Ведущая роль палеонтологии в отраслях исторической геологии

В общей системе научного знания разные дисциплины находятся в тесном взаимодействии, «обслуживают» друг друга. При этом они просто не могут существовать друг без друга. Именно в таких отношениях взаимной обусловленности находится палеонтология с геологией и различными областями биологии. Под «практическим» значениемпалеонтологии можно понимать ее роль и в общей практике научного познания и в непосредственной производственной деятельности человека. Например, когда на основе сделанных палеонтологией выводов строится геологическая карта, то здесь находит практическое приложение именно палеонтологическое знание. В последнем случае можно говорить об утилитарной (прикладной) роли палеонтологии.

В науках о Земле палеонтологические объекты выступают как различные индикаторы хронологических соотношений вмещающих пород, первичных пространственных соотношений участков земной коры, условий окружающей среды, обстановок седиментации и др. Результаты исследований соответствующих наук (биостратиграфии, палеобиогеографии, палеоэкологии и др.) прямо или косвенно используются практически во всех областях геологии.

Биостратиграфия

Можно с уверенностью утверждать, что связь стратиграфии с палеонтологией и геологией оказалась решающей для становления всех этих наук в начале прошлого века. Как это обычно бывает в науке, развитие метода постепенно приводило к его перерастанию в самостоятельную исследовательскую дисциплину с собственными интересами, целями и собственным понятийно-терминологическим аппаратом. Именно так произошло перерастание палеонтологического метода в научную дисциплину - биостратиграфию.

Из анализа литературы хорошо видно, что через всю историю биостратиграфии проходит непрерывное стремление повысить дробность стратиграфических шкал, расширить области их применения. С другой стороны, мы видим, как это стремление непрерывно наталкивается на ограничения, связанные с дефектами разрезов, неполнотой палеонтологической характеристики слоев и латеральной изменчивостью геологических тел. Объективные трудности биостратиграфического исследования дополняются субъективностью мнений, ошибками в интерпретации материала.

Потребности практики с самого начала поставили перед биостратиграфией ряд задач:детальное расчленение осадочных толщ; обеспечение протяженности стратонов; совершенствование общей стратиграфической шкалы. На решение этих задач биостратиграфия и те палеонтологические исследования, которые ей подчинены, нацелены до сих пор.

Детальное расчленение осадочных толщ. Высокая детальность расчленения разрезов по палеонтологическим данным была достигнута еще в середине 19 века А. Оппелем путем тщательного изучения распространения ископаемых в разрезе и на площади, а также особого внимания к точным уровням первого появления каждой формы в разрезе. С тех пор разработанный А. Оппелем метод служил основным инструментом при детальном расчленении разрезов, хотя всегда имел ряд ограничений: недостаточное количество и неравномерное распределение фоссилий в породах; широкое стратиграфическое распространение таксонов; трудности их распознавания и получения достаточно длинных последовательностей комплексов фоссилий. На преодоление этих лимитирующих факторов и направлена основная часть биостратиграфических исследований: поиск любых органических остатков во внешне немых слоях; уточнение систематики таксонов с целью сужения их стратиграфического диапазона и надежной диагностики; поиск все более полных и протяженных разрезов.

Обеспечение протяженности стратонов. В биостратиграфии детальность расчленения осмыслена лишь тогда, когда выделенные подразделения прослеживаются на площади, служат для сопоставления удаленных разрезов. При сохранении литолого-фациальной специфичности слоя или стратона его прослеживание не вызывает трудностей, особенно, если использовать комплекс палеонтологических, литологических и других признаков. Однако на практике всегда приходится сталкиваться с большей или меньшей латеральной изменчивостью и самих осадочных толщ, и содержащихся в них комплексов фоссилий. Соответственно возникает задача сопоставления разнофациальных и разнопровинциальных разрезов. Эта задача решается разными способами - например, последовательным изучением переходных разрезов, привлечением фоссилий, зависимость которых от фациальной и провинциальной приуроченности пород минимальна.

Весьма эффективно обращение к различным палеоэкологическим методам, позволяющим распознать в пространственно разобщенных экосистемах последовательность перестроек, связанных с общими регионально неспецифичными факторами (например, с последовательными эпизодами похолоданий и потеплений). Сведения, получаемые при последовательном применении экостратиграфического анализа, могут быть использованы не только для корреляционных и других стратиграфических целей, но и для палеогеографических, палеотектонических и палеоклиматических реконструкций - как региональных, так и глобальных.

Совершенствование общей стратиграфической шкалы.Стратиграфические признаки (палеонтологические и любые другие) рассматривают комплексно таким образом, чтобы установить не просто смену в разрезе и на площади отдельных групп признаков, а уровни синхронных перестроек в сосуществовавших и сколь угодно удаленных друг от друга палеоэкосистемах. Эти уровни - события (events) или датированные плоскости (datum planes) - и кладутся в основу, как расчленения, так и корреляции разрезов.

