современного материка. 1 — инфрафации высокогорья — высшие и недолговечные ступени деструкции; 2 — инфрафации плоскогорий и высоких степей, также верховьев рек; ступени деструкции средней устойчивости; 3 — инфрафации областей осадконакопления на субаэральной поверхности материков — склоны долин, частью предгорные равнины и внутриматериковые низменности; 4 — наименьшие ультрафации затопляемых равнин, низовья рек, материковые впадины; 5 — ультрафации, еще принадлежащие к субаэральной поверхности материка; субаэральные части дельт, предгорные впадины, озерные бассейны в крупных областях опускания; 6 — ультрафации подводных частей дельт, прибрежных областей осадконакопления в зонах устойчивого опускания; 7 — области материкового шельфа, которые в условиях опускания сохраняют ультрафации дальних выносов материковых вод
В связи с уменьшением предельно-минимальных размеров ультрафаций в более молодых геологических периодах, внутренний контур пояса захоронения расширяется и заходит глубже в субаэральную поверхность материка. Так, для материков мезозоя фации сохранившихся в геологической летописи отложений вклиниваются в глубь материка по низовьям крупных рек и вообще значительным депрессиям. В кайнозое ультрафации заходят уже весьма значительно в глубь материков. Таким образом, можно сказать, что чем древнее материк, тем уже его зоны захоронения наземной фауны и тем ближе они находятся к базису эрозии.
От поясов континентальных ультра фаций материков кембрия мы имеем лишь ничтожные обрывки оконечностей дельт, выдвинутых глубоко в море. То же самое можно сказать про силур и лишь в девоне мы встречаем более значительные участки поясов континентальных ультрафаций. И от силура и от девона в них сохранились лишь подводные части дельт и область крупных тектонических депрессий вдоль каледонских возвышенностей, давших фации древнего красного песчаника.
Нетрудно видеть, что развитие геотектонических процессов формирует и определяет и размеры зон сохранения и характер поясов ультрафаций, тем самым непосредственно влияя на захоронение фауны.
В зависимости от резкости рельефа, размаха и скорости поднятий, наличия обширных и долговременных зон опускания, диаметры поясов ультрафаций древнейших материков то увеличиваются, то уменьшаются, а мощность их, соответственно, то возрастает, то падает, отражая периоды усиленной денудации или более спокойного осадконакопления.
Само собою разумеется, что в поясах ультрафаций, сохранившихся от материков палеозоя, мы встречаемся не только с дельтовыми осадками, но с целым комплексом отложений, не связанных непосредственно с дельтами. Таковы лагунные и болотные эврилитемы девона и карбона, огромные затопленные равнины Карроо в перми. Однако общей объединяющей чертой палеозойских ультрафаций будет их расположение в низменных и краевых частях материков.
По-видимому, особенностью древнейших материков является развитие необычайно плоских берегов, отнюдь не сходных с современными шельфами, которые мы можем рассматривать как исполинские морские абразионные террасы, развивающиеся при высоком уровне материков с резкими берегами. Вдоль плоских берегов палеозойских материков развивались обширные пояса морского мелководья, с лагунно-болотными фациями, в основном солоноватоводными, но и с многочисленными струями пресных текучих вод, отлагавших осадки речного типа. Таким образом, и самые дельты древнейших рек часто не имели резкого разграничения от морской обстановки, растекаясь среди обширных приморских болот и лагун.
Для геологической летописи материков мезозоя и кайнозоя ультрафации менее связаны с низкими зонами сохранения в прибрежных областях. Гораздо большая роль в формировании геологической летописи кайнозоя принадлежит типам ультрафаций, связанных с горными хребтами внутри материка и размещающихся в отрицательных элементах материкового рельефа. Таковы большинство третичных местонахождений, не считая залегающих в дельтовых и лагунно-морских слоях; из них наиболее характерны местонахождения, образовавшиеся на огромных аллювиальных равнинах (США и Белуджистан, частью Казахстан, Монголия) или же в предгорных впадинах, опять-таки непосредственно связанных с аллювиальными равнинами, как Сивалики.
