Сохранность органических остатков и палеонтологическая летопись

Ископаемые остатки растений и животных или следы их жизнедеятельности называются окаменелостями, или ископаемыми. Окаменелости встречаются, преимущественно, в морских осадочных породах, значительно реже в континентальных и метаморфических породах осадочного происхождения и отсутствуют в изверженных породах. Они распределены в осадочных породах обычно очень неравномерно, образуя местами скопления и отсутствуя часто на значительных участках.

Процесс перехода остатков животных и растений в ископаемое состояние и сохранение их в осадочных породах очень сложный. Изучением закономерностей захоронения организмов и выяснением благоприятных и неблагоприятных причин для их захоронения занимается тафономия. Выделяются три основных этапа образования местонахождений: 1) накопление органических остатков, 2) захоронение и З) фоссилизация.

1. Накопление органических остатков.Накопление остатков организмов связано с их гибелью. Одни организмы погибают естественной смертью, другие - от различных неблагоприятных причин (резкое понижение температуры, заморозки, заморы, различные заболевания, наводнения, засухи, извержения вулканов). После гибели организма при участии бактерий и кислорода происходит разложение и разрушение его мягких тканей и скелета. Органические остатки рассеиваются, разносятся течениями и волнами, на суше - реками, потоками и накапливаются в определенных местах, образуя иногда значительные скопления. Многие скелеты и остатки прикрепленных организмов сохраняются на месте обитания в прижизненном положении. Таким путем возникают танатоценозы - сообщества смерти, представляющие собой скопления остатков погибших организмов.

2. Захоронение.При благоприятных условиях танатоценоз покрывается осадком, который ограничивает доступ кислорода и соответственно ограничивает дальнейшее разрушение органических остатков, хотя процессы разрушения продолжаются при участии анаэробных бактерий, захоронение накапливающихся органических остатков связано с процессом осадконакопления. Разрозненность и редкость органических остатков, продолжительное пребывание их в условиях свободного доступа кислорода, сильное механическое разрушение, отсутствие твердых частей, наличие трупоедов очень часто приводят к полному уничтожению этих остатков. Наоборот, быстрое захоронение и прекращение доступа воздуха, захоронение в асфальте, смоле, в водах, пересыщенных растворами солей, благоприятствуют их сохранению. Возникшие таким образом скопления органических остатков, погребенные в рыхлом осадке и еще мало измененные (нефоссилизированные),образуют тафоценоз, или сообщество погребения. Тафоценоз в редких случаях соответствует биогеоценозу (например, в случае массовой гибели кораллового биогеоценоза в результате резкого изменения солености воды).

3. Фоссилизация.Третий этап связан с превращением рыхлых осадков в горные породы (литификация), с одновременным превращением органических остатков в окаменелости (фоссилизация). В процессе фоссилизации происходят изменения органических остатков, связанные, преимущественно, с различными химическими факторами, температурой, давлением. В одних случаях происходит дальнейшее уничтожение органических остатков, растворение минеральных скелетов, уничтожение органических образований (хитина, тектина, спонгина). В других случаях, наоборот, происходят процессы, способствующие сохранению органических остатков. На фоссилизацию оказывают влияние различные факторы, к числу которых относится скорость минерализации органических остатков и осадка, общее состояние остатков к моменту захоронения (свежие невыветрелые скелеты минерализуются лучше выветрелых остатков), степень уплотнения жидких осадков и их литологического и гранулометрического состава, характер цемента осадочной породы и различных вторичных процессов, происходящих в процессе диагенеза.

К числу процессов, способствующих захоронению органических остатков, относятся:

окаменение, при котором происходит заполнение минеральным веществом пор и пустот раковин, костей, растительных тканей;

перекристаллизация,при которой первичное вещество, имевшее некристаллическую структуру (например, кремневый скелет губок, радиолярий), приобретает кристаллическое строение или скелетное вещество приобретает другое строение (арагонит переходит в кальцит);

минерализация,при которой первичное вещество скелета замещается другим минеральным веществом (псевдоморфоза); наиболее распространенными замещающими веществами являются карбонаты кальция и магния, фосфаты, сульфиды (пирит), окислы и гидроокислы (лимонит).