Таким образом, в рамках предлагаемого подхода утрачивает смысл подразделение стратонов на лито- и биостратиграфические, местные, региональные и планетарные. Стратиграфия вновь обретает, хотя и на совершенно иной теоретической основе, то единство, которое ей было свойственно изначально. С каждым годом появляется все больше данных о том, что стратиграфические границы между многими подразделениями, выделенными когда-то по палеонтологическим или региональным литологическим критериям, в действительности, отражают события планетарного масштаба, о чем раньше просто не догадывались. Например, границам между силуром и девоном, нижним и верхним карбоном, пермью и триасом, мелом и палеогеном, эоценом и олигоценам удалось поставить в соответствие крупные перестройки биосферы.

«Событийный» анализ, несомненно, служит мощным исследовательским инструментом, но он должен опираться на прочную региональную стратиграфическую и биостратиграфическую базу.

Палеогеография

Палеогеографические реконструкции используют, как правило, разнообразные данные палеонтологии. По таксономическому составу и характерным морфологическим особенностям восстанавливать основные параметры палеогеографической обстановки.

При решении задач частной палеогеографии палеонтологический метод позволяет, прежде всего, надежно распознавать морские и континентальные условия: многие организмы обитают только в морях или только на суше. Особенно полно можно восстанавливать палеогеографическую обстановку морских бассейнов прошлого.

Во-первых, возможно определение солености водной среды. В качестве индикатора солености могут выступать и некоторые морфологические особенности организмов.

Во-вторых, палеэкология обеспечивает уверенное определение температурного режима древних бассейнов. Для этого используют изменения размеров раковин некоторых планктонных фораминифери направления их навивания, а также устойчивый сдвиг величины личиночной раковины у ряда видов двустворчатых моллюсков при повышении температуры.

В-третьих, можно оценить, а в ряде случаев вполне точно охарактеризовать глубины морских бассейнов прошлого. В частности, присутствие в осадочных толщах автохтонных остатков различных водорослей (например, зеленых или красных), которые нуждаются для своего существования в достаточном количестве света, определенно указывает на накопление осадков в пределах фотической, сравнительно, мелководной зоны. Среди представителей каждой (даже вымершей) крупной систематической групп организмов для многих временных интервалов эмпирически выявлены как относительно мелководные, так и относительно глубоководные таксоны. Так, в палеогеографических реконструкциях широко применяются модели глубинного распределения конодонтов и остракод.

В-четвертых, данные палеобиогеографии дают возможность реконструировать систему древних океанских течений. Задачи динамической палеогеографии могут решаться также путем использования в качестве показателя донных течений ориентировки скелетных остатков различных организмов. Этим способом иногда удается определить также скорость и направление течения, выявить следы волнений и, тем самым, наметить положение береговой линии.

Наконец, палеонтологическая информация позволяет получить представление о газовом режиме палеобассейнов, установить периоды аноксии и стагнации. В частности, такое «безкислородное событие», имевшее место в позднем мелу на рубеже сеноманского и туронского веков, довольно хорошо прослежено с помощью палеоэкологического анализа.

Восстановление истории древних озерных водоемов, особенностей климата и ландшафта окружающих их территорий немыслимо без опоры на палеонтологические материалы. Особенность озерных тафоценозов - присутствие многочисленных остатков организмов (насекомых, птиц, наземных растений и позвоночных), обитавших на окружающей суше. Это позволило, в частности, охарактеризовать важные черты ландшафта, окружавшего юрское Каратауское озеро, а также раннемеловое озеро Манлайв МНР.

Появление и исчезновение сухопутных мостов между материками (типа современного Панамского перешейка) также могут быть прослежены по палеонтологическим данным, с помощью которых фиксируются волны миграций или прекращение обмена морскими фаунами.

Многообразны сферы приложения палеонтологии в палеоклиматологии. Современные карты климатов в качестве границ климатических подразделений фактически используют рубежи смены биот (фито- и зооценозов), которые выявляют долго действующие климатические факторы. Особенно чувствительны к изменениям климата растительные сообщества, информация о которых обычно хорошо сохраняется в геологической летописи и позволяет фиксировать вековые и более длительные климатические колебания.

Геохронология

Один из методов изотопной геохронологии - радиоуглеродный - почти целиком базируется на изучении изотопного состава углерода в объектах органического происхождения: древесине, известковых раковинах различных беспозвоночных, биокарбонатных осадках и породах. Этот метод особенно эффективен для четвертичного периода.

Для изотопной датировки конодонтов используется метод, основанный на подсчете числа треков - микроскопических следов, оставленных осколками при спонтанном делении радиоактивного урана. Количество таких треков является функцией времени. Вещество, из которого состоят конодонтовые элементы (апатит), весьма удобно для выявления треков, так как в неизмененном виде оно обычно прозрачно и содержит довольно большое количество урана. Точность метода зависит от числа подсчитанных треков распада, поэтому необходимо изучать большее количество конодонтов.

Ископаемые остатки могут служить основой для определения возраста пород и другими методами. Например, в этих целях используется явление накопления фтора и органического вещества в костях позвоночных.