Ультрафации типа кайнозойских Сиваликов находятся в прямой зависимости от высоты и интенсивности роста горных сооружений, с которыми они необходимо связаны. Чем выше горы, тем мощнее и шире распространение ультрафаций сиваликского типа. Не случайно, что Индийские Сивалики связаны с высочайшим горным хребтом мира — Гималаями. В этом же и отличие этих ультрафаций от более древних ультрафаций, связанных с горами, но располагавшихся на краю материков, уже в пределах моря. По-видимому, с дальнейшим геотектоническим развитием земной поверхности и появлением более резко противоположных морю материков (при изменившейся кривой земного рельефа) ультрафации палеозойского типа стали большой редкостью.
Вместилищем фоссилизованных органических остатков являются осадочные породы и поэтому судьба палеонтологических документов неотъемлемо связана с судьбой осадков во времени. Выше мы проследили общие особенности сохранения осадочных континентальных толщ в геологической летописи, показывающие, что остатки, захороненные и фоссилизованные в инфрафациях каждого определенного периода, не дойдут до нас, выпав из геологической летописи. Ультрафации, передающие нам палеонтологические документы, обладают большими площадями распространения и мощностью. Заключенные в них местонахождения должны обладать также значительными размерами, чтобы не затеряться в огромных массах пород и иметь возможность вскрыться на современной субаэральной поверхности. Образование крупных местонахождений, несомненно, требует очень большой численности фауны или флоры, как ото подробно будет рассмотрено далее. Равным образом, ультрафации, в особенности палеозоя, состоят из толщ, образовавшихся в областях, близких к базису эрозии, огромные площади которых остаются до сих нор погруженными под уровень моря или под мощные свиты морских напластований. Подобные погруженные участки хотя и не выпали из геологической летописи вообще и в дальнейших тектонических процессах могут быть вскрыты и доступны наблюдению, однако для современного уровня геологической летописи и, конечно, для суммы доступных нам фактов эти страницы пока нужно также считать выпавшими.
Изложенные предпосылки приводят нас к следующим заключениям.
1. Деструкция и выпадение из геологической летописи инфрафаций обусловливают выпадение из летописи огромного числа остатков фауны и флоры, захоронившихся в этих фациях. Особенное значение это имеет для наземной флоры и фауны. Для палеозоя почти все фации субаэральной поверхности являются инфрафациями. В мезозое также преобладающая часть субаэральной поверхности материка есть область развития инфрафаций, и только в кайнозое ультрафации занимают значительные участки материковой поверхности. Поэтому в качестве общей закономерности можно принять выпадение из летописи очень значительной части наземной фауны и флоры для палеозоя, меньшей для мезозоя и еще меньшей для кайнозоя.
2. Поиски фауны и флоры в древних толщах путем поисков отложений, теоретически могущих сохранить органические остатки, но принадлежащих к другим, не преобладающим типам фаций, практически бесполезны.
3. Ультрафации материков палеозоя относятся к однотипной в основных чертах области наземного материкового прибрежья с определенным характером флоры. Захороненные в них остатки животных в основном отражают только население низменных областей. Фауна (и флора), обитающая внутри материка, попадает сюда лишь случайно, в виде редких остатков животных, которые на самом деле имели огромную численность индивидов. Эти остатки фауны и флоры, поступающие из внутренних областей материка, в большинстве случаев рассеиваются в массах осадков ультрафаций и выпадают из нашего поля зрения. В эпохи усиления сноса возможны учащенные захоронения фауны внутриматериковых районов, однако также в виде отдельных отрывочных остатков, так как дальность переноса обусловливает разрушение остатков. Те редкие случаи, когда остатки фауны и флоры инфрафаций попадают непосредственно в местонахождение в ультрафациях и, таким образом, сохраняются во времени и доступны для изучения, разумеется, ни в какой мере не могут отобразить многообразия и численности обитавших в областях инфрафаций форм. Ультрафации сами по себе дают довольно верное отражение наземной флоры и фауны, обитавших в зоне распространения областей осадконакопления этих фаций, поскольку условия сохранения накапливающихся осадков с органическими остатками здесь вполне благоприятны. Однако ввиду значительных масс осадков ультра фаций остатки животных и растений будут образовывать заметные местонахождения только в периоды большой численности форм, количественного расцвета фауны.