Комплекс остатков растений и животных, встреченный в ископаемом состоянии, называется ориктоценозом. В результате изучения ориктоценоза восстанавливается палеобиогеоценоз - часть биогеоценоза, сохранившаяся в ископаемом состоянии. Всякое местонахождение, поэтому, никогда не отражает полностью действительного состава фауны и флоры в месте своего образования, и всякое скопление фоссилизированных остатков, за редким исключением, является неполным. Для восстановления условий захоронения, таким образом, важное значение имеет изучение осадков, в которых захоронены ископаемые (литологический анализ), изучение характера расположения органических остатков в породе (биостратономический анализ), и выяснение образа жизни и условий существования захороненных организмов (палеоэкологический анализ).

Формы сохранности животных.Из всего вышерассмотренного видно, что полностью организмы в ископаемом состоянии сохраняются лишь в крайне редких случаях. Полностью сохраняются в вечной мерзлоте трупы мамонтов, лошадей, носорогов, в янтаре - членистоногие, в первую очередь, насекомые, в асфальте и озокерите - птицы и насекомые.

Чаще всего в ориктоценозах сохраняются минеральные, реже органические, скелеты; причем редко сохраняются скелеты целиком, как правило, сохраняются части скелетов - отдельные створки раковин, кости, челюсти или зубы, позвонки. В породе иногда сохраняются отпечатки скелетов позвоночных, раковин или мягких частей (последние очень редки). Если внутренняя полость скелета или раковины заполняется осадком и затем этот скелет разрушается, то возникает внутреннее ядро, которое передает особенность внутреннего строения полости и представляет собой как бы ее внутренний слепок.

Если раковина или скелет разрушается, а оставшаяся полость целиком заполняется минеральным веществом, то возникает внешнее ядро, передающее особенности внешнего строения скелета животного. Следы жизни выделены в особый отдел палеонтологии - палеоихнологию. К следам жизни, или биоглифам, относятся все проявления жизнедеятельности организмов, в первую очередь следы, оставленные различными организмами на поверхности осадка (экзоглифы) и внутри него (эндоглифы). Среди экзоглифов различают следы питания, следы ползания по осадку, следы хождения. Описаны следы, оставленные при хождении амфибиями, рептилиями, птицами и млекопитающими. К эндоглифам относятся различной формы и размеров ходы и норы, вырытые некоторыми беспозвоночными в рыхлом осадке, проделанные механическим или химическим способом в плотном скалистом грунте (двустворки-камнеточцы) или ходы, высверленные губками, червями или хищными гастроподами в раковинах моллюсков. К следам жизнедеятельности относятся также копролиты (ископаемый помет) животных.

Формы сохранности растений. В ископаемом состоянии растения очень редко сохраняются целиком. Чаще всего в обугленном или минерализованном состоянии встречаются их разрозненные части: части стволов, корней, кора, листья, органы плодоношения. Лучше сохраняются растения, имеющие минеральный скелет или обладающие еще при жизни способностью к минерализации. К их числу относятся некоторые водоросли с известковым или кремневым скелетом (красные, зеленые, пирофитовые, диатомовые).

Остатки растений, сохранившие в той или иной мере растительное вещество, изменив лишь химический состав, носят название фитолейм(листья, споры, пыльца, семена, плоды). Чаще всего древесина, листья, семена или плоды подвергаются окаменению или псевдоморфозам. При псевдоморфозах клетки растительных тканей часто замещаются минеральным веществом с сохранением первоначальной структуры (например, псилофиты Шотландии), что приводит к образованию настоящих окаменелостей. При полном разрушении органического вещества остаются следы растений в виде отпечатковлистьев, коры или слепковвнутренних полостей (внутренних ядер). Наконец, среди бактерий, водорослей и грибов нередко встречаются не сами растения, а следы и продукты их жизнедеятельности (строматолиты).

Растительные остатки изучаются по листовым отпечаткам, остаткам древесины, по кутикуле и эпидермису, семенам, плодам, спорам и пыльце.