В дальнейших исследованиях местонахождений предстоит разрешить весьма важный вопрос о положении местонахождений внутри отдельных ультрафаций, иными словами, о распределении костеносных участков в массе «пустых» пород. В некоторых случаях максимальное количество органических остатков может совсем не совпадать с максимальной мощностью, как, например, в случае ультрафаций предгорных впадин. Последние заполняются осадками нередко в условиях, не способствующих развитию высокой плотности населения. В качестве примера можно указать на современное захоронение в Алма-Атинской области Казахстана, где глубокое предгорье — «корыто» — к северу от Заилийского хребта, с накопившимися новейшими осадками мощностью свыше километра, находится в пустынной области с редким растительным и животным населением. К северу мощности резко убывают на другой стороне предгорного прогиба, и здесь же находится озеро Балхаш с дельтой крупной реки Или и многочисленным населением. По-видимому, в этом случае и в некоторых других, когда дельты рек находятся по другую сторону предгорных впадин, наиболее богатые местонахождения могут возникнуть в пределах сильно уменьшенных мощностей, на краю области накопления, а гораздо большие массы рыхлых отложений могут совсем не иметь больших концентраций животных и растительных остатков. А.В. Хабаков очень удачно сопоставляет пример предгорной впадины Заилийского хребта с артинскими фациями нижней перми Западного Приуралья. И действительно, несмотря на очень большие мощности и ясно выраженный континентальный характер, в артинских отложениях мы почти не находим местонахождений наземной флоры и фауны, в то время как в гораздо менее мощных дельтовых отложениях несколько более позднего времени (медистые песчаники и т. п.), располагающихся дальше к западу, известно очень большое число местонахождений. Изложенное лишний раз свидетельствует о необходимости постоянного привлечения тектонического анализа для расшифровки костеносности ультрафаций.
4. Для познания собственно наземной флоры и фауны, особенно палеозоя, очень важны ультрафации внутренних материковых областей. Таковыми могут быть осадки крупных бессточных впадин, озер или предгорных прогибов у горных систем, располагавшихся внутри материка. Состав фауны и флоры во внутриматериковых ультрафациях может очень существенно отличаться от такового в низменных прибрежных ультрафациях несмотря на одновременность образования местонахождений.
В итоге рассмотрения литолеймономических особенностей сохранения осадочных толщ в геологической летописи нужно думать, что многообразие наземной жизни в древние геологические эпохи, начиная с верхнего палеозоя, было несравненно большим, чем это дается существующим фактическим материалом. Без сомнения, миллионы разнообразнейших форм наземных животных (и растений) выпали из геологической летописи в сложных процессах, грубо очерченных выше. Однако в палеонтологических исследованиях мы часто забываем о действительном соотношении известного нам ничтожного числа форм с подлинной наземной фауной прошлого. Если для третичного времени это соотношение не так уже мало, то для более древних периодов и, в особенности, для палеозоя число захороненных форм, в сравнении с действительной численностью фауны, нужно признать весьма малым.
При малой дробности стратиграфии континентальных толщ и затрудненности корреляции отдельных разрезов мы встречаемся с распространенным в геологических и палеонтологических представлениях явлением кажущегося уплощения перспективы времени (рис. 26). Это явление заключается в том, что отдельные горизонты, имеющие каждый определенное протяжение во времени, сливаются для нас в один, стратиграфически хорошо выраженный. Поэтому происходит сокращение или уплощение периода времени и вся фауна или флора, известная для этих горизонтов, как бы сгущается в один, характеризуя значительно более короткий отрезок времени. В результате получается кажущееся богатство форм, на самом деле не существующее. Уплощение временной перспективы отмечается не только для незначительных стратиграфических подразделений, но и для целых периодов геологической истории. Когда мы анализируем, скажем, пермскую флору или наземную фауну Америки, СССР и Южной Африки, нас поражает обилие и разнообразие форм и богатство местонахождений. Однако, если разложить эту богатую флору на мелкие горизонты и напластования этого отдела пермского периода, общей длительностью в пятнадцать или двадцать миллионов лет, то станет совершенно ясно, что от каждого небольшого отрезка геологического времени, соответствующего примерно сотне или более поколений долговечных животных, нам останутся, в буквальном смысле слова, единичные формы с ничтожным числом особей.
Нельзя сомневаться, что с прогрессом геологии и палеонтологии, с повышением изученности число вновь открываемых форм будет неуклонно возрастать. Быстрое увеличение наших знаний, хотя бы палеозойской континентальной фауны за последнее полустолетие, в этом смысле очень показательно.
Рис. 26. Уплощение временной перспективы для древних фаун. O — X — формы, AB — действительное время, CD — кажущееся время
На основании литолеймономического анализа и данных тафономии о причинах гибели и концентрации животных, равно как и по преобладанию типичных адаптаций, мы имеем основание надеяться дать ряд прогнозов о поисках местонахождений с формами, обитавшими в глубинах материков. Однако при повышении изученности земной поверхности вместе с открытием новых форм будут возрастать и площади вновь открываемых костеносных толщ. Поэтому общий характер соотношения, отмеченный выше, в принципе останется тем же самым. Прогресс наших поисков и раскопок фауны в будущем безусловно увеличит в десятки и сотни раз число ныне известных древних наземных форм. Об этом определенно говорят отмеченные выше особенности захоронения, учитывая которые, трудно представить себе действительно немые континентальные толщи. Однако те же особенности показывают, что при таком прогрессе изучения увеличение числа форм в геологической летописи произойдет за счет еще не открытых местонахождений, так сказать запасов, которые хранятся в большом количестве в неисследованных или невскрытых толщах. Огромная же, нацело выпавшая часть фауны палеозоя навсегда исчезла из поля нашего зрения, и возросшая степень изученности сможет изменить лишь некий коэффициент числа найденных форм, который сейчас чрезвычайно низок. Общая же закономерность выпадения подавляющей части фауны, разумеется, останется той же самой.
По существу дела, вся картина той или иной ископаемой «фауны» наземных позвоночных для какой-либо крупной области представляет собою только сумму содержимого определенных, преобладавших (и сохранявшихся) в этой области фаций. Иными словами, сохранившаяся «фауна» в своем составе и количестве целиком определена характером геологических процессов в данной области в данный отрезок времени.
Только так и нужно рассматривать «фауны», которые предстают перед нами из геологической летописи. Так, например, преобладание речных или сухопутных форм в данной «фауне» еще не обозначает непосредственно их действительного преобладания и может быть обязано только определенному набору костесодержащих фаций, или сохранившихся от разрушения или единственно пригодных для захоронения и фоссилизации остатков животных.
Помимо общих закономерностей выпадения во времени определенных типов осадков (и фаций), составляющих, так сказать, крупный план формирования ископаемых «фаун», для образования геологической летописи очень важными являются процессы непосредственного перехода органических остатков из биосферы в литосферу. К рассмотрению этих процессов я и перехожу в следующей главе.
Примечания
1. От греческих слов: λίθος — камень, порода; λεῖμμα — остаток; νόμος — закон.
| Предыдущая страница | К оглавлению | Следующая страница